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，同時已經做出產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展，全國高速公路收費由原來的各省一卡通，發展到了全國高速公路一卡通，這是中國高速公路發展的一個里程碑。全國統一費率、統一收費模式，全國統一優惠政策，給全國的物流企業帶了了利好。同時給高速公路現行的通行卡（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的增加，電量會越來越少。這就要求在使用過程中對卡內電池電量進行監控和管理。同時對卡的工作狀態也要管理，開是否處于正常的工作狀態，一張不能工作的卡是不能發出的。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的智能卡，一種是處于收費站發出的卡，這種狀態能耗較高;另一種狀態就是收費站回收狀態的卡，一張成功回收的卡處于收費站的庫存狀態時，能耗很低。但有時會出現卡是回收了，但是不是處于回收狀態，這樣的卡也需要進行人工操作，使其處于回收狀態，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網的電腦裝有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車道就有收發卡機，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的卡箱、卡機還可以繼續使用，可以降低新的CPC卡自動點卡、分揀裝置的研發費用。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，用步進電機直接驅動托卡皮帶。配合出、收卡機工作，就可以將出卡機內的卡通過卡槽及托卡皮帶的運動裝入收卡機卡箱中。收發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。實現了點卡與分揀。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、系統控制的實現

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，控制儀表直接驅動三臺TB6600 57步進電機驅動器，驅動器控制三臺57步步進電機來實現各種運行。由于STC單片機具有超強抗干擾、速度快、低功耗、可在系統可編程（ISP），無需編程器，無需仿真器等優點，該機器采用STC15F2K60S2 LQFP-44單片機做為主控制芯片;為了實現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接口分別實現與主控電腦、讀卡天線連接，并實現（ISP）編程?？刂苾x表采用C51語言進行控制軟件編程。

為了減少網絡安全風險，不在收費網內電腦上安裝軟件，采用電腦讀卡時同步接受串口信息，用單片機內軟件同步判斷CPC卡狀態，并控制機器做相應動作，來實現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，皮帶運行到起始位置時停止并關閉廢卡門。出卡機內步進電機運行，使出卡機內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?？刂屏鞒桃妶D1。

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，托卡電機采用調速運行模式。調速運行曲線見圖2。該設備點卡速度月2-3秒/卡，回收箱內卡正確率達到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設定模塊等。在用控制儀表設定相應參數時，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：

[1]高等院校電子信息應用型規劃教材單片機原理及應用-----基于可在線仿真的STC15F60S2單片機? 丁向輝主編 陳崇輝 副主編 姚永平 主審 清華大學出版社數字出版網站

[2]單片機高級語言C51 WINDOWS 環境編程與應用? 徐愛均 彭秀華 編著 電子工業出版社2001年7月1日第一版