基于综合实训的TVM 的结构设计*

刘妮娜，衡马俊

（1.南京铁道职业技术学院轨道交通工程实践中心，江苏 南京 210031；2.南京钢铁股份有限公司，江苏 南京 210031）

城市轨道交通专业的学生除了要掌握应有的理论知识外，还要有一定的实际操作能力，就要求学生能够熟练操作售票机 （ Ticket Vending Machine，TVM ），并且能够处理设备的故障。 针对这样的需求，南京铁道职业技术学院自主研究设计了一种适合学生综合实训的TVM。 目的是使学生和老师充分了解TVM 的基本组成，加深对TVM 的全面认识，掌握TVM 的机械结构、 电气原理、 使用方法，以便上岗后能更好地处理设备的故障[1]。该设备适用于轨道交通类学生、 地铁运营公司、 地铁车站相关工作人员，且适用于教师科研的开发、 设计和测试。

1 TVM 的特点

随着城市轨道交通的发展，地铁出行成了大部分市民出行方式的首要选择，因此地铁站内人员流量迅速增长，特别是北上广等一线城市，地铁站内的TVM 显得尤为重要。 TVM 是直接面对乘客，实现售票自主化的重要设备，其支持硬币、 纸币以及硬币和纸币混合支付及找零。 目前国内外主要针对售票机的软件系统、 人机交互界面、 资源配置以及售票机的故障诊断等对售票系统进行研究。 TVM 设置于地铁车站非付费区，是供乘客使用的自助购票设备，已经经历几次更新换代。 具有以下特点： 使用触摸屏技术，方便乘客购票操作； 采用微型计算机作为设备的主控单元，可以实时控制各部件，又能实时完成上位机下达的各项命令； 采用先进的纸币模块，支持面值为100 元、 50 元、 20 元、 10 元、5 元、 1 元的各种流通货币 （可接受面额根据运营方的实际需求），还可现场进行软件升级，拒绝假币进入； 采用先进的硬币识币器，支持1 元和5 角硬币； 安装有状态显示屏，可以用中英文显示TVM的运行状态[2]；安装有装饰玻璃，配合灯光，增加了漂亮的色彩，使TVM 成为一条靓丽的风景线； 可实时响应紧急命令，并自动显示紧急状态； 配置UPS 电源，即使停电，也可使TVM 正常完成最后一笔交易； 安装有加热器，在环境温度低于一定温度时，加热器开启，保证了TVM 设备内部各模块稳定工作。

2 TVM 的组成

TVM 主要由电路控制系统和机械结构组成，包括微型计算机、 乘客显示屏、 维护屏和键盘、 I/O控制板、 继电器板、 电源转接板、 状态显示屏、 票据打印机、 硬币模块、 纸币模块、 纸币找钞模块、车票发售模块 （含车票读写器）、 UPS、 开关电源、滤波器、 电源开关、 储值票读写器、 扬声器、 近距离乘客感应器、 召援按钮、 手持式维护照明灯等[3]。

一台售票机的机械结构对设备的外形、 后期的维修影响极为深远。 所以本文结合现场运营和轨道交通类学生综合实训的需要对其机械结构进行研究设计，以保证自助售票机的轻量化、 操作流畅化，并能降低制造成本。

2.1 TVM 的外观

第111 页图1 为TVM 外观图。 由图1 可见，TVM 主要包括触摸显示屏、 状态显示屏、 硬币投入口、 纸币入口、 取票口和找零口、 储值卡插入口和打印凭条出口[4]。 相比以往的TVM，这次设计改变了显示屏的尺寸大小，同时增加了二维码扫码支付功能，可节省旅客的出行时间，方便运营管理，有利于车站的大数据统计。

图1 TVM 外部组成

2.2 TVM 的内部结构

以前的TVM 是前面单开门设置，对实训操作空间要求比较大，并且用扳手进行开门操作需要很大的力气，对于女同学来讲有难度。 本文设计将其改为后面双开门设置，可节省实训所需要的空间，同时采用钥匙开门，方便学生、 教师、 员工的实训操作。 图2 为TVM 的内部组成图，从图2 中可以看到各个模块的安装位置。

图2 TVM 内部组成

2.3 TVM 的机械结构设计

TVM 的机械结构会影响整个设备的性能以及设备的外观。 鉴于现场运营和实训教学的需要，学院的轨道交通工程实践中心人员对售票机的内部机械结构做了新的设计，设计的原则就是所有模块轻量化，节省材质，减少生产成本。 锁闭结构采取卡扣式模式，每个单元模块采用推拉式拆卸，并且用颜色标识拆卸按钮，便于学生实训操作。 在不改变原理的情况下机械配件采用铝合金材质，较以往模块轻量化，外观流畅化[5]。 结构变化的主要模块有纸币箱、 零钱箱、 票箱、 打印机、 操作面板。 传统的售票机票箱、 钱箱比较沉重，不便更换，且需要几把钥匙开锁，钥匙丢失就无法操作。 现在钱币箱开锁改为卡扣模式，减少了钥匙的管理，提高了工作效率。 票箱质量也比较轻便，便于学生更换，提高了安全性能[6]。 操作面板以前是台式电脑鼠标键盘的尺寸，键盘位于设备最上方或者最下方，不够美观且操作不方便，给实训操作带来很多麻烦。 现改为书本大小的尺寸，位于TVM 门扇后面，高度符合人体的需要，见图3、 图4。

图3 设计前的钱箱、票箱内部结构

图4 设计后的钱箱、票箱内部结构

3 电气原理

3.1 电源输入原理

TVM 供电电源为交流220 V 电源，由漏电保护开关和断路器控制。 漏电保护开关控制设备的总电源，断路器为设备电源输入的控制开关，经其控制输出至内置电源UPS[7]。 UPS 的主要功能： 将TVM系统供电与外界隔离，并给TVM 系统各个模块提供电源； 在市电断开的情况下提供给系统电源，可保证TVM 系统正常工作一段时间，用于保存最后一笔交易数据。

3.2 硬件组成原理

TVM 是由微型计算机统一控制的高度集成的自动化设备，它主要由一台微型计算机、 多个智能控制模块、 供电直流电源模块等组成。

1） 微型计算机共有12 个RS232 通信串口以及2 个1000/100/10 M 自适应以太网口，微型计算机通过这些串口与各个智能模块交互信息，同时通过以太网口将相关信息上传至车站计算机和票务清分中心。 在微型计算机的统一协调下，通过这些智能模块完成一系列自动售票功能[8]。

2） TVM 的智能模块主要包括触摸显示屏、 硬币模块、 纸币模块、 发卡机、 状态显示屏、 I/O 控制器、 维护屏和键盘、 票据打印机、 IC 卡读写器、储值卡读写器等[9]。

3） 供电电源模块主要包括交流输入开关、 山特MT-1000pro UPS 和SP-500-24 开关电源等。 交流输入开关主要控制交流输入电源的接通和断开，同时检测设备的漏电流，当漏电流大于30 mA 时，会自动切断交流输入电源。 UPS 的功能是当交流电源断开时自动转换为电池逆变供电，保证设备在一定时间内得到有效供电[10]。 开关电源的功能是将交流220 V 电源转换为直流24 V 电源，供设备所有模块使用。

4 结论

在不影响TVM 主要功能的前提下，简化TVM的机械结构、 优化电气原理，不仅节约TVM 的制造成本，提高TVM 的经济性，以适应现在飞速发展的轨道交通行业，而且进一步提高自主服务的通用性，提升产品的品牌价值和市场占有率。 地铁TVM 是一种与用户高度交互的自助式终端设备，研究其结构设计，改进缺陷、 弥补不足，创造新方法，获得新成果，不但可以提高其产品层次，而且可为今后的产品设计提供一定的经验。 经过设计改变后的TVM 更适合于学生的综合实训和职工的培训。 经过对TVM 的机械模块、 电源模块、 故障处理的设计研究，新的TVM 在节约成本的同时提高了学生的学习质量，可为企业的培训和学校的实训教学带来深远的影响。