自动售票机的设计.doc

学校代码：10904

学 士 学 位 论 文

自动售票机的设计

姓 名：

学 号：

指导教师：

学 院：
机电工程学院
专 业：
机械设计制造及其自动化
完成日期：
2015年6月25日

摘 要
摘要内容：
自动售票系统（AFC）是基于计算机、通信、网络、自动控制等技术，实现轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、管理等全过程的自动化系统
随着网络的普及，自动售票机在国际国内都有着重要意义，大到轨道运输行业，小到电影院自动售票机都是自动售票原理的应用。
对现有系统进行可靠性分析的基础上，对几种能够提升系统可靠性的方法进行了深入研究，主要研究内容包括：1、分析了铁路自动售票系统原有体系架构可靠性不足等缺点，提出通过优化铁路自动售票系统体系架构的方法来获得系统可靠性的增长，该方法在原有体系架构各组成模块失效概率保持稳定的前提下，通过使用负载均衡器建立系统服务器端的服务集群，有效地延长了系统运行的平均无故障间隔时间，提高了系统可靠度和可用性。2、针对铁路自动售票系统运行过程中由于后台服务进程SC异常、系统资源占用率过高和数据库性能下降等原因导致铁路自动售票系统软件失效的现象，提出了一种通过建立铁路自动售票监控子系统来提高系统可靠性的方法。该方法有助于维护人员了解系统实时工作状态，及时对系统进行维护，从而达到延长系统平均无故障工作时间、提高系统可靠度和可用性的目的。3、针对铁路自动售票系统运行过程中维护困难的问题，提出建立铁路自动售票系统故障诊断专家子系统。该方法通过对现有铁路自动售票管理系统进行简单功能升级，能够实现系统故障的快速定位和提出故障的解决方法，降低了维护工作的难度，减少了系统维护工作所需时间，提高了系统可用性。 更多

针对如何使自动售票机制成为大众化的购票方式，而且怎样避免系统出现失误，研究制动售票机原理对于解决问题有着显而易见的意义。
整个电路的工作原理其实并不是很复杂，从下面的电路图中可以分析出它的工作原理，也能够看出整个电路可以概括为以下几部分：
1.电机驱动部分
2. 信号反馈部分
3.出票指令信号部分
4.手动出票部分
文章还综述了自动售票机存在的问题及相应的系统解决方案
【关键词】 二极管 电机驱动 信号反馈 4位串行加法器 单片机

Abstract
Automatic ticketing system (AFC) is based on computer, communication, network, automatic control technology, such as rail transit ticket, ticket, billing and charging, statistics, management and so on the whole process of the automation system
Along with the network popularization, the vending machine has important significance in the international and domestic, big to rail transport industry, small to the cinema application of the principle of automatic machines are automated.
, on the basis of reliability analysis of the existing system of several method can improve the system reliability were studied, the main research contents include: 1, the original railway ticketing system are analyzed architecture less than shortcomings, such as reliability, put forward by using the method of optimization of railway ticketing system architecture for the growth of the system reliability, the module of the method in the original architecture components failure probability under the premise of stable, build system by using a load balancer server cluster service, effectively prolong the time interval between the average of the system operation trouble-free, improves the system reliability and availability. 2, the movement process of the railway ticketing system service process due to the background in the SC abnormalities, system resources occupancy rate is too high, and database performance causes such as railway ticketing system software failure phenomenon, put forward a kind of through the establishment of the supervisory control subsystem of railway ticketing method to enhance the reliability of the system. This method is helpful to maintenance personnel to understand the system real-time working state, to maintain the system in a timely manner, so as to extend the system average trouble-free working time, improve the system reliability and availability. 3, in view of the railway ticketing system maintenance difficult problems in the process of operation, proposes the establishment of railway ticketing system fault diagnosis expert subsystem. The method based on the existing railway ticketing management system upgrade the simple function, can realize quick positioning of system failure and put forward the solution of failure, reduce the difficulty of the maintenance work, reduced the time needed for system maintenance work, improve the system availability. 聽
On how to make the automatic ticketing system become a popular way to buy tickets, and how to avoid the system error, the braking principle of machines is of obvious significance to solve the problem.
The whole circuit principle of work is not very complex, can be analyzed from the following diagram out how it works, also can see that the circuit can be summarized as the following sections:
1. The motor drive part
2. Signal feedback part
3. The command signal to the issue of a bill
4. Manual ticket section
Manually drawn part of the article also summarizes the problems existing in the vending machine and the corresponding system solutions

【关键词】 Diode Motor drive Signal feedback Four serial adder SCM

目 录
第1章自动售票机的发展
1.1发展自动售票机的必要性…………………………………………………
1.1.1自动售票机的出现(小4号、宋体)………………………………….
1.1.2自动售票机的概况…………………………………………………….
1.2 自动售票机的国内发展状况……………………………………………….
1.3 自动售票机的国外发展概况……………………………………………….
1.4自动售票机的发展前景………………………………………………………
第2章 自动售票机的用户分析
2.1乘客……………………………………………………………………………..
　　　 2.2 工作人员………………………………………………………………………
2.3 系统业务层……………………………………………………………………
第3章 系统硬件模块的主要功能和软件的组成
3.1硬件模块部分………………………………………………………………….
3.1.1主控单元……………………………………………………………….
3.1.2显示器与触摸屏………………………………………………………
3.1.3票卡读卡器…………………………………………………………….
3.1.4LED状态显示屏…………………………………………………………
3.1.5不间断电源……………………………………………………………..
3.2软件部分………………………………………………………………………….
3.1.1软件系统构架…………………………………………………………..
3.1.2内部元件…………………………………………………………………
3.2.3自动售票机内部系统各电路设计…………………………………..
第4章自动售票机主要存在的问题及系统解决方案
4.1主要存在的问题………………………………………………………………………
4.1.1界面问题………………………………………………………………………….
4.1.2购票人群的全面性…………………………………………………………….
4.1.3取票问题………………………………………………………………………..
4.1.4自动售票机整体问题……………………………………………………………
4.2系统解决方案
4.2.1人机因素的合理设计…………………………………………………………
4.2.2提高界面设计的针对性……………………………………………………….
4.2.3统一操作界面和应用模块……………………………………………………..
4.2.4增加交互的功能与方式………………………………………………………..
第5章论文小结
参考文献　………………………………………………………………………………… … .
附 录　　　…………………………………………………………………………………
致 谢　　　……………………………………………………………………………….

自动售票机的设计

第一章 自动售票机的发展
1.1发展自动售票机的必要性
1.1.1自动售票机的出现
动售票机最早出现在60年代的欧美，到上世纪80年代，自动售票机在美、日等发达国家迅速的普及和发展，其产品特点是集光、机、电、数字加密、智能软件等技术于一体。24小时服务，无需专人盯守，省人工，省成本。
1.1.2自动售票机的概况
随着internet技术的发展，人们对网络信息的需求越来越大，对网络数据库的交互和查询速度等性能的要求也越来越高。自动售票机的发展能够更快更好地完全实现自动化售检票管理，智能卡等管理形式。而且随着计算机的普及，信息处理量的不断扩大，手工处理方式已经远远满足不了人们管理活动的需要，各种工作都已经从手工转为自动化，将使许多复杂、繁琐、且需要很多人力的工作变得简单。
生活水平和工作环境促使人们更愿意选择便捷快速的轨道交通作为出行首选，这样就带给轨道运输行业不小的压力，运营以外的压力多体现在购票的人员配备上，为了便于人们出行和缓解轨道运输业人员分配上的压力，自动售票机成为了人工售票以外的最主要购票方式
1.2自动售票机的国内发展
2008年，京津城际铁路建成，拉开了我国自动售票系统的序幕。2011年，互联网售票的出现，改变了旅客乘坐火车出行排队购票的传统方式。旅客仅需在互联网上选择支付欲购买的车次车票，就可使用自动售票机、二代居民身份证轻松获取已购车票。目前我国各条新建客运专线均配备有自动售检票系统，这种趋势也正向既有线车站发展，在不久的将来，更多的人会亲自感受到自动售票机给人们出行生活带来的改变。目前我国对自动售票机的研究取得了不小的成果，但仍然没有形成完备的体系和产业，研究自动售票机可进一步带动我国售票机产业的发展，对自动售票技术的研究可以相对应的引进最新的嵌入式技术应用于自动售票机的研制，提升机器的技术含量，对推动我国自动售票机行业的发展和提高我国自动售票机的整体技术水平有着重要意义。
1.3国外自动售票机的发展
自动售票机最早出现在60年代的欧美，到上世纪80年代，自动售票机在美、日等发达国家迅速的普及和发展，纵观国外形势，国外人力资源短缺，尤其是欧洲，发展自己工业人力资源不足的情况下，如果不采取便利的方式和方法解决人力资源不足的状况，他们的发展将是怎样一个情况？众所周知，国外的科技水平相对较高，自动售票机的发展也比较早，体系也相对成熟，而且国外的电子网络和银行网络已经是一种方便的消费理财方式，自动售票机制已经成为今后购票方式的一个必然趋势，但随着外来人口和游客的日渐增多，国外自动售票行业对多元化，国际化方向发展不足，是今后发展的一个巨大挑战。

第二章自动售票机的用户分析
2.1乘客
乘坐轨道交通运输线对于广大市民来说，是出行的一个首选，既节省时间，又方便快捷。自动售票机的出现使轨道交通运输业压力大大减小，也渐渐的成了市民出行购票的一个主流方式。
2.2工作人员
2.2.1维护人员
对自动售票机的有维护权限的人员，在他们对设备进行操作之前需要对其身份进行有效识别，该类工作人员对自动售票机进行故障检查、产品说明、更换故障模块动作设置、电路维护、参数设置、恢复自动售票机系统中的数据等操作。
2.2.2操作人员
即指的是对设备有操作权限的工作人员，主要进行设备定期检查、点检处理、机器模块维护等操作。
2.2.3软件开发人员
即是指对自动售票系统软件更新、技术研发的工作人员，主要进行对自动售票机的软件维护、技术研发等操作，是整个自动售票系统的主干大脑组成。
2.3系统业务层
主要分为核心业务层和基础业务层，核心业务层顾名思义是业务层的主干，主要组件包括：在TAM机上售出车票、更新车票、身份验证。基础业务层是业务层的根基，系统所有组件都依赖于基础业务层，包括：接受和处理乘客购票款项、退换付款、车票读写、数据管理、状态和模式管理、更新网络操作日志以及为各组件提供定式服务等功能。
2.4其他辅助单位
系统的运行少不了辅助单位的配合。
2.4.1设备控制层
即主要向系统内部设备提供检索、发送命令、更新状态、反馈信息等功能，主要有TD（处理分发车票的内部设备）、R/W（处理车票读写的内部设备）以及打印机等设备。
2.4.2数据链路与通信层
该层主要完成对系统命令数据包的生成以及设备对命令执行的状态及时反馈给系统完成系统设备与售票机的消息传送和文件传输。
第二章 系统硬件模块的主要功能和软件的组成
3.1硬件模块部分
3.1.1主控单元
主要功能是运行AFC系统的自动售票业务软件，调节TVM系统各个模块间的工作以及系统与SC进行交互。
3.1.2显示器与触摸屏
显示器与触摸屏即实现系统TVM与乘客进行可视化信息交互，考虑人体功能学，建议将乘客与显示器的视角调节至垂直范围±45°，水平范围为±65°。
3.1.3票卡读卡器
主要对旅客二代身份证进行识别、对车票信息进行核对以及产生各种交易数据的整合。
3.1.4LED状态显示屏
主要安装在TVM顶部，以方便在后面排队的乘客可及时查看票务信息，一般规定可视范围为30M.
3.1.5不间断电源
UPS(不间断电源)的主要功能：将TVM供电与外间环境隔离，并且给系统各个模块单独提供电源。在外接电源断开的情况下，依然源源不断提供电源给系统，保证TVM还能正常工作一段时间，以保存数据，以免丢失。
3.2软件部分
3.2.1软件系统构架
从系统的开发、软件维护、软件更新等方面考虑，可将自动售票机软件系统划分为6个独立的系统模块，即设备驱动和串口管理模块、网络通讯模块、主控制模块、终端监控模块、用户界面显示模块、操作系统。
3.2.2内部元件
整个电路的工作原理其实并不是很复杂，从下面的电路图中可以分析出它的
整个电路可以概括为以下几部分：
1）电机驱动部分
2）信号反馈部分
3）出票指令信号部分
4）手动出票部分
首先我们来认识一下每个部分的组成元件与及它是怎样工作的。
电机驱动部分：三极管D1793是组成电机驱动部分的主体元件常态时指令信号端电压为0伏，三极管基极因此时没有电压而处于截止状态，电机线圈中无法形成电流通路而电机不转，当出票指令信号到来时，高电平脉冲通过二极管4148经过电阻R9输入D1793的基极，三极管导通，电机线圈通电工作，LED2与R10组成指示电路，这个时候发光指示。
出票指令信号部分：这部分就是一个二极管4148与电阻R11，当指令信号为高电平脉冲时，二极管4148正向导通，指令信号再通过R9进入电机驱动部分，40106中的D、E、F三个反相器在这里是闲置没用，不起作用的部分。
信号反馈部分：电机运转之后，便通过机械传动的作用把彩票送出，当彩票从光控开关中移过时，通过彩票上半圆缺口的作用，会在光控开关的输出端产生断续的脉冲电压，这个电压信号经过反相器40106倒相后进入三极管1815的基极，再经倒相后从集电极输出反馈信号，LED1、稳压管5V1与电阻R5组成反馈信号指示电路，当正常出票时，LED1灯随输出信号闪烁，一个闪烁周期代表着输出一个反馈信号脉冲。
手动出票部分：手动出票是通过手动出票按键直接输入一个直流电压给驱动三极管的基极，使其导通工作，并且这个直流电压还要分成另一路信号通过二极管4148到40106的1脚，去阻止光控管检测到的出票信号，所以手动出票时我们看到LED1灯是不会闪烁的，主机当然也是不会计票数的。
3.2.3内部各电路设计
引自豆丁网的自动售票机内部系统总体电路

图3-1

图3-2
自动售票机的内部电路采用软硬件相结合的方法，主要有数据报警器、累加电路、十进制的计数器、单稳态触发器、和4位串行加法器组成，判断电路应该由数字比较器组成，会出现三个输出结果，当输入信息与扫描信息相比对有误时，系统连接的报警器会自动报警。当输入信息正确时，系统会自动连接内部车票打印组件，及时出票。把交易金额信号连接在4位串行加法器的A端，同时把选票信号连接在B端，然后把4位输出信号接在一个BCD-七段显示译码器上，再把译码器的输出端连接到数码显示器上，使用十进制计数器，完成多所有交易金额的累加。
本文所设计的晶体管图示仪测量的原理与以往的基极加阶梯电流再将集电极电压和集电极电流通过放大器分别显示在X轴偏转板和Y轴偏转板上。本文所设计的是在晶体管加阶梯电压，在集电极回路上也加上阶梯电压，与此同时采用A/D转换器分别采集基极电阻与集电极电阻生成电压，将采集到的信号通过串行电路回馈给PC机。在经过信息处理后，生成晶体管的一条特性曲线。同时再通过DAC转换器来控制基极回路阶梯电压的增长，以便于进行下一阶段的信号采集，即可显示出完整的晶体管曲线。单片机的电路设计主要有复位电路和时钟电路。
A/D转换部分及前向通道设计：
A/D转换设备ADC0809主要工作原理主要有两部分组成，第一部分为8通道多通路模拟开关，可进行8通路信号的分时采集，并及时通过A/D进行信号转换。第二部分为一个住逐位逼近时A/D转换器主要有三态输出缓冲器、比较器、控制电路和逐位逼近式寄存器以及开关树组成。
D/A转换部分和后向通道的设计
主要由八位输出寄存器、8位DAC寄存器、8位DAC转换器组成。如图3-3所示，在DAC转换器上采用的为R-2R电阻网络，LE为寄存命令，当LE=1的时候，寄存器的输出随着输入信号变化，而不随着数字变化。当LE=1，CS=WR=0时LE1=1，允许数据的输入，当WR1=1时，LE1=0数据被锁存。当WR2=XFER=0的时候，此时允许D/A的转换，否则是当LE2=0将停止D/A的转换。

图3-3
DAC0832输出电流经过放大器LM324N/1转换为电压，在经过LM324N/2转换为电压，为1-5V的正极性电压输送到被测三极管的基极回路。DAC0832-2的输出通过LM324N/3转换为0-10V的正极电压，提高三极管射随器被测三极管集电极电流。如图3-4.

图3-4
根据设计要求，该售票机系统应当与PC机实现串行通信的功能，在数据通信中，主要采用异步串行通信方式，可采用RS232串行通信接口来实现单片机与PC机之间的通信。
自动售票机以主控制器为核心，通过USB口与串口来控制各个外围设备运行，主控制器必须采用工业级计算机，来控制各模块间协调工作和故障的检测。并与系统控制中心进行通信。如图3-5为自动售票机的整体结构。

图3-5
电源模块为整个自动售票机提供电源，其输入220V,50HZ的交流电，输出电压为12V、24V的直流电，在各个输出端口设有单独的过压过流保护器，从而保证当某一路电源出现问题时不影响其他输出端口工作，此设计结构紧凑，性能可靠输出效率高和整机稳压精度高等优点。
第四章 自动售票机主要存在的问题及系统解决方案
4.1主要存在的问题
4.1.1界面问题
现存的自动售票机屏幕较小、信息量大、有图标的显示较小，这些原因致使了用户线路查找、票价的选择和站点的定位不够精确，主要操作图标的显示不够明确，这些导致了用户时间的浪费和购票的拥挤。

图4-1
4.1.2购票人群的全面性
识别类型
总人数（人）
所占比例％
熟练型
126
63
偶然型
52
26
生疏型
22
11
图4-2
调查结果表明，购票用户有相当比例对于自动售票机的操作不是很熟练，需要进行指导才能更方便的购票。
4.1.3取票问题
位置低、无法看清，需要弯下腰进行取票，而且多数乘客拖带行李，需要单手操作，造成不便，根据调查分析女性乘客对产品使用的舒适度和快捷感明显下降，造成拥挤和失误率增加。

身高/cm
男性
女性
人数
比例
人数
比例
M<150
0
0
2
0
150180
30
3
0
0
总计（人）
1019
833
图4-3
4.1.4自动售票机整体问题
不同站点的自动售票机类型不同，且内部模块来自于不同的商家，造成了在操作上因差异而费时费力且容易出现错误。
4.2系统解决方案
4.2.1人机因素的合理设计
为了适应乘客的身高差异，应对产品进行人机工程学上的一些改进，调节产品的交互界面的硬件尺度和形态，调节出票口高度到85-105cm，同时可采用灯光和声音提示，以方便取票。在操作角度上，应选择倾斜和俯视，方便使用。另外在操作界面上应使图标简单明了，来适用大多数乘客。
4.2.2提高界面设计的针对性
乘客对自动售票机的使用目的十分明确，所以我们应在操作界面上改进图标，可放大和明显画图标，界面搜索必须与需求相适应。
4.2.3统一操作界面和应用模块
不同机器的操作界面不尽相同，我们应使各个站点的自动售票机在操作界面上相统一，采用统一的形状、标示、色彩以及说明图例，这样既给乘客带来便利，也可利于城市的形象建设。
4.2.4增加交互的功能与方式
采用灯光、声音来强调信息的重要性，可采用简化操作的方式，强化信息的重要性，和改进操作键的方法来适用单手操作的乘客，

第5章结束语
随着客运服务量的不断提高和人们外出出行的方式趋向轨道交通发展的现状，自动售票机在车站售票系统中的应用越来越广泛普及。作为售检票的重要组成部分，自动售票机发挥的作用会越来越大，有利于提升车站的整体形象和减轻车站工作人员的劳动强度。由此可见设计出一款大众化、便捷式、智能型高、可靠性高的自动售票机，将会大大提升我国铁路的服务水平，为我国铁路事业的发展做出重大贡献。社会趋于网络化，由此，无人值守的小型化自动售票机将在不久的将来成为轨道运输售票行业的主流。

附录
（1） A/D转换器ADC0809是逐次式逼近A/D转换器，转换时间约为100us
（2） D/A转换器DAC0832是由美国半导体公司研制。
LE寄存命令不随数据变化的表达式为LE1=LE.CS.WR1
（3）自动售票机使用图解

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致 谢
本次研究及学术论文的完成，我最要感谢的是我的导师孔军老师，孔军老师从论文选题，构思最后到定稿等各个环节对我给予细心的指引和教导，使我顺利完成毕业论文设计。在学习中，孔军老师严谨的治学态度，精益求精的工作作风和诲人不倦的师者风范，都深深地感染和激励着我的前行，是我的指路明灯。在论文写作过程中，每次遇到难以解决的问题，孔军老师都能给予我莫大的帮助和关怀。在这谨向孔军老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意，谢谢您老师。最后，我要向在百忙之中抽时间对本论文设计进行审阅，评议及参与本人论文答辩的各位老师表示感谢，您辛苦了，老师。

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