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1、 “永不卡卡”理念缔造划时代的全自动无人值守发卡机现代高速公路建设对国民经济发展的提速作用是显而易见的。而高速公路的成功运营必然离不开高效的收费站，收费站的畅通和准确的车辆收费管理对高速公路的服务水平和形象至关重要。当前，采用非接触 IC 卡仍然是高速公路联网收费的主要方式。IC 卡从入站口记录进站车辆信息到司机手中，再到出站口读取行程信息，并完成收费和管理，其带来的便利无疑是巨大的。在卡片的整个流通过程中，零散的 IC 卡经手人多，易流失，增加管理成本。自动 IC 卡收发卡机的使用在降低收费人员的工作强度、提高收费效率、加快通行速度、防止通行费流失、规范卡片管理等方面发挥重大作用。然而，传统
2、的自动 IC 卡收发卡机无法满足高速公路对大流量的车辆管理、高效可靠的要求。主要体现在两大瓶颈问题：一是卡卡、出多张卡；二是由卡卡和出多张卡所造成的继发性故障，如卡计数不准。尤其是在交通高峰期更易发生故障，造成收费站堵塞不能正常收费管理，与设备投入的预期相背离，实际应用过程中，各业主和用户对传统卡机的诸多问题已经到了忍无可忍的地步。广州汇豪计算机科技开发有限公司在总经理李志恒的带领下，苦练内功，立足创新，2008 年 HHKJ3 型自动收发卡机的面市一举击破了困扰业界多年的局面。广东省高速公路有限公司等部门在广清高速公路召开现场总结会得出“新卡机不卡卡、计数准确、运行较稳定，在设计理念、卡机结
3、构、配件材料、运行性能上具有比较突出的优势，适合逐步推广应用”的结论。2010 年汇豪科技研发团队秉承对业主“永不卡卡”的承诺，在 HHKJ3型自动收发卡机基础上再接再砺，开发出汇豪科技公司第一代全自动无人值守 IC 卡发卡机，该卡机的问世将彻底颠覆业主以往对传统卡机的用户体验，具有广阔的应用前景。本文将重点介绍该卡机的技术特点和先进设计理念。“部分重叠，交错排列”针对传统无人值守发卡机的致命的“卡卡、发多张卡”问题，各厂商首先在出卡口结构做了不少改进，同时开发端部拨卡，磨擦轮搓卡，端部钩卡，端部拨钩卡等拨卡方式，希望能保证每次只让一张卡片被驱动。在理想的使用环境下（如全部新的统一卡片，实验室
4、环境） ，效果是有改善，但是在车道的复杂环境实际应用中，其问题依旧，而且设备用上没多久故障率明显提高，远低于业主期望值。造成这种情况的原因是多方面的，而最根本的原因是 IC 卡本身。根据 IC 卡的国家标准，卡片的厚度是 0.761.2mm 之间，同时卡片的表面通常都加以印刷或贴膜，这会造成卡片的厚度不一，尤其是联网收费后，这种情况更复杂。同时由于卡片相对较薄，长期使用后的卡片会出现毛刺、粘连、形变等情况。对卡机拨卡方式的改进不能从根本上消除由卡片在工况特殊情况下带来的负面影响。要想根本上杜绝卡卡现象，就必须颠覆传统的发卡方式。 “部分重叠，交错排列”的灵感如黑夜中的闪电，彻底改变了传统卡机的
5、储卡方式和发卡方式。如图 1 所示，该技术相邻的两张卡片只重合一部分；相间的两张卡片上下对齐，在垂直投影上完全重合；所有卡片以所述相邻、相间卡片的布置方式依次交错排列堆叠。这样卡片在卡匣内部就一张一张彼此互相有序分隔开来，结合卡匣特殊设计的进、出卡口就可保证操作过程中每次只能有一张从卡机中发出。出卡口高度设计不再有限制，出卡口不再需要“限流”的功能，钩拨卡的装置也不再肩负每次只驱动一张卡的使命。 图 1图 2 图 3该储卡方式的卡机发卡工作时，如图 2 所示，相邻的卡片之间自然形成一个卡片厚度的落差，推卡机构可以很方便的利用该落差，将下面一张卡作为限位平台，而将上面的卡轻松推出，然后把前面充当
6、限位平面的卡变成最上面的卡。如图 3 所示，推卡机构继续反向运动，利用新的卡片落差将下一张卡从相反方向推出，依次反复工作，整个发卡过程保证非常轻易，而且能保证每次发卡出且只出一张卡。以上通过推卡机构的前后往复运动将卡片一张张的推出卡夹，同时由于卡夹是相反方向出卡，因此需要一个 180 度往复反转的摇臂将向后发出的卡片交替反转 180 度到前面卡口，实现卡机出卡口的唯一。“部分重叠，交错排列”储卡技术经过近两年时间超过 150 万张的发卡实践检验，其可靠性和稳定性远远高于传统储卡方式，应用该技术的发卡机的滞卡率低于十万分之一以下。真正实现了卡机的“永不卡卡”目标。 完善的系统“达”牌全自动无人值
7、守发卡机在“永不卡卡”理念指引下，运用现代设计方法将其核心的“部分重叠，交错排列”技术及其他辅助配套技术进行了完美结合，使卡机真正成为完善的发卡控制管理体系。图 4 所示为卡机的系统结构。从图可以看出，发卡机由主控部分、动力电源控制部分、温度控制部分三部分组成。动力电源控制部分“达”牌无人值守发卡机主控板四台卡机控制驱动4个通道电机声光提示/警示上位机通讯6根天线切换3个读卡器切换面板输入扫描温度控制部份图 4“达”牌全自动无人值守发卡机由四台 HHKJ3 型自动发卡机组成，上下各两台，方便不同高度车辆使用和不停机更换卡夹。四个发卡机构遵循模块化设计理念，自成体系独立工作，可快速整体移出，方便
8、单独维修及更换。主控板采用 32 位 ARM32 系统 CPU。256K FlashROM 48K RAM。控制四个独立发卡机通道电机（步进电机）进行出卡动作的控制，同时，系统集成了自检功能，随时监控检测对应的小卡机运行状态。值得一提的是，该卡机采用了自主创新的天线切换技术。整个卡机有四个出卡口 4 个读写天线另加两个充值卡读写天线共 6 处读写天线，但是依靠天线切换技术，只用 2 个读写器就实现了 6 处天线的自动切换读写，节约了成本。主控板有 5 个 UART，高达 80 个 I/O 口，这极大地增强了卡机系统的扩展性。可根据卡机状态进行对应的声光指示或警示。满足普通车、军警车、免费车及充
9、值卡等的车道管理需要，同时根据实际情况可扩展其他必须的辅助功能。要实现卡机“永不卡卡” ，不仅仅依靠汇豪科技公司的“部分重叠，交错排列”核心技术。随着卡机自动化程度提高，所以引发的电气系统的故障率也是时而发生，如果解决不好将引起严重的后果，甚至还会给业主带来不必要的经济损失。一个成熟稳定的电子、电气设备控制系统，在控制上是一般不会有什么问题的。这时关键就在于元器件自身工作条件，电子元器件对周围的环境温度都很敏感，如果在恶劣（高温或者是高寒）的环境下工作，电子控制系统就会变得很不稳定，而且还会引起电子故障的增多，甚至会导致整个系统瘫痪。高速公路上的自动发卡机，在南方的高温季节，控制机摆放在室外，
10、容易受到太阳与空气对流的辐射和路面的温度反射，再加上电子、电气设备工作时会产生大量的热量，这些都会使电气柜箱体里面的温度升高。为了使自动发卡机能正常的工作，就得降温。传统降温的方法是安装风机把热能经过排风口把热量导出去，当然这种方法是效率最低的，而且会把外面的粉尘带到控制箱里，日积月累，将会造成元件接触不良和印刷线路的腐蚀，同时影响元器件的散热。应用压缩机液压气体吸温的方法有效的提高了制冷效率，还有外部环境中的高温、粉尘、油污、腐蚀性气体不会进入控制柜内部，从而解决了风扇散热所带来的一系列问题。在整个制冷过程中解决了冷凝水的问题，加上测温控制模块，使箱内的温度控制在常温下。在高寒的环境下工作时
11、，为了使箱体内的温度达到电子元器件的工作温度，采用电加热原理很容易就能使箱内温度升高，从而保证控制系统的稳定。选择 R134A 作为制冷剂，既能提高效能，又环保、节能。图 5 所示为“达”牌全自动无人值守发卡机温控系统。整个温度控制系统独立工作，包括控制模块、制冷系统和电加热系统，常温度下不工作，只有在所设定的电气设备工作温度范围（40-10）以外温控系统才工作。当控制柜放在南方，控制柜里面的温度能达到 40，甚至更高，这时候制冷系统就能把温度降到常温下。如果在北方，机柜内的温度能达到-10或者更低，这时就要靠电加热来使温度上升到电气设备工作的温度范围。加热系统控制模块制冷系统40图 5同时卡
12、机的动力电源控制部分独立工作，以满足不同系统正常工作和设备维护需要。卡片封闭式管理“永不卡卡”的全自动无人值守发卡机所解决的不仅仅是保证卡机发卡流畅，其根本的价值在于：实现卡机永不卡卡，IC 卡能顺利到达司机手上，才能真正实现 IC 卡的封闭式管理。“达”牌全自动无人值守发卡机采用与 HHK 型卡机同样的卡夹储存 IC 卡片，每个卡夹可装 500 张卡片。每个卡夹都有一块存储芯片，记录卡片的数量，通过卡机收发卡读写卡片的同时也对卡夹内卡片数进行相应的增减，这样卡夹的管理、运输、更换非常方便。卡片在整个流通过程中，只是在收费站和车之间准确地自由流动，不需要管理人员介入到卡的交接，提高了工作效率、
13、减轻了工作人员的劳动强度，降低了发卡和收费过程的人为错误。同时，新型卡机在每一个出卡口配备一个坏卡退卡装置。当卡片从卡夹发出后，必先在通道位置的天线读写信息，如果判断卡片正常，则从出卡口吐出到司机手上；反之，如果读卡判断卡片已经损坏，则卡片经退卡装置返回到一个集中地坏卡收集箱，同时卡机做好数据记录，当储存到一定程度时，由管理人员取出回收处理。通过卡机的可靠性使卡片在整个流通过程处于相对封闭状态，这将有效降低营运费用、提高管理水平和工作效率。结束语经过汇豪科技研发团队的三年的艰苦努力和行业内各业主帮扶成长， “达”牌新型全自动无人值守发卡机成功问世，这标志着高速公路发卡机事业的发展进入一个新的里程碑，用户将逐渐体验这种“永不卡卡”卡机带来的高效精确和可靠，具有划时代的意义。
