列車電子換票裝置的研究與設計

粟慧龍，韓 雪

（1.湖南鐵道職業技術學院 湖南 株洲 412001；2.湖南鐵路科技職業技術學院 湖南 株洲 412001）

列車電子換票裝置的研究與設計

粟慧龍1，韓 雪2

（1.湖南鐵道職業技術學院 湖南 株洲 412001；2.湖南鐵路科技職業技術學院 湖南 株洲 412001）

本文針對列車臥鋪席上下車換票方式存在的不足，設計了一種列車到站后能自動提醒旅客下車的電子換票裝置，并對系統的組成、工作原理及軟硬件設計實現進行了詳細闡述。主機從車票識別終端得到旅客的乘車信息，通過機車TAX2箱和GPS采集列車的位置、車速等信息，將數據進行處理分析，并將結果發送至提醒終端，列車接近旅客目的站點時，提醒終端以振動和顯示的方式提醒旅客下車。

電子換票；到站提醒；機車TAX2箱；GPS；處理器

隨著鐵路建設的飛速發展和人們生活水平的不斷提高，乘坐列車臥鋪席長途旅行已逐漸成為大多數人的選擇。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，換票制度可以提醒旅客及時做好下車準備，在一定程度上為旅客提供了便利，但在實際的乘車過程中，由于乘務員的工作狀態、服務水平以及乘車環境的差異，換票過程往往會給旅客帶來很大的困擾和不便，同時增加了旅客的乘車環節，也加大了乘務員的工作強度。為此，文中設計了一種列車到站后自動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　系統組成及工作原理

列車電子換票裝置由車票識別終端、主機、旅客提醒終端3部分組成。旅客上車時，車票識別終端通過二維碼［1］、RFID［2-3］或圖像文字識別等方式獲得旅客的車票信息［4-5］，并將信息通過藍牙方式發送給主機；主機接收并統計旅客乘車信息，同時，通過GPS定位和與機車TAX2箱通訊得到列車的定位信息［6-8］，實時將列車行進信息發送至旅客提醒終端；提醒終端接收主機信息，當列車接近旅客目的站點時，提醒終端通過振動和顯示方式提醒旅客做好下車準備。列車電子換票裝置的系統組成結構如圖1所示。

圖1　列車電子換票裝置系統結構圖

2　系統硬件設計

2.1主機硬件電路設計

主機是列車電子換票裝置的核心組成部分，由處理器模塊、USB存儲電路、藍牙通信模塊、ZIGBEE通信模塊、LCD12864顯示電路、鍵盤電路、GPS定位電路、機車TAX2箱通訊電路等組成。主機主要負責列車行進信息獲取、旅客乘車信息的處理分析，以及向提醒終端發送數據處理結果。

旅客上車時，主機通過藍牙通信電路接收車票識別終端發送的旅客車票信息；列車運行時，主機通過GPS和機車TAX2箱得到列車的位置、車速等信息［6-7］，測算列車到達下一站點的距離和行駛時間，處理更新旅客乘車信息，并將處理結果以廣播模式通過ZIGBEE通信電路發送給提醒終端［9-11］。提醒終端接收主機信息，若列車位置距離旅客目的站點的距離和行駛時間小于一定數值時，以振動和顯示方式提醒旅客下車。

圖2　主機硬件電路結構圖

1）機車TAX2箱通訊電路設計

列車定位是實現旅客下車自動提醒的重要依據，在列車的牽引機車部分安裝有列車的行車記錄裝置機車TAX2箱，通過與機車TAX2箱通訊可以獲取列車的車次、公里標、車速等數據列車行進信息［6］。

機車TAX2箱通訊電路以MAX485作為核心器件，實現主機與機車TAX2箱的通訊連接，列車運行過程中，機車TAX2箱以115200波特率循環、實時的發送列車的行進信息，機車TAX2箱通訊電路如圖3所示。 機車TAX2箱數據通過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-，經過光電隔離轉換后從6N137的Y腳輸出至主機控制器STM32F103的串行口接收端PC11，主機接收車次、實時時間、車站號、公里標、交路號、車速等列車行進信息，并測算出列車當前位置距離旅客目的地的行駛里程和時間，當兩者小于一定數值時則提醒終端通過振動或顯示方式提醒旅客做好下車準備。

圖3　RS485接口電路

2）GPS定位電路設計

為確保列車保證定位信息的準確可靠，裝置中設計了兩套定位電路，除通過與機車TAX2箱通訊獲取列車定位信息外，還可以通過GPS進行定位。主機優先采用與機車TAX2箱通訊的方式進行列車定位，若此種方式定位失敗，則自動啟用GPS定位。

GPS定位電路的采用Ublox公司的NEO 6M作為主芯片，該電路具有定位準確、測量輸出頻率最高、電路結構簡等優點，比較適合狹窄山區或密集叢林等惡劣地勢環境的定位［6］。模塊電路通過串口方式與主機控制器STM32F103的IO口PA2、PA3相連接，定位成功后，通過串口將定位數據發送給主控制器進行解析處理。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BT1充電，當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計

提醒終端以51單片機STC15F104E為核心，外圍電路包括ZIGBEE通信電路、OLED顯示電路、振動提醒電路、振動檢測電路等部分。列車臥鋪車廂的每個鋪位都設置有旅客提醒終端，列車運行中，提醒終端通過ZIGBEE通信電路實時接收主機發送的列車行進信息，當列車距離旅客目的地小于60公里或行駛時間小于30分鐘時，提醒終端通過振動或顯示方式提醒旅客做好下車準備。

1）OLED顯示電路設計

為使提醒終端小型化，顯示電路采用了0.49寸、64X32點陣的OLED液晶顯示屏，能顯示列車速度、目的地距離、預計到達時間等旅客乘車信息。顯示電路通過I2C接口與主控制器相連，極大的簡化了電路的連接，電路如圖5所示，U2的數據端SDA與STC15F104E的P3.0相連，時鐘端SCL與P3.1相連，提醒終端接收到主機發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）振動提醒電路設計

當列車快要到達旅客目的站點時，振動提醒電路工作，提醒旅客做好下車準備。振動提醒電路主要由三極管和振動馬達組成，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飽和導通，M1得電產生振動；反之，P3.2輸出低電平，三極管Q1截止，M1斷電振動停止。

3　系統軟件設計

3.1主機軟件設計

主機是列車電子換票裝置的核心組成部分，上電后，主機首先進行系統軟件初始化工作，然后對外圍接口電路進行初始化和自檢測處理，若自檢無誤則進行常規事務處理，否則通過顯示屏進行故障提示。自檢通過后，主機依次查詢接收車票識別終端發送的旅客乘車信息，采集機車TAX2箱或GPS采集列車的位置、車速等信息，并根據列車行進信息對旅客乘車信息進行統計分析與更新處理，然后將處理后乘車數據進行顯示和存儲操作，同時將其以廣播形式發送至提醒終端，主機軟件運行流程如圖7所示。

圖6　振動提醒電路

圖7　主機軟件運行流程

3.2旅客提醒終端軟件設計

旅客提醒終端是實現旅客到站下車提醒功能的重要部件，系統運行過程中，提醒終端采用中斷方式實時接收主機發送的旅客乘車信息，并根據提醒終端的終端號對主機信息進行解析處理，當列車距離旅客目的地小于60公里或行駛時間小于30分鐘時，提醒終端通過振動或顯示方式提醒旅客做好下車準備。此外，軟件還具有振動查詢功能，旅客輕拍提醒終端，處理檢測到振動即可將列車車速、目的站點距離、預計行車時間等信息通過0LED液晶屏顯示出來［16］。提醒終端軟件運行流程如圖8所示。

圖8　旅客提醒終端軟件流程

4　結　論

本裝置是一種簡單易用，且智能化程度較高的旅客列車輔助乘車裝置，通過實驗測試和上車試運行檢驗，系統工作穩定可靠，起到了及時有效的提醒旅客下車的功能，并且簡化了旅客乘車環節，減輕了乘務員的工作強度，有效的解決了目前人工換票存在的不足，具有一定的實用和推廣價值。

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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：201602097

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

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