基于綜合實(shí)訓(xùn)的TVM 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

劉妮娜，衡馬俊

（1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道交通工程實(shí)踐中心，江蘇 南京 210031；2.南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210031）

城市軌道交通專業(yè)的學(xué)生除了要掌握應(yīng)有的理論知識(shí)外，還要有一定的實(shí)際操作能力，就要求學(xué)生能夠熟練操作售票機(jī) （ Ticket Vending Machine，TVM ），并且能夠處理設(shè)備的故障。 針對(duì)這樣的需求，南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院自主研究設(shè)計(jì)了一種適合學(xué)生綜合實(shí)訓(xùn)的TVM。 目的是使學(xué)生和老師充分了解TVM 的基本組成，加深對(duì)TVM 的全面認(rèn)識(shí)，掌握TVM 的機(jī)械結(jié)構(gòu)、 電氣原理、 使用方法，以便上崗后能更好地處理設(shè)備的故障[1]。該設(shè)備適用于軌道交通類學(xué)生、 地鐵運(yùn)營(yíng)公司、 地鐵車站相關(guān)工作人員，且適用于教師科研的開發(fā)、 設(shè)計(jì)和測(cè)試。

1 TVM 的特點(diǎn)

隨著城市軌道交通的發(fā)展，地鐵出行成了大部分市民出行方式的首要選擇，因此地鐵站內(nèi)人員流量迅速增長(zhǎng)，特別是北上廣等一線城市，地鐵站內(nèi)的TVM 顯得尤為重要。 TVM 是直接面對(duì)乘客，實(shí)現(xiàn)售票自主化的重要設(shè)備，其支持硬幣、 紙幣以及硬幣和紙幣混合支付及找零。 目前國(guó)內(nèi)外主要針對(duì)售票機(jī)的軟件系統(tǒng)、 人機(jī)交互界面、 資源配置以及售票機(jī)的故障診斷等對(duì)售票系統(tǒng)進(jìn)行研究。 TVM 設(shè)置于地鐵車站非付費(fèi)區(qū)，是供乘客使用的自助購(gòu)票設(shè)備，已經(jīng)經(jīng)歷幾次更新?lián)Q代。 具有以下特點(diǎn)： 使用觸摸屏技術(shù)，方便乘客購(gòu)票操作； 采用微型計(jì)算機(jī)作為設(shè)備的主控單元，可以實(shí)時(shí)控制各部件，又能實(shí)時(shí)完成上位機(jī)下達(dá)的各項(xiàng)命令； 采用先進(jìn)的紙幣模塊，支持面值為100 元、 50 元、 20 元、 10 元、5 元、 1 元的各種流通貨幣 （可接受面額根據(jù)運(yùn)營(yíng)方的實(shí)際需求），還可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行軟件升級(jí)，拒絕假幣進(jìn)入； 采用先進(jìn)的硬幣識(shí)幣器，支持1 元和5 角硬幣； 安裝有狀態(tài)顯示屏，可以用中英文顯示TVM的運(yùn)行狀態(tài)[2]；安裝有裝飾玻璃，配合燈光，增加了漂亮的色彩，使TVM 成為一條靚麗的風(fēng)景線； 可實(shí)時(shí)響應(yīng)緊急命令，并自動(dòng)顯示緊急狀態(tài)； 配置UPS 電源，即使停電，也可使TVM 正常完成最后一筆交易； 安裝有加熱器，在環(huán)境溫度低于一定溫度時(shí)，加熱器開啟，保證了TVM 設(shè)備內(nèi)部各模塊穩(wěn)定工作。

2 TVM 的組成

TVM 主要由電路控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，包括微型計(jì)算機(jī)、 乘客顯示屏、 維護(hù)屏和鍵盤、 I/O控制板、 繼電器板、 電源轉(zhuǎn)接板、 狀態(tài)顯示屏、 票據(jù)打印機(jī)、 硬幣模塊、 紙幣模塊、 紙幣找鈔模塊、車票發(fā)售模塊 （含車票讀寫器）、 UPS、 開關(guān)電源、濾波器、 電源開關(guān)、 儲(chǔ)值票讀寫器、 揚(yáng)聲器、 近距離乘客感應(yīng)器、 召援按鈕、 手持式維護(hù)照明燈等[3]。

一臺(tái)售票機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)備的外形、 后期的維修影響極為深遠(yuǎn)。 所以本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)和軌道交通類學(xué)生綜合實(shí)訓(xùn)的需要對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，以保證自助售票機(jī)的輕量化、 操作流暢化，并能降低制造成本。

2.1 TVM 的外觀

第111 頁(yè)圖1 為TVM 外觀圖。 由圖1 可見，TVM 主要包括觸摸顯示屏、 狀態(tài)顯示屏、 硬幣投入口、 紙幣入口、 取票口和找零口、 儲(chǔ)值卡插入口和打印憑條出口[4]。 相比以往的TVM，這次設(shè)計(jì)改變了顯示屏的尺寸大小，同時(shí)增加了二維碼掃碼支付功能，可節(jié)省旅客的出行時(shí)間，方便運(yùn)營(yíng)管理，有利于車站的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

圖1 TVM 外部組成

2.2 TVM 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

以前的TVM 是前面單開門設(shè)置，對(duì)實(shí)訓(xùn)操作空間要求比較大，并且用扳手進(jìn)行開門操作需要很大的力氣，對(duì)于女同學(xué)來(lái)講有難度。 本文設(shè)計(jì)將其改為后面雙開門設(shè)置，可節(jié)省實(shí)訓(xùn)所需要的空間，同時(shí)采用鑰匙開門，方便學(xué)生、 教師、 員工的實(shí)訓(xùn)操作。 圖2 為TVM 的內(nèi)部組成圖，從圖2 中可以看到各個(gè)模塊的安裝位置。

圖2 TVM 內(nèi)部組成

2.3 TVM 的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TVM 的機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)影響整個(gè)設(shè)備的性能以及設(shè)備的外觀。 鑒于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要，學(xué)院的軌道交通工程實(shí)踐中心人員對(duì)售票機(jī)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)做了新的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的原則就是所有模塊輕量化，節(jié)省材質(zhì)，減少生產(chǎn)成本。 鎖閉結(jié)構(gòu)采取卡扣式模式，每個(gè)單元模塊采用推拉式拆卸，并且用顏色標(biāo)識(shí)拆卸按鈕，便于學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作。 在不改變?cè)淼那闆r下機(jī)械配件采用鋁合金材質(zhì)，較以往模塊輕量化，外觀流暢化[5]。 結(jié)構(gòu)變化的主要模塊有紙幣箱、 零錢箱、 票箱、 打印機(jī)、 操作面板。 傳統(tǒng)的售票機(jī)票箱、 錢箱比較沉重，不便更換，且需要幾把鑰匙開鎖，鑰匙丟失就無(wú)法操作。 現(xiàn)在錢幣箱開鎖改為卡扣模式，減少了鑰匙的管理，提高了工作效率。 票箱質(zhì)量也比較輕便，便于學(xué)生更換，提高了安全性能[6]。 操作面板以前是臺(tái)式電腦鼠標(biāo)鍵盤的尺寸，鍵盤位于設(shè)備最上方或者最下方，不夠美觀且操作不方便，給實(shí)訓(xùn)操作帶來(lái)很多麻煩。 現(xiàn)改為書本大小的尺寸，位于TVM 門扇后面，高度符合人體的需要，見圖3、 圖4。

圖3 設(shè)計(jì)前的錢箱、票箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 設(shè)計(jì)后的錢箱、票箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3 電氣原理

3.1 電源輸入原理

TVM 供電電源為交流220 V 電源，由漏電保護(hù)開關(guān)和斷路器控制。 漏電保護(hù)開關(guān)控制設(shè)備的總電源，斷路器為設(shè)備電源輸入的控制開關(guān)，經(jīng)其控制輸出至內(nèi)置電源UPS[7]。 UPS 的主要功能： 將TVM系統(tǒng)供電與外界隔離，并給TVM 系統(tǒng)各個(gè)模塊提供電源； 在市電斷開的情況下提供給系統(tǒng)電源，可保證TVM 系統(tǒng)正常工作一段時(shí)間，用于保存最后一筆交易數(shù)據(jù)。

3.2 硬件組成原理

TVM 是由微型計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制的高度集成的自動(dòng)化設(shè)備，它主要由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)、 多個(gè)智能控制模塊、 供電直流電源模塊等組成。

1） 微型計(jì)算機(jī)共有12 個(gè)RS232 通信串口以及2 個(gè)1000/100/10 M 自適應(yīng)以太網(wǎng)口，微型計(jì)算機(jī)通過(guò)這些串口與各個(gè)智能模塊交互信息，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)口將相關(guān)信息上傳至車站計(jì)算機(jī)和票務(wù)清分中心。 在微型計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，通過(guò)這些智能模塊完成一系列自動(dòng)售票功能[8]。

2） TVM 的智能模塊主要包括觸摸顯示屏、 硬幣模塊、 紙幣模塊、 發(fā)卡機(jī)、 狀態(tài)顯示屏、 I/O 控制器、 維護(hù)屏和鍵盤、 票據(jù)打印機(jī)、 IC 卡讀寫器、儲(chǔ)值卡讀寫器等[9]。

3） 供電電源模塊主要包括交流輸入開關(guān)、 山特MT-1000pro UPS 和SP-500-24 開關(guān)電源等。 交流輸入開關(guān)主要控制交流輸入電源的接通和斷開，同時(shí)檢測(cè)設(shè)備的漏電流，當(dāng)漏電流大于30 mA 時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷交流輸入電源。 UPS 的功能是當(dāng)交流電源斷開時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為電池逆變供電，保證設(shè)備在一定時(shí)間內(nèi)得到有效供電[10]。 開關(guān)電源的功能是將交流220 V 電源轉(zhuǎn)換為直流24 V 電源，供設(shè)備所有模塊使用。

4 結(jié)論

在不影響TVM 主要功能的前提下，簡(jiǎn)化TVM的機(jī)械結(jié)構(gòu)、 優(yōu)化電氣原理，不僅節(jié)約TVM 的制造成本，提高TVM 的經(jīng)濟(jì)性，以適應(yīng)現(xiàn)在飛速發(fā)展的軌道交通行業(yè)，而且進(jìn)一步提高自主服務(wù)的通用性，提升產(chǎn)品的品牌價(jià)值和市場(chǎng)占有率。 地鐵TVM 是一種與用戶高度交互的自助式終端設(shè)備，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改進(jìn)缺陷、 彌補(bǔ)不足，創(chuàng)造新方法，獲得新成果，不但可以提高其產(chǎn)品層次，而且可為今后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供一定的經(jīng)驗(yàn)。 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)改變后的TVM 更適合于學(xué)生的綜合實(shí)訓(xùn)和職工的培訓(xùn)。 經(jīng)過(guò)對(duì)TVM 的機(jī)械模塊、 電源模塊、 故障處理的設(shè)計(jì)研究，新的TVM 在節(jié)約成本的同時(shí)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，可為企業(yè)的培訓(xùn)和學(xué)校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。