AFC系统AGM的结构及功能分析

黑龙江 马乐

引言

AGM(自动检票机)，又称作闸机，是AFC（自动售检票）系统终端设备的一种，主要实现乘客的自助进出站检票交易并对乘客进行规范导行的功能（从非付费区到付费区），并能为AFC系统提供客流信息和交易信息。近年来，AGM在城市轨道交通、图书馆、商场、超市、旅游景点等地方有广泛的应用。本文着重对AGM设备的基本结构及各个主要模块的功能、工作方式等进行了详细的分析。

1 AGM分类及设备功能

AGM（自动检票机）在城市轨道交通AFC系统中，根据用途可分为进站检票机（EnG）、出站检票机（ExG）、双向检票机（RG）三种。其中双向检票机又分为普通双向检票机和宽通道双向检票机两种。进站检票机主要完成对乘客进站的检票操作，检票端在非付费区；出站检票机主要完成对乘客出站的检票操作，检票端在付费区；双向检票机具有以上两种检票机的功能，但单次只能完成一项功能。

根据阻挡装置进行分类，自动检票机可分为三杆式、剪式门、拍打门、平移门等类型。

自动检票机的基本功能是对付费区及非付费区的乘客所持有的车票有效性进行检验，并完成进出站交易。根据不同的计费规则，自动检票机的具体功能稍有不同，但其主要功能基本有以下几条：

（1）对乘客所持车票的有效性、合法性进行检查，有效车票处理后允许乘客通行，无效车票拒绝乘客通行，并对车票处理结果进行显示或提示。

（2）对检票通道的具体通行状态进行提示。

（3）对需要回收的车票进行回收。

（4）对交易信息进行储存及上传。

（5）接收系统下发命令并执行操作。

（6）自动检测各部件工作状态并上报。

2 AGM基本结构

自动检票机主要包括主控单元、通行状态控制器、检票机控制单元、票卡处理装置、阻挡装置、乘客信息显示器、通行状态显示器、车票读写器、乘客通行传感器、警示灯、蜂鸣器、电源模块、维修维护单元等部件。自动检票机总体结构如图1所示。

图1 自动检票机结构

AGM（自动检票机）的设计充分考虑了本地的文化背景及人机工程学，在外观设计上及人机界面设计上追求人性化（如符合大多数乘客的右手持票习惯），操作及维护上追求简便化，同时从设备安全角度上有防尘和防静电设计。AGM的外壳蒙皮与骨架通常采用304L不锈钢，能抵抗潮湿烟雾等恶劣天气及外界环境对设备的影响。所有外露的边角及外露表面的突出物应采用圆弧光滑过渡，保证了在乘客通行与站员维护过程中不产生划伤。AGM所用的非金属材料可采用ABS和聚丙烯，表面喷涂采用环保无毒材料。

3 主要部件功能分析

3.1 主控单元（ECU）

ECU为AGM的控制核心，用来控制AGM中所有的其他零部件。目前通常采用嵌入式工业控制计算机系统，可靠性高。具有良好的抗振动、冲击、电磁兼容和防尘防潮能力性能，功耗低，保证整机24小时不间断稳定运行。ECU除满足系统功能要求的软件及硬件接口外，至少预留两个以上接口供扩展使用。主控单元应具有数据备份能力，并且可接外部存储器。平均故障间隔时间应该大于10000小时。

3.2 票卡处理单元

票卡处理装置主要负责单程票的回收和无效票的退还等功能，主要包括两大组件：车票读写器和票卡传送装置。票卡处理装置具体形式取决于票卡的类型，目前通常使用非接触式IC卡中的筹码型（Token）和卡型两种为主。

这里以卡型车票票卡处理单元为例介绍一下其结构及功能。其基本构成如图2所示：

图2 票卡处理单元基本构成

票卡运送的流程如下:

乘客将车票插入投入口→临时停止在位于运送通路上的票卡车票读写器处，判断车票的有效性→如果有效，将被运送到位于运送通路深处的车票箱内；如果无效则返还到投入口。

车票读写器读取应该回收的车票时，在乘客引导显示器上显示将票投入到投入口中。相反，如果在投入口内的车票读写器读取了不回收的车票时，将在乘客引导显示器上提示，并作为无效车票被退还到投入口。回收单元入票口的设计根据回收车票尺寸，设计上保证在入票口不允许同时插入两张及以上的车票。插入车票时，传感器检测到插入车票，驱动电机吸入车票并且运送到车票读写器单元。为了防止投入第二张车票，关闭投入口的遮门。如果判断为无效票、异常票，则退还到投入口。

当判断被投入的车票有效，将打开投入口遮门，允许投入下一张车票。将前一个投入的车票运送到指定票箱的分岔皮带部。通常设有2种回收票箱（2个收票箱，1个废票箱），回收系统将判断并确定车票送入的票箱，将投入的车票运送到指定票箱的分岔皮带部。被投入的票卡，被运送到票箱单元上方的分岔皮带上后，分岔皮带向票箱倾斜。如图3所示，在票箱单元的内部安装有升降机，通过传感器使其经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，可以稳定地叠放票卡。IC卡被回收后，升降机将下降。票箱的顶部和底部都有传感器，将卡的积存状况传送到车站计算机上，在车票回收将满时将发出警告信息。

图3 票卡进入票箱过程

3.3 阻挡装置

阻挡装置目前常见种类有三杆式、剪式门、拍打门等。其中三杆式由三根不锈钢杆臂、转动圆盘构成旋转机构，由电机控制电磁铁完成转动。三根不锈钢杆臂每两个之间成120度角，在电机控制下可以完成正转及反转，每转动一次，通过一个乘客。一般在设计中，考虑遇到紧急情况，中间水平杆可以折叠落下，以使得人员可以快速通过。剪式门由塑料及内置板组成，配以机械控制机构。一般剪式门为三角形，通过门控单元驱动电机，减速器提供动力并通过电磁铁带动剪式门运动。门控单元负责对传感器信号的处理及机械结构的控制。下面以剪式门阻挡装置为例介绍阻挡装置中其他部件的工作原理及功能。

自动检票机采用独立于主控单元运行的通行逻辑控制板(PCM)来监控乘客的通行。PCM主要负责通行逻辑的判断，以及控制阻挡装置动作，这样可以大大减轻主控单元的负担，提高乘客通行效率。

当乘客刷卡或投入单程票，读卡器对车票进行处理，可得到是否放行的结果，需要开门则发送一个电平信号，PCM收到信号后，执行开门动作；同时，PCM模块结合传感器监控到的乘客活动信息对扇门进行控制，当乘客通过或者信号超时时，闸门自动关闭。PCM的控制软件可以按业主的要求修改，可完全满足乘客通行逻辑控制的要求。

通道内检测传感器用于探测乘客的位置及行进的方向，乘客探测是通过检测红外传感器是否被遮挡来实现的。乘客通行控制传感器包括对射型传感器和反射型传感器两种传感器，传感器工作原理如下：

（1）对射型传感器：由通道两侧检票机上成对布置的红外线发端和接收端成对构成，当乘客进入通道，对射传感器的输出端电平信号将发生改变，控制板可以检测到传感器的变化。

（2）反射型传感器：传感器同时具有发射端和接收端，发射的射线遇到物体反射回来，接收端接收到反射信号。一般儿童身高检测为1.2米，而检票机高度普遍小于1.2米，不能使用对射传感器用于身高检测，因此使用反射型用于身高检测。

图4 红外对射传感器发射、接收示意图

采用对射传感器和漫反射传感器的具体安装位置需要经过科学设计和严格实验得到。对射传感器通常分为探测区、监视区、安全区、退出区。当乘客使用有效车票通过检票机通道传感器组安全区时，判断为一个乘客通过，即检票机的乘客通过人数是以穿过安全区传感器组的乘客人数为依据的。当乘客通过探测区、监视区后，进入安全区，此时安全区的传感器被遮挡，而当乘客继续行走进入退出区，安全区传感器遮挡释放，则检票机判断有一人通过。为了保证乘客的通行安全，当乘客位于安全区时，无论何种情况，闸门保持打开状态，即当安全区的传感器被遮挡时，处于打开状态的闸门将不会关闭，正在进行关闭动作的闸门也会立即打开，以此来保证乘客通行时的安全。需要配置关门防夹人的保护传感器，当乘客停留超时发警报提示音，点亮报警灯来通知车站工作人员。

[1]赵时旻.轨道交通自动售检票系统.同济大学出版社，2010.

[2]杨超.基于ARM的地铁自动检票机控制系统研究.城市轨道交通研究，2012.

[3]陈勇.地铁自动售检票系统.铁道通信信号，2002.

[4]杨超.基于ARM架构的地铁自动检票机控制系统的研究.北京交通大学硕士学位论文，2011.