一種高速公路收費CPC卡自動點卡、分揀裝置的設計

董利劍

【摘? 要】2020年1月1日開始全國高速公路實現(xiàn)一卡通，給高速公路通行卡（CPC卡）管理提出了新要求，本設計已經(jīng)完成了與交通部CPC卡管理平臺對CPC卡的自動點卡、分揀工作，同時已經(jīng)做出產(chǎn)品應用于遼寧省高速公路收費管理工作。

【關鍵詞】高速公路;收費;CPC卡;自動;點卡;分揀

隨著高速公路收費技術的發(fā)展，全國高速公路收費由原來的各省一卡通，發(fā)展到了全國高速公路一卡通，這是中國高速公路發(fā)展的一個里程碑。全國統(tǒng)一費率、統(tǒng)一收費模式，全國統(tǒng)一優(yōu)惠政策，給全國的物流企業(yè)帶了了利好。同時給高速公路現(xiàn)行的通行卡（CPC卡）提出了新的課題。這與原來的各省的模式都會有很大的變化。

現(xiàn)行的CPC卡是帶有電池的智能卡，在使用過程中會有電能消耗，隨著時間的推移和使用次數(shù)的增加，電量會越來越少。這就要求在使用過程中對卡內(nèi)電池電量進行監(jiān)控和管理。同時對卡的工作狀態(tài)也要管理，開是否處于正常的工作狀態(tài)，一張不能工作的卡是不能發(fā)出的。在實際使用過程中還有一種情況，CPC卡是可以處于兩種工作狀態(tài)的智能卡，一種是處于收費站發(fā)出的卡，這種狀態(tài)能耗較高;另一種狀態(tài)就是收費站回收狀態(tài)的卡，一張成功回收的卡處于收費站的庫存狀態(tài)時，能耗很低。但有時會出現(xiàn)卡是回收了，但是不是處于回收狀態(tài)，這樣的卡也需要進行人工操作，使其處于回收狀態(tài)，否則會增加能耗，影響使用壽命。所以，收費站每次入庫的卡都需要在交通部的CPC卡管理平臺上進行一次點卡和分揀工作。具體做法就是用一臺聯(lián)網(wǎng)的電腦裝有CPC卡讀卡天線的電腦上，對入庫的卡進行一次讀卡操作，正常的卡記錄在軟件系統(tǒng)中，有問題的卡剔除。

一、機械結構設計

遼寧省高速公里原有收費系統(tǒng)車道就有收發(fā)卡機，由于目前使用的CPC卡長和寬與原來使用的通行卡一至，只是卡的厚度增加了，因此原有的收費系統(tǒng)的卡箱、卡機還可以繼續(xù)使用，可以降低新的CPC卡自動點卡、分揀裝置的研發(fā)費用。我們選用兩個卡機出入卡口相對方式安裝，讓卡槽在同一中心線上，用一個可以連接出卡機與入卡機的通長卡槽鏈接兩個卡機，并在新卡槽上安裝帶有托卡片的同步帶，用步進電機直接驅(qū)動托卡皮帶。配合出、收卡機工作，就可以將出卡機內(nèi)的卡通過卡槽及托卡皮帶的運動裝入收卡機卡箱中。收發(fā)卡機機械結構完全一樣，由步進電機、滾珠絲杠，卡托及上下限位組成，在卡機上下行程止點端裝有行程開關，用以控制卡機托卡升降托上下位子。

在兩個卡機中間部分安裝一個電控卡門（壞卡門），當有非正?？〞r，控制卡門打開，卡會在托卡皮帶拖動并掉入壞卡回收箱中，完成分揀動作。

在出卡箱與壞卡門之間的卡槽下方裝有CPC卡讀卡天線，每張通過天線的卡都會在讀卡天線上讀取信息，來驗證卡的好壞與狀態(tài)。實現(xiàn)了點卡與分揀。為了提高工作效率，在托卡同步帶輪上裝有對稱兩個托卡片，皮帶每運行半周完成一次托卡動作。

二、系統(tǒng)控制的實現(xiàn)

CPC自動點卡、分揀機有三臺步進電機，采用智能儀表控制工作，控制儀表直接驅(qū)動三臺TB6600 57步進電機驅(qū)動器，驅(qū)動器控制三臺57步步進電機來實現(xiàn)各種運行。由于STC單片機具有超強抗干擾、速度快、低功耗、可在系統(tǒng)可編程（ISP），無需編程器，無需仿真器等優(yōu)點，該機器采用STC15F2K60S2 LQFP-44單片機做為主控制芯片;為了實現(xiàn)漢字菜單及信息提示，采用LCM點陣19264帶中文字庫的液晶模塊作為儀表的主顯示器，采用串口工作模式，節(jié)約單片機IO口資源。鍵盤采用4*5矩陣薄膜按鍵。儀表有兩個RS232接口分別實現(xiàn)與主控電腦、讀卡天線連接，并實現(xiàn)（ISP）編程?？刂苾x表采用C51語言進行控制軟件編程。

為了減少網(wǎng)絡安全風險，不在收費網(wǎng)內(nèi)電腦上安裝軟件，采用電腦讀卡時同步接受串口信息，用單片機內(nèi)軟件同步判斷CPC卡狀態(tài)，并控制機器做相應動作，來實現(xiàn)卡的清點和分揀工作。當機器運行前，將讀卡天線及交通部CPC卡管理平臺處于工作模式，當有卡在讀卡天線上時，會回傳卡內(nèi)相應信息，完成讀卡操作。

CPC卡從出卡箱被同步帶拖卡板拖出到讀卡器上面時，拖卡皮帶停止運行，單片機判斷讀卡器讀取CPC卡內(nèi)信息，如果是壞卡，打開廢卡門，啟動拖卡步進電機，帶動皮帶拖卡，并使卡掉入廢卡箱內(nèi)，皮帶運行到起始位置時停止并關閉廢卡門。出卡機內(nèi)步進電機運行，使出卡機內(nèi)CPC卡上升一個卡位。這個過程中收卡箱步進電機不動不進行收卡動作;如果單片機判斷CPC卡讀卡器返回信息是正?？〞r，費卡門不打開，啟動拖卡步進電機，帶動皮帶拖卡，并使卡掉入收卡相中。控制流程見圖1。

為了提高機器運行效率，提高電機啟動力矩同時降低托卡步進電機運行噪聲，托卡電機采用調(diào)速運行模式。調(diào)速運行曲線見圖2。該設備點卡速度月2-3秒/卡，回收箱內(nèi)卡正確率達到100%。

在軟件設計上，采用模塊化設計。主要有運行模塊、卡箱裝箱模塊及機器參數(shù)設定模塊等。在用控制儀表設定相應參數(shù)時，都提示相應漢字信息，便于操作。

目前該機器已在遼寧省高速公路收費站運行。累計點卡、分揀CPC卡3百余萬張。運行穩(wěn)定可靠，不僅利用了原有高速公路收費站卡機，同時極大地解放了收費站勞動力。具有較強的推廣價值。

參考文獻：

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