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摘要：地下铁路作为一种能够缓解地面压力的交通系统，目前在我国正处于高速建设的阶段。而自动检票机作为城市轨道交通自动售检票系统的重要组成部分，起到了规范行人的进出站秩序以及确保地铁运营收入的作用。自动检票机控制系统能够规范行人正确、有序地进出，是地铁系统稳定运行的重要一环。因此，针对自动检票机控制系统的设计原理进行学习和研究，并运用到实际应用中，具有一定的理论及实践意义。
关键词：地铁、自动检票机、控制系统、设计
引言：自动检票机作为地铁车站重要设施之一，将车站划分为付费区和非付费区。乘客在通过自动检票机的过程中，包括减速、刷卡、等待、通过等一系列行为，影响了客流行走的连贯性，自动检票机也就成为了地铁车站乘客通行设施的主要瓶颈之一。因此，加强自动检票机控制系统的研究，能够帮助我们更好地设计地铁自动检票机，让它更进一步便捷我们的出行。本文对地铁自动检票机控制系统的设计做了简单的阐述。
1.地铁自动检票机控制系统设计概述
地铁建设是一项庞大的工程，需要细化到每一项基础建设的协同运作，而城市轨道交通自动售检票系统就是其中一环。自动检售票系统大致分为五个层标准架构：中心计算机系统、线路中心、车站中心、终端设备和票卡媒介组成。如下图所示：
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自动售检票系统提高了工作效率，避免了由人为因素引发的错误，在地铁系统的运营服务中起到了至关重要的作用。而自动检票机控制系统是城市轨道交通自动售检票系统的一部分，IC卡读写系统设置在进、出站自动检票机中。自动检票机上配有显示屏和指示灯箱，以辅助乘客知悉卡内信息以及自动检票机的可通过状态。自动检票机控制系统能够规范乘客有序乘坐地铁，并承担扣费的功能，在为乘客进出站提供便利的同时，还为地铁运营方稳定地创造收益，以更高效地提升技术水准，为乘客提供更优质的服务。
在地铁自动检票机控制系统在的设计过程中，还应该遵从以下几个方面的设计原则：
1.1通行逻辑控制设计原则
通行逻辑控制是为了实现地铁站内乘客的进出控制，是自动检票机的主要技术之一，它的总体设计思路是：第一，要符合国人的使用习惯，适合我国国情，满足轨道交通使用环境的要求；第二，要将乘客的安全通行作为第一重要因素，满足通行安全性要求；第三，设计传感器布置和识别算法时，既要满足乘客识别准确性和乘客通行实时性要求，又要满足系统的可靠性和经济性要求。另外，通行逻辑控制的设计须充分考虑安全、通行效率、经济效益等方面的要求。
1.2安全原则
地铁作为服务性交通行业，自动检票机的通行安全性是第一考虑因素。只要安全区传感器被遮挡，自动检票机扇门就不关闭，保证乘客的安全通行。
1.3最大通行原则
自动检票机作为客流出入的控制设备，通行逻辑控制应考虑在单位时间内尽可能通过最大的客流量，并避免人员拥挤。
1.4最大收益原则
自动检票机作为收费设备，还需要尽可能增加收益，通行逻辑控制应能对各种逃票行为（尾随等）进行控制，在保证持票乘客正常进出的同时避免损失。
2.地铁自动检票机控制系统的硬件结构设计分析
2.1IC卡结构及协议——Mifare 1 S50
Mifare 1 S50 是 一 种 非 接 触 式 IC 卡，工 作 频 率 为13.56MHZ，符合ISO14443A标准。其内部拥有天线模块，接口模块，控制模块和存储模块，均被封装在一张PVC卡片内。存储模块内部拥有16个扇区，每个扇区分为4个块。每张卡片的序列号以及制造商信息等，存放于扇区0的块0中，该块信息已固化，不能被更改，其余各个扇区的块0、块1、块2皆可用于存放数据。每个扇区的块3为控制块，共有16个，每一个块3包含了该扇区的密码字节（密钥A、密钥B）以及对该扇区中其余块0，1，2进行数据处理的存取控制权限字节。
2.2读卡器硬件组成
非接触式IC卡读写系统主要包括单片机，非接触式读写卡芯片，高频接口，液晶屏等；辅以蜂鸣器和红绿LED灯实时反馈系统状态；拥有独立的复位按键。单片机通过控制驱动器ST7920驱动液晶屏，该系统配置有USB接口以及DC接口，支持USB供电。整个系统通过DB9接口实现与计算机间的串口通信。其中非接触式读写卡芯片是整个系统的核心。本设计选用MF RC522作为非接触式读写卡芯片，其内部主要包括模拟信号处理模块，接口模块，寄存器模块，协议处理模块，mifare密钥模块。
3.地铁自动检票机控制系统的软件结构设计分析
自动检票机的控制系统按功能进行划分，可细化为进出站自动检票机公交卡识读程序、进出站自动检票机灯箱通信控制程序、上下位机串口通信程序、上位机图形用户界面程序和地铁信息管理系统五类。
（1）进出站自动检票机公交卡识读程序：包含对公交卡进行操作的所有操作函数，用于实现例如寻卡、防碰撞、读写卡等功能。
（2）进出站自动检票机灯箱通信控制程序：用于切换灯箱的红、绿 LED 阵列的点亮状态，便于乘客知晓当前自动检票机的可通过状态。
（3）上下位机串口通信程序：用于提供信息在下位机和上位机之间的发送和接收，传递的信息有卡号、余额等。
（4）上位机图形用户界面程序：用于提供信息管理系统的图形用户界面。使用 python 内置的 tkinter 模块搭建上位机管理界面的窗口框架和内部组件。
（5）地铁信息管理系统：在图形用户界面中，放置多种组件并编写多种函数，连接 mysql 数据库，使该信息管理系统其具备公交卡卡片管理、用户管理等相关功能。
本文就以自动检票机公交卡识读系统为例，做一个阐述。地铁自动检票机与普通公交车使用的公交卡识读系统有所不同。乘客乘坐公交车时仅需在上车时进行一次刷卡，定额扣费；然而乘客乘坐地铁时需要在经过进、出站两道自动检票机处分别刷卡，扣费额度根据计算乘坐站台数得出。进、出站两道自动检票机拥有不同的功能，进站自动检票机负责记录进站站台，出站自动检票机负责计算乘坐站台数并扣费，因而，需要对进、出站自动检票机的公交卡识读系统设计不同的程序。
当非接触式 IC 卡进入进站自动检票机的工作范围内时，接收到读卡器发出的寻卡命令，寻到卡后，执行防碰撞算法，接着选定卡片以获取 IC卡序列号，然后执行三轮认证步骤，上述流程出现错误则终止读卡过程。全部成功执行后，再进行读取余额与写入进站站台代码的操作。
当非接触式 IC 卡进入进站自动检票机的工作范围内时，接收到读卡器发出的寻卡命令，寻到卡后，执行防碰撞算法，接着选定卡片以获取 IC卡序列号，然后执行三轮认证步骤，上述流程出现错误则终止读卡过程。全部成功执行后，再进行读取余额和进站站台代码的操作，并结合读出的信息，计算出需扣费金额，在卡内的钱包块进行扣费，并将钱包块内容备份至另一块，当卡内余额小于扣费金额时，则终止读卡过程。
结束语：
综上所述，地铁的建设，释放了地面交通道路拥堵的情况，地铁作为一种运行在地面以下的交通系统，它拥有载客量大、高速、安全、稳定等优点，已被广泛运用到城市建设之中。而自动检票机控制系统作为地铁运行的重要保障，加强对其的研究设计，并对其铁路管理信息系统进行分析与设计，具有一定的理论及实践意义，能为地下交通的进一步发展奠定基础。
参考文献：
[1]徐杨喆.地铁自动检票机控制系统软硬件设计[D].武汉工程大学，2018.
[2]陆琳，张冰.地铁车站自动检票机改造方案[J].交通与运输，2019.
[3]曹新莉，徐杨喆，熊俊俏，邹连英.地铁自动检票机控制系统的设计[J].电脑知识与技术，2018.