一種高速公路收費(fèi)CPC卡自動(dòng)點(diǎn)卡、分揀裝置的設(shè)計(jì)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

一種高速公路收費(fèi)CPC卡自動(dòng)點(diǎn)卡、分揀裝置的設(shè)計(jì)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】2020年1月1日開始全國高速公路實(shí)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(shè)計(jì)已經(jīng)完成了與交通部CPC卡管理平臺(tái)對(duì)CPC卡的自動(dòng)點(diǎn)卡、分揀工作，同時(shí)已經(jīng)做出產(chǎn)品應(yīng)用于遼寧省高速公路收費(fèi)管理工作。

【關(guān)鍵詞】高速公路;收費(fèi);CPC卡;自動(dòng);點(diǎn)卡;分揀

隨著高速公路收費(fèi)技術(shù)的發(fā)展，全國高速公路收費(fèi)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(gè)里程碑。全國統(tǒng)一費(fèi)率、統(tǒng)一收費(fèi)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(shí)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(huì)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(huì)有電能消耗，隨著時(shí)間的推移和使用次數(shù)的增加，電量會(huì)越來越少。這就要求在使用過程中對(duì)卡內(nèi)電池電量進(jìn)行監(jiān)控和管理。同時(shí)對(duì)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(shí)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(fèi)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(fèi)站回收狀態(tài)的卡，一張成功回收的卡處于收費(fèi)站的庫存狀態(tài)時(shí)，能耗很低。但有時(shí)會(huì)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(jìn)行人工操作，使其處于回收狀態(tài)，否則會(huì)增加能耗，影響使用壽命。所以，收費(fèi)站每次入庫的卡都需要在交通部的CPC卡管理平臺(tái)上進(jìn)行一次點(diǎn)卡和分揀工作。具體做法就是用一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的電腦裝有CPC卡讀卡天線的電腦上，對(duì)入庫的卡進(jìn)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遼寧省高速公里原有收費(fèi)系統(tǒng)車道就有收發(fā)卡機(jī)，由于目前使用的CPC卡長(zhǎng)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(fèi)系統(tǒng)的卡箱、卡機(jī)還可以繼續(xù)使用，可以降低新的CPC卡自動(dòng)點(diǎn)卡、分揀裝置的研發(fā)費(fèi)用。我們選用兩個(gè)卡機(jī)出入卡口相對(duì)方式安裝，讓卡槽在同一中心線上，用一個(gè)可以連接出卡機(jī)與入卡機(jī)的通長(zhǎng)卡槽鏈接兩個(gè)卡機(jī)，并在新卡槽上安裝帶有托卡片的同步帶，用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)托卡皮帶。配合出、收卡機(jī)工作，就可以將出卡機(jī)內(nèi)的卡通過卡槽及托卡皮帶的運(yùn)動(dòng)裝入收卡機(jī)卡箱中。收發(fā)卡機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)完全一樣，由步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠，卡托及上下限位組成，在卡機(jī)上下行程止點(diǎn)端裝有行程開關(guān)，用以控制卡機(jī)托卡升降托上下位子。

在兩個(gè)卡機(jī)中間部分安裝一個(gè)電控卡門（壞卡門），當(dāng)有非正?？〞r(shí)，控制卡門打開，卡會(huì)在托卡皮帶拖動(dòng)并掉入壞卡回收箱中，完成分揀動(dòng)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(huì)在讀卡天線上讀取信息，來驗(yàn)證卡的好壞與狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)卡與分揀。為了提高工作效率，在托卡同步帶輪上裝有對(duì)稱兩個(gè)托卡片，皮帶每運(yùn)行半周完成一次托卡動(dòng)作。

二、系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)CPC自動(dòng)點(diǎn)卡、分揀機(jī)有三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，采用智能儀表控制工作，控制儀表直接驅(qū)動(dòng)三臺(tái)TB660057步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器控制三臺(tái)57步步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行。由于STC單片機(jī)具有超強(qiáng)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(diǎn)，該機(jī)器采用STC15F2K60S2LQFP-44單片機(jī)做為主控制芯片;為了實(shí)現(xiàn)漢字菜單及信息提示，采用LCM點(diǎn)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(jī)IO口資源。鍵盤采用4*5矩陣薄膜按鍵。儀表有兩個(gè)RS232接口分別實(shí)現(xiàn)與主控電腦、讀卡天線連接，并實(shí)現(xiàn)（ISP）編程?？刂苾x表采用C51語言進(jìn)行控制軟件編程。

為了減少網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，不在收費(fèi)網(wǎng)內(nèi)電腦上安裝軟件，采用電腦讀卡時(shí)同步接受串口信息，用單片機(jī)內(nèi)軟件同步判斷CPC卡狀態(tài)，并控制機(jī)器做相應(yīng)動(dòng)作，來實(shí)現(xiàn)卡的清點(diǎn)和分揀工作。當(dāng)機(jī)器運(yùn)行前，將讀卡天線及交通部CPC卡管理平臺(tái)處于工作模式，當(dāng)有卡在讀卡天線上時(shí)，會(huì)回傳卡內(nèi)相應(yīng)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(shí)，拖卡皮帶停止運(yùn)行，單片機(jī)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(dòng)拖卡步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)皮帶拖卡，并使卡掉入廢卡箱內(nèi)，皮帶運(yùn)行到起始位置時(shí)停止并關(guān)閉廢卡門。出卡機(jī)內(nèi)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，使出卡機(jī)內(nèi)CPC卡上升一個(gè)卡位。這個(gè)過程中收卡箱步進(jìn)電機(jī)不動(dòng)不進(jìn)行收卡動(dòng)作;如果單片機(jī)判斷CPC卡讀卡器返回信息是正?？〞r(shí)，費(fèi)卡門不打開，啟動(dòng)拖卡步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)皮帶拖卡，并使卡掉入收卡相中?？刂屏鞒桃妶D1。

為了提高機(jī)器運(yùn)行效率，提高電機(jī)啟動(dòng)力矩同時(shí)降低托卡步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行噪聲，托卡電機(jī)采用調(diào)速運(yùn)行模式。調(diào)速運(yùn)行曲線見圖2。該設(shè)備點(diǎn)卡速度月2-3秒/卡，回收箱內(nèi)卡正確率達(dá)到100%。

在軟件設(shè)計(jì)上，采用模塊化設(shè)計(jì)。主要有運(yùn)行模塊、卡箱裝箱模塊及機(jī)器參數(shù)設(shè)定模塊等。在用控制儀表設(shè)定相應(yīng)參數(shù)時(shí)，都提示相