粟慧龍，韓 雪

（1.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 株洲 412001；2.湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 株洲 412001）

列車電子換票裝置的研究與設(shè)計(jì)

粟慧龍1，韓 雪2

（1.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 株洲 412001；2.湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 株洲 412001）

本文針對(duì)列車臥鋪席上下車換票方式存在的不足，設(shè)計(jì)了一種列車到站后能自動(dòng)提醒旅客下車的電子換票裝置，并對(duì)系統(tǒng)的組成、工作原理及軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。主機(jī)從車票識(shí)別終端得到旅客的乘車信息，通過機(jī)車TAX2箱和GPS采集列車的位置、車速等信息，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并將結(jié)果發(fā)送至提醒終端，列車接近旅客目的站點(diǎn)時(shí)，提醒終端以振動(dòng)和顯示的方式提醒旅客下車。

電子換票；到站提醒；機(jī)車TAX2箱；GPS；處理器

隨著鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，乘坐列車臥鋪席長(zhǎng)途旅行已逐漸成為大多數(shù)人的選擇。眾所周知，旅客乘坐列車臥鋪席上下車都需要辦理換票手續(xù)，換票制度可以提醒旅客及時(shí)做好下車準(zhǔn)備，在一定程度上為旅客提供了便利，但在實(shí)際的乘車過程中，由于乘務(wù)員的工作狀態(tài)、服務(wù)水平以及乘車環(huán)境的差異，換票過程往往會(huì)給旅客帶來很大的困擾和不便，同時(shí)增加了旅客的乘車環(huán)節(jié)，也加大了乘務(wù)員的工作強(qiáng)度。為此，文中設(shè)計(jì)了一種列車到站后自動(dòng)提醒旅客下車的電子換票裝置，以解決人工換票方式存在的不足。

1　系統(tǒng)組成及工作原理

列車電子換票裝置由車票識(shí)別終端、主機(jī)、旅客提醒終端3部分組成。旅客上車時(shí)，車票識(shí)別終端通過二維碼［1］、RFID［2-3］或圖像文字識(shí)別等方式獲得旅客的車票信息［4-5］，并將信息通過藍(lán)牙方式發(fā)送給主機(jī)；主機(jī)接收并統(tǒng)計(jì)旅客乘車信息，同時(shí)，通過GPS定位和與機(jī)車TAX2箱通訊得到列車的定位信息［6-8］，實(shí)時(shí)將列車行進(jìn)信息發(fā)送至旅客提醒終端；提醒終端接收主機(jī)信息，當(dāng)列車接近旅客目的站點(diǎn)時(shí)，提醒終端通過振動(dòng)和顯示方式提醒旅客做好下車準(zhǔn)備。列車電子換票裝置的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　列車電子換票裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

主機(jī)是列車電子換票裝置的核心組成部分，由處理器模塊、USB存儲(chǔ)電路、藍(lán)牙通信模塊、ZIGBEE通信模塊、LCD12864顯示電路、鍵盤電路、GPS定位電路、機(jī)車TAX2箱通訊電路等組成。主機(jī)主要負(fù)責(zé)列車行進(jìn)信息獲取、旅客乘車信息的處理分析，以及向提醒終端發(fā)送數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

旅客上車時(shí)，主機(jī)通過藍(lán)牙通信電路接收車票識(shí)別終端發(fā)送的旅客車票信息；列車運(yùn)行時(shí)，主機(jī)通過GPS和機(jī)車TAX2箱得到列車的位置、車速等信息［6-7］，測(cè)算列車到達(dá)下一站點(diǎn)的距離和行駛時(shí)間，處理更新旅客乘車信息，并將處理結(jié)果以廣播模式通過ZIGBEE通信電路發(fā)送給提醒終端［9-11］。提醒終端接收主機(jī)信息，若列車位置距離旅客目的站點(diǎn)的距離和行駛時(shí)間小于一定數(shù)值時(shí)，以振動(dòng)和顯示方式提醒旅客下車。

圖2　主機(jī)硬件電路結(jié)構(gòu)圖

1）機(jī)車TAX2箱通訊電路設(shè)計(jì)

列車定位是實(shí)現(xiàn)旅客下車自動(dòng)提醒的重要依據(jù)，在列車的牽引機(jī)車部分安裝有列車的行車記錄裝置機(jī)車TAX2箱，通過與機(jī)車TAX2箱通訊可以獲取列車的車次、公里標(biāo)、車速等數(shù)據(jù)列車行進(jìn)信息［6］。

機(jī)車TAX2箱通訊電路以MAX485作為核心器件，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與機(jī)車TAX2箱的通訊連接，列車運(yùn)行過程中，機(jī)車TAX2箱以115200波特率循環(huán)、實(shí)時(shí)的發(fā)送列車的行進(jìn)信息，機(jī)車TAX2箱通訊電路如圖3所示。 機(jī)車TAX2箱數(shù)據(jù)通過A2、B2端接入MAX485芯片，并從RO引腳輸出至光電隔離器 6N137的輸入端 LED-，經(jīng)過光電隔離轉(zhuǎn)換后從6N137的Y腳輸出至主機(jī)控制器STM32F103的串行口接收端PC11，主機(jī)接收車次、實(shí)時(shí)時(shí)間、車站號(hào)、公里標(biāo)、交路號(hào)、車速等列車行進(jìn)信息，并測(cè)算出列車當(dāng)前位置距離旅客目的地的行駛里程和時(shí)間，當(dāng)兩者小于一定數(shù)值時(shí)則提醒終端通過振動(dòng)或顯示方式提醒旅客做好下車準(zhǔn)備。

圖3　RS485接口電路

2）GPS定位電路設(shè)計(jì)

為確保列車保證定位信息的準(zhǔn)確可靠，裝置中設(shè)計(jì)了兩套定位電路，除通過與機(jī)車TAX2箱通訊獲取列車定位信息外，還可以通過GPS進(jìn)行定位。主機(jī)優(yōu)先采用與機(jī)車TAX2箱通訊的方式進(jìn)行列車定位，若此種方式定位失敗，則自動(dòng)啟用GPS定位。

GPS定位電路的采用Ublox公司的NEO 6M作為主芯片，該電路具有定位準(zhǔn)確、測(cè)量輸出頻率最高、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，比較適合狹窄山區(qū)或密集叢林等惡劣地勢(shì)環(huán)境的定位［6］。模塊電路通過串口方式與主機(jī)控制器STM32F103的IO口PA2、PA3相連接，定位成功后，通過串口將定位數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器進(jìn)行解析處理。電路如圖4所示，R1、D1起定位指示作用，GPS定位成功后D1進(jìn)行1HZ的閃亮指示；J1、L1、R4為天線接口電路，J1外接GPS有源天線；D2、R5、BT1組成備用電源電路，正常情況下VCC通過D2、R5對(duì)BT1充電，當(dāng)VCC斷電，則通BT1為GPS模塊供電。

圖4　GPS定位電路

2.2旅客提醒終端硬件電路設(shè)計(jì)

提醒終端以51單片機(jī)STC15F104E為核心，外圍電路包括ZIGBEE通信電路、OLED顯示電路、振動(dòng)提醒電路、振動(dòng)檢測(cè)電路等部分。列車臥鋪車廂的每個(gè)鋪位都設(shè)置有旅客提醒終端，列車運(yùn)行中，提醒終端通過ZIGBEE通信電路實(shí)時(shí)接收主機(jī)發(fā)送的列車行進(jìn)信息，當(dāng)列車距離旅客目的地小于60公里或行駛時(shí)間小于30分鐘時(shí)，提醒終端通過振動(dòng)或顯示方式提醒旅客做好下車準(zhǔn)備。

1）OLED顯示電路設(shè)計(jì)

為使提醒終端小型化，顯示電路采用了0.49寸、64X32點(diǎn)陣的OLED液晶顯示屏，能顯示列車速度、目的地距離、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間等旅客乘車信息。顯示電路通過I2C接口與主控制器相連，極大的簡(jiǎn)化了電路的連接，電路如圖5所示，U2的數(shù)據(jù)端SDA與STC15F104E的P3.0相連，時(shí)鐘端SCL與P3.1相連，提醒終端接收到主機(jī)發(fā)送的旅客乘車信息后，即可在OLED液晶顯示屏上顯示出來。

圖5　OLED顯示電路

2）振動(dòng)提醒電路設(shè)計(jì)

當(dāng)列車快要到達(dá)旅客目的站點(diǎn)時(shí)，振動(dòng)提醒電路工作，提醒旅客做好下車準(zhǔn)備。振動(dòng)提醒電路主要由三極管和振動(dòng)馬達(dá)組成，電路如圖6所示，處理器IO腳P3.2通過電阻R9與三極管Q1的基極相連。P3.2輸出高電平，三極管Q1飽和導(dǎo)通，M1得電產(chǎn)生振動(dòng)；反之，P3.2輸出低電平，三極管Q1截止，M1斷電振動(dòng)停止。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

主機(jī)是列車電子換票裝置的核心組成部分，上電后，主機(jī)首先進(jìn)行系統(tǒng)軟件初始化工作，然后對(duì)外圍接口電路進(jìn)行初始化和自檢測(cè)處理，若自檢無誤則進(jìn)行常規(guī)事務(wù)處理，否則通過顯示屏進(jìn)行故障提示。自檢通過后，主機(jī)依次查詢接收車票識(shí)別終端發(fā)送的旅客乘車信息，采集機(jī)車TAX2箱或GPS采集列車的位置、車速等信息，并根據(jù)列車行進(jìn)信息對(duì)旅客乘車信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與更新處理，然后將處理后乘車數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)操作，同時(shí)將其以廣播形式發(fā)送至提醒終端，主機(jī)軟件運(yùn)行流程如圖7所示。

圖6　振動(dòng)提醒電路

圖7　主機(jī)軟件運(yùn)行流程

3.2旅客提醒終端軟件設(shè)計(jì)

旅客提醒終端是實(shí)現(xiàn)旅客到站下車提醒功能的重要部件，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，提醒終端采用中斷方式實(shí)時(shí)接收主機(jī)發(fā)送的旅客乘車信息，并根據(jù)提醒終端的終端號(hào)對(duì)主機(jī)信息進(jìn)行解析處理，當(dāng)列車距離旅客目的地小于60公里或行駛時(shí)間小于30分鐘時(shí)，提醒終端通過振動(dòng)或顯示方式提醒旅客做好下車準(zhǔn)備。此外，軟件還具有振動(dòng)查詢功能，旅客輕拍提醒終端，處理檢測(cè)到振動(dòng)即可將列車車速、目的站點(diǎn)距離、預(yù)計(jì)行車時(shí)間等信息通過0LED液晶屏顯示出來［16］。提醒終端軟件運(yùn)行流程如圖8所示。

圖8　旅客提醒終端軟件流程

4　結(jié)　論

本裝置是一種簡(jiǎn)單易用，且智能化程度較高的旅客列車輔助乘車裝置，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和上車試運(yùn)行檢驗(yàn)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，起到了及時(shí)有效的提醒旅客下車的功能，并且簡(jiǎn)化了旅客乘車環(huán)節(jié)，減輕了乘務(wù)員的工作強(qiáng)度，有效的解決了目前人工換票存在的不足，具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。

［1］明鋆.火車票二維碼強(qiáng)加密關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.信息系統(tǒng)工程，2014（1）：47.

［2］劉永玲，路勇，王夢(mèng).基于UHF頻段RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票研究［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2012（14）：44-46.

［3］江斌，嚴(yán)龍，韓潔.RFID技術(shù)在自動(dòng)售檢票設(shè)備巡檢維護(hù)中的應(yīng)用設(shè)想［J］.鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2015（6）：79-82.

［4］黃江平，吳昊.基于Android的火車票實(shí)名檢票系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2012（9）：21-23.

［5］王成，蔣秋華，張家鋒，等.基于二代身份證的互聯(lián)網(wǎng)電子票自動(dòng)檢票系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（S1）：346-351.

［6］粟慧龍，韓雪.基于USB海量存儲(chǔ)的機(jī)車軸溫監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2013（2）：76-78.

［7］李小帥，楊金寰.GPS定位列車完整性檢測(cè)方法研究［J］.鐵道技術(shù)監(jiān)督，2015（12）：45-48.

［8］黃小午.基于GSM-R的列車位置監(jiān)測(cè)平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)［D］.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

［9］劉科.基于ZigBee的列車到達(dá)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都：成都理工大學(xué)，2011.

［10］時(shí)曉艷.基于ZigBee和GPRS技術(shù)的列車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.上海：中國(guó)海洋大學(xué)，2012.

［11］孫麗萍，馬路，周正.基于ZigBee的列車運(yùn)行狀態(tài)無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.兵工自動(dòng)化，2007（3）：62-64.

［12］葉年發(fā).鐵路客運(yùn)專線自動(dòng)檢票系統(tǒng)的研究［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2006（3）：101-105.

［13］王成，蔣秋華，覃飛，等.鐵路旅客自動(dòng)檢票系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2012（4）：45-48.

［14］趙硯田.我國(guó)火車票防偽技術(shù)縱覽［J］.中國(guó)品牌與防偽，2010（3）：80-83.

［15］陳艷華.軌道交通列車定位技術(shù)的選擇與比較［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2010（11）：186-188.

［16］郭淳，徐興坤.LED輕量級(jí)分組密碼設(shè)計(jì)的研究與改進(jìn)探討［J］.電力信息與通信技術(shù)，2014（9）：15-19.

Research and design train ticket exchange electronic device

SU Hui-long1，HAN Xue2
（1.Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou 412001，China；2.Hunan Vocational College of Railway Technology，Zhuzhou 412001，China）

In this paper，after the sleeper train to get off the bench for votes shortage exists in the way to design a train station can automatically remind the passengers to get off electronic devices for votes，composition，working principle and system hardware and software design and implementation of a detailed elaboration.When the host vehicle information obtained from passengers ticket terminal identification，collection location of the train，vehicle speed and other information via the locomotive TAX2 box and GPS，data processing and analysis，and the results are sent to remind the terminal，passenger train near the destination site，remind terminal in the vibration mode and display reminders passengers.

electronic commutation ticket；reminds station；locomotive TAX2 box；GPS；processor

TN710

A

1674－6236（2016）09-0105-03

2016-02-22稿件編號(hào)：201602097

湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（14C0755）；湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（15C0914）；湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2015JJ2003）

粟慧龍（1982—），男，湖南常德人，碩士，講師，工程師。研究方向：自動(dòng)控制、嵌入式系統(tǒng)。