AFC系統(tǒng)AGM的結(jié)構(gòu)及功能分析

黑龍江 馬樂

引言

AGM(自動檢票機)，又稱作閘機，是AFC（自動售檢票）系統(tǒng)終端設備的一種，主要實現(xiàn)乘客的自助進出站檢票交易并對乘客進行規(guī)范導行的功能（從非付費區(qū)到付費區(qū)），并能為AFC系統(tǒng)提供客流信息和交易信息。近年來，AGM在城市軌道交通、圖書館、商場、超市、旅游景點等地方有廣泛的應用。本文著重對AGM設備的基本結(jié)構(gòu)及各個主要模塊的功能、工作方式等進行了詳細的分析。

1 AGM分類及設備功能

AGM（自動檢票機）在城市軌道交通AFC系統(tǒng)中，根據(jù)用途可分為進站檢票機（EnG）、出站檢票機（ExG）、雙向檢票機（RG）三種。其中雙向檢票機又分為普通雙向檢票機和寬通道雙向檢票機兩種。進站檢票機主要完成對乘客進站的檢票操作，檢票端在非付費區(qū)；出站檢票機主要完成對乘客出站的檢票操作，檢票端在付費區(qū)；雙向檢票機具有以上兩種檢票機的功能，但單次只能完成一項功能。

根據(jù)阻擋裝置進行分類，自動檢票機可分為三桿式、剪式門、拍打門、平移門等類型。

自動檢票機的基本功能是對付費區(qū)及非付費區(qū)的乘客所持有的車票有效性進行檢驗，并完成進出站交易。根據(jù)不同的計費規(guī)則，自動檢票機的具體功能稍有不同，但其主要功能基本有以下幾條：

（1）對乘客所持車票的有效性、合法性進行檢查，有效車票處理后允許乘客通行，無效車票拒絕乘客通行，并對車票處理結(jié)果進行顯示或提示。

（2）對檢票通道的具體通行狀態(tài)進行提示。

（3）對需要回收的車票進行回收。

（4）對交易信息進行儲存及上傳。

（5）接收系統(tǒng)下發(fā)命令并執(zhí)行操作。

（6）自動檢測各部件工作狀態(tài)并上報。

2 AGM基本結(jié)構(gòu)

自動檢票機主要包括主控單元、通行狀態(tài)控制器、檢票機控制單元、票卡處理裝置、阻擋裝置、乘客信息顯示器、通行狀態(tài)顯示器、車票讀寫器、乘客通行傳感器、警示燈、蜂鳴器、電源模塊、維修維護單元等部件。自動檢票機總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動檢票機結(jié)構(gòu)

AGM（自動檢票機）的設計充分考慮了本地的文化背景及人機工程學，在外觀設計上及人機界面設計上追求人性化（如符合大多數(shù)乘客的右手持票習慣），操作及維護上追求簡便化，同時從設備安全角度上有防塵和防靜電設計。AGM的外殼蒙皮與骨架通常采用304L不銹鋼，能抵抗潮濕煙霧等惡劣天氣及外界環(huán)境對設備的影響。所有外露的邊角及外露表面的突出物應采用圓弧光滑過渡，保證了在乘客通行與站員維護過程中不產(chǎn)生劃傷。AGM所用的非金屬材料可采用ABS和聚丙烯，表面噴涂采用環(huán)保無毒材料。

3 主要部件功能分析

3.1 主控單元（ECU）

ECU為AGM的控制核心，用來控制AGM中所有的其他零部件。目前通常采用嵌入式工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，可靠性高。具有良好的抗振動、沖擊、電磁兼容和防塵防潮能力性能，功耗低，保證整機24小時不間斷穩(wěn)定運行。ECU除滿足系統(tǒng)功能要求的軟件及硬件接口外，至少預留兩個以上接口供擴展使用。主控單元應具有數(shù)據(jù)備份能力，并且可接外部存儲器。平均故障間隔時間應該大于10000小時。

3.2 票卡處理單元

票卡處理裝置主要負責單程票的回收和無效票的退還等功能，主要包括兩大組件：車票讀寫器和票卡傳送裝置。票卡處理裝置具體形式取決于票卡的類型，目前通常使用非接觸式IC卡中的籌碼型（Token）和卡型兩種為主。

這里以卡型車票票卡處理單元為例介紹一下其結(jié)構(gòu)及功能。其基本構(gòu)成如圖2所示：

圖2 票卡處理單元基本構(gòu)成

票卡運送的流程如下:

乘客將車票插入投入口→臨時停止在位于運送通路上的票卡車票讀寫器處，判斷車票的有效性→如果有效，將被運送到位于運送通路深處的車票箱內(nèi)；如果無效則返還到投入口。

車票讀寫器讀取應該回收的車票時，在乘客引導顯示器上顯示將票投入到投入口中。相反，如果在投入口內(nèi)的車票讀寫器讀取了不回收的車票時，將在乘客引導顯示器上提示，并作為無效車票被退還到投入口?；厥諉卧肫笨诘脑O計根據(jù)回收車票尺寸，設計上保證在入票口不允許同時插入兩張及以上的車票。插入車票時，傳感器檢測到插入車票，驅(qū)動電機吸入車票并且運送到車票讀寫器單元。為了防止投入第二張車票，關閉投入口的遮門。如果判斷為無效票、異常票，則退還到投入口。

當判斷被投入的車票有效，將打開投入口遮門，允許投入下一張車票。將前一個投入的車票運送到指定票箱的分岔皮帶部。通常設有2種回收票箱（2個收票箱，1個廢票箱），回收系統(tǒng)將判斷并確定車票送入的票箱，將投入的車票運送到指定票箱的分岔皮帶部。被投入的票卡，被運送到票箱單元上方的分岔皮帶上后，分岔皮帶向票箱傾斜。如圖3所示，在票箱單元的內(nèi)部安裝有升降機，通過傳感器使其經(jīng)常保持在一定的高度上。因此被回收的票卡中最上面的卡是一定的，可以穩(wěn)定地疊放票卡。IC卡被回收后，升降機將下降。票箱的頂部和底部都有傳感器，將卡的積存狀況傳送到車站計算機上，在車票回收將滿時將發(fā)出警告信息。

圖3 票卡進入票箱過程

3.3 阻擋裝置

阻擋裝置目前常見種類有三桿式、剪式門、拍打門等。其中三桿式由三根不銹鋼桿臂、轉(zhuǎn)動圓盤構(gòu)成旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，由電機控制電磁鐵完成轉(zhuǎn)動。三根不銹鋼桿臂每兩個之間成120度角，在電機控制下可以完成正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動一次，通過一個乘客。一般在設計中，考慮遇到緊急情況，中間水平桿可以折疊落下，以使得人員可以快速通過。剪式門由塑料及內(nèi)置板組成，配以機械控制機構(gòu)。一般剪式門為三角形，通過門控單元驅(qū)動電機，減速器提供動力并通過電磁鐵帶動剪式門運動。門控單元負責對傳感器信號的處理及機械結(jié)構(gòu)的控制。下面以剪式門阻擋裝置為例介紹阻擋裝置中其他部件的工作原理及功能。

自動檢票機采用獨立于主控單元運行的通行邏輯控制板(PCM)來監(jiān)控乘客的通行。PCM主要負責通行邏輯的判斷，以及控制阻擋裝置動作，這樣可以大大減輕主控單元的負擔，提高乘客通行效率。

當乘客刷卡或投入單程票，讀卡器對車票進行處理，可得到是否放行的結(jié)果，需要開門則發(fā)送一個電平信號，PCM收到信號后，執(zhí)行開門動作；同時，PCM模塊結(jié)合傳感器監(jiān)控到的乘客活動信息對扇門進行控制，當乘客通過或者信號超時時，閘門自動關閉。PCM的控制軟件可以按業(yè)主的要求修改，可完全滿足乘客通行邏輯控制的要求。

通道內(nèi)檢測傳感器用于探測乘客的位置及行進的方向，乘客探測是通過檢測紅外傳感器是否被遮擋來實現(xiàn)的。乘客通行控制傳感器包括對射型傳感器和反射型傳感器兩種傳感器，傳感器工作原理如下：

（1）對射型傳感器：由通道兩側(cè)檢票機上成對布置的紅外線發(fā)端和接收端成對構(gòu)成，當乘客進入通道，對射傳感器的輸出端電平信號將發(fā)生改變，控制板可以檢測到傳感器的變化。

（2）反射型傳感器：傳感器同時具有發(fā)射端和接收端，發(fā)射的射線遇到物體反射回來，接收端接收到反射信號。一般兒童身高檢測為1.2米，而檢票機高度普遍小于1.2米，不能使用對射傳感器用于身高檢測，因此使用反射型用于身高檢測。

圖4 紅外對射傳感器發(fā)射、接收示意圖

采用對射傳感器和漫反射傳感器的具體安裝位置需要經(jīng)過科學設計和嚴格實驗得到。對射傳感器通常分為探測區(qū)、監(jiān)視區(qū)、安全區(qū)、退出區(qū)。當乘客使用有效車票通過檢票機通道傳感器組安全區(qū)時，判斷為一個乘客通過，即檢票機的乘客通過人數(shù)是以穿過安全區(qū)傳感器組的乘客人數(shù)為依據(jù)的。當乘客通過探測區(qū)、監(jiān)視區(qū)后，進入安全區(qū)，此時安全區(qū)的傳感器被遮擋，而當乘客繼續(xù)行走進入退出區(qū)，安全區(qū)傳感器遮擋釋放，則檢票機判斷有一人通過。為了保證乘客的通行安全，當乘客位于安全區(qū)時，無論何種情況，閘門保持打開狀態(tài)，即當安全區(qū)的傳感器被遮擋時，處于打開狀態(tài)的閘門將不會關閉，正在進行關閉動作的閘門也會立即打開，以此來保證乘客通行時的安全。需要配置關門防夾人的保護傳感器，當乘客停留超時發(fā)警報提示音，點亮報警燈來通知車站工作人員。

[1]趙時旻.軌道交通自動售檢票系統(tǒng).同濟大學出版社，2010.

[2]楊超.基于ARM的地鐵自動檢票機控制系統(tǒng)研究.城市軌道交通研究，2012.

[3]陳勇.地鐵自動售檢票系統(tǒng).鐵道通信信號，2002.

[4]楊超.基于ARM架構(gòu)的地鐵自動檢票機控制系統(tǒng)的研究.北京交通大學碩士學位論文，2011.