专利名称：高速公路专用自动收发卡机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及交通领域中的设施或设备，具体涉及一种高速公路收费专用的自动收发卡机。
现有很多高速公路收费站的收费还是采用原始的发给票据、交回票据并收取现金的方法，工作效率低，影响交通的畅通，这种纸质票据只能一次性使用，公路出口的收费站工作人员要根据司机递交的票据判断车辆何处进入高速公路才能确定收费，工作繁锁、差错率大，而且这种原始落后的收费方式不能实行严格的科学管理，给贪污窃取公路征费以可趁之机。
本实用新型之目的旨在提供一种实现IC卡自动收费、智能化程度高、管理科学严密、使用简单方便、工作可靠、性能优良的高速公路专用自动收发卡机。
本实用新型的技术解决方案是这种高速公路专用自动收发卡机在机壳内安装有可放置IC卡的卡箱、IC卡读写器无线、收发IC卡的传动机构、电气控制盒，本实用新型在机壳内还安装有恒力控制升降传动机构以及与之配合的电磁铁控制装置，恒力控制升降传动机构包括补偿弹簧、钢丝绳、配重块、升降杆，升降杆一端活动套装在顶升导轨上、而顶升导轨设置在卡箱后侧，补偿弹簧、钢丝绳、配重块、钢丝绳依次串接，并且与设置在机架上的定滑轮相联，补偿弹簧一端固定在机架上，钢丝绳末端固定在升降杆上，配重块活动套装在配重导向杆上。
本实用新型的卡箱还具有带孔的盖板，盖板与卡箱制作成一体，成为半封闭式结构。
本实用新型设置在高速公路出口或入口处车道，作为高速公路收费站实现IC卡收费系统的一部分，与计算机相联以完成对IC卡的相关信息读写，在入口处自动向车辆司机发出机动车车类、车型、入口日期与时间、入口车道等相关信息的IC卡，在出口处将司机交回的IC卡插入收发卡机并读出IC卡的信息，确定收费金额，如遇废卡，计算机指令，IC卡从收发卡机内退出，实现统一的收费管理。本实用新型由于设计安装了恒力控制升降传动机构，将以前的丝杆、螺母升降传动机械对IC卡的钢性接触变为柔性连接，避免了对IC卡片的冲击，有效地保护了IC卡，最大限度地减少了IC卡的磨损程度，延长了IC卡的使用奉命；又由于本实用新型设计安装了电磁铁控制装置，避免了一次发两张卡的操作失误，而且这种电磁铁控制装置还可微调与IC卡的间距，实现最佳控制状态；特别是本实用新型将卡箱设计为具有盖板的半封闭结构，防止人为取走IC卡片，进出的IC卡必须由计算机操作，并进行计数，存入信息，避免了作弊和偷窃，为科学严格管理提供了保障。因此，本实用新型构思巧妙、设计合理，智能化程度高，操作使用方便，性能可靠，广泛适用于高速公路的收费系统。
图1为本实用新型结构示意图图2为本实用新型电气控制盒电路原理图
以下结合附图对本实用新型技术方案作进一步详细说明，并给出最佳实施例本实用新型包括放置非接触IC卡的卡箱，非接触IC卡读写器及天线，用以将IC卡收回卡箱和发出卡箱的收发卡传动机构、用以完成收发卡过程控制并避免一次发两张卡的电磁铁控制装置、用以控制IC卡读写与收发卡的电气控制盒、收发卡传动机构分别与机架相联，在收发卡传动机构出口处设有一导轨，在该导轨下设置IC卡读写器天线；含有微处理器和通讯接口的电气控制盒分别连接IC卡读写器、收发卡传动机构之电机和升降传动机构之配重块、弹簧，实现对IC卡的读写控制、以及对收发卡传动机构开关控制，电气控制盒中包括与计算机相联的通讯接口。非接触IC卡是一种集成度很高的卡式存储器，在公路入口处发给司机，IC卡中已写入来往机动车辆类型、车型、入口日期和时间、入口车道标识号等信息，本实用新型之IC卡读写器通过其天线实现对非接触IC卡的读写操作，并通过微处理器、通讯接口，输入至计算机。
本实用新型的收发卡传动机构包括电机、齿形皮带传动装置和用于传送IC卡的橡胶收发卡轮，齿形皮带传送装置位于卡箱之IC卡出入口处，收发卡轮设置在导轨附近的入口处。收卡由电机带动齿形皮带传动装置将IC卡由入口的导轨之上输入，传送至卡箱内。发卡由电机带动齿形皮带传动装置将IC卡由卡箱输出由导轨之上传送至卡箱外。
本实用新型将IC卡箱设计为半封闭状态，顶部出卡口为1.2-1.4mm(每张IC卡厚0.8mm)，顶上留有两小方口，便于传动橡胶轮拨卡及输送橡胶轮输送IC卡，人工不能随意取出IC卡，防止作弊，卡箱总容量为550张至600张。
本实用新型的升降传动机构包括配重块、钢丝绳、弹簧、恒力控制传动装置和升降杆。
本实用新型的电气控制盒中包括微处理器、电机驱动电路、数字显示电路、过流保护电路、电源、输入电路接口和标准通讯接口，其中，微处理器分别与电机驱动电路、显示驱动电路、过流保护电路、电源、输入电路接口和通讯接口相联并实现统一的控制，IC卡读写器联接在通讯接口上。
本实用新型在收发卡传动机构入口处前后设有一光电计数器，用于对所收回或发放的IC卡计数。每次完成收回或发放一张IC卡，光电计数器会自动进行累加计数。
本实用新型必须由结算中心的授权卡进行授权后方能正常工作。本实用新型安装在高速公路之出口、入车道处的收费控制台内，收费员在出、入口车道使用本实用新型进行收发卡操作，将IC卡内所含来往机动车辆类型、车型、入口日期和时间、入口车道标识(ID)号等信号读出，并覆盖IC卡入口内容，完成对非接触IC卡快速读写、收卡操作，完整地记录每一次的操作过程。这些操作是由本实用新型配合收费专用键盘、车道工控机来完成。读毕后的IC卡被收回至卡箱；由于整个系统的计算机，包括入口处的计算机与出口处的计算机均联成网络，每一出入高速公路的车辆信息均被系统计算机保存。
最佳实施例如附图所示图1反映了本研制的收发卡机基本结构。本机是一种技术含量较高的机电一体化设备。如图1，收发卡传动机构包括电机16、齿形皮带19、拨卡橡胶轮10、传动橡胶输送轮8、光电外限位器6、光电内限位器7、输送导轨4、读写器天线5、电磁铁18、电磁铁行程控制弹簧17、数据显示器1，数据显示器1安装在机头壳2上，图1中3为机头。
发卡每次操作由机头电机16通过齿形皮带19带动橡胶拨卡轮，将一张非接触IC从卡箱14内拨出，输送轮8输送至外光电限位器6，电磁铁18动作，压住卡箱内下一张IC卡，IC卡移出内光电限位器7，定时器启动，读写器天线5开始写入，电磁铁断电，IC卡从导轨输出。
收卡每次操作将司机交回的非接触IC卡，从出入口插入导轨导槽，IC卡到外限位器6时读卡，合法IC卡，电机反转，传动橡胶输送轮8转动，IC卡到内限位器7，电磁铁动作，压住卡箱内的IC卡，定时器动作0.3秒，电磁铁断电，定时器动作，拨卡橡胶轮10将IC卡带入卡箱。
非法身份卡或废止，卡到外光电限位器6时，经过读卡、识别，指令电动正转，非法身份卡或废卡自动吐出。
IC卡的恒力控制升降传动机构，由配重块23、补偿弹簧12、钢丝绳13、24、定滑轮15、配重导向杆22、升降杆11、顶升导向轮20、顶升导轨21、相联在机架组成一个升降结构整体，补偿弹簧12、钢丝绳13、配重块23、钢丝绳24依次串接，并且与设置在机架上的定滑轮15活动联接，补偿弹簧12的一端挂在机架上固定，钢丝绳24末端固定在升降杆上，配重块23活动套装在配重导向杆22上，升降杆11一端活动套装在顶升导轨21上，而顶升导轨21设置在卡箱14后侧，当卡箱不断装进IC卡时，配重块随着上升，补偿弹簧起作用，补偿IC卡重量，当卡箱不断减少IC卡时，配重块随着下降，补偿弹簧受力不断减小，直至零界状态，整个IC卡的升降动作均是一种恒力控制方式，其结构简单。
图1中9为外壳，IC卡读写器天线5安装在导轨4下方，当导轨4上(处于读写器天线区内)出现有效IC卡时，IC卡读写器根据工控机发出的指令对IC卡进行读写。电气控制盒中的数字显示电路，采用LED显示屏1，可自动显示卡箱14内现有的IC卡之数量。卡箱容量为550-600张IC卡。如果卡箱中的卡装满或发放完毕，车道控制机会收到本机发出的告警信息提示收费员，本机停止工作，收费员打开上部机壳，抽出IC卡的卡箱，互换使用。每次更换均记录在车道控制机内。
收发IC卡的传动机构与恒力控制升降传动机构，全部与机架相联，成为一整体，其高度随用户需要，调节机构嵌在机壳内，外形美观。
参见图2为本实用新型电气控制盒电路原理图该电路为已有技术。
本实用新型微处理器电气控制外壳上设有两支手动按钮，其一为收卡按钮，其二为发卡按钮。
电气控制盒安装在机箱内，它有两个RS232通讯接口，其中一个与工控机相连，用于微处理器与工控机的双向通讯，另一个RS232接口用于工控机与非接触式IC卡读写器间的通讯。
电源转换电路，输入AC220V经开关电源电路转换成+5V、+12V和+24作为工作电源，其中+5V供电气控制盒的微处理器及外围电路工作，+12V为IC卡读写器及继电器电路的工作电源，+24V为电机及电磁铁的工作电源。RS232/TTL转换电路由一片MAX232串行接口芯片IC1和四个电容组成，其功能是将工控机发出的RS232标准信号转换成TTL信号并送至微处理器，或将微处理器向工控机返回的TTL信号转换成标准的RS232信号，传送至工控机，实现微处理器与工控机的双向通信，另一路RS232/TTL转换电路则实现工控机与IC卡读写器的双向数据传输。工控机与微处理器的通信速率为9600bps，微处理器受工控机指令控制，完成对电机的工作控制和显示电路的数据设置，并将各部位的手动按钮、光电开关、过流保护电路的状态入时送至工控机。
过流保护电路，是自电机工作电流中取一微电压信号与一基准微电压经比较器进行比较，在正常工作状态下取样电压信号电平低于基准电压，该保护电路不工作，当电机工作电流由于某种原因造成电流过大时，取样微电压信号电平高于基准高压，该保护电路输出高电平送至微处理器经处理后切断各路输出，此时微处理器不接受工控机指令，直到故障排除，以达到保护的目的。过流保护电路由一电压比较器将电机电流采样、比较、放大、转换电平后送至微处理器，当由于机械、电路等原因导致电机负载加重，工作电流过大时，该电路向微处理器提供高电平，经处理后，继电器系统断电，从而防止故障范围扩大。AT89C51芯片IC6、4060芯片IC7及外围电路构成电机驱动及继电器驱动电路。
AT89C51芯片IC2、4060芯片IC3组成串行一并行转换电路，IC6接收IC2发送的并行信号指令转换成电平输出，用于驱动各继电器的吸合与断开，以控制收卡电机及电磁铁的启动和停止。
输入接口电路是微处理器的接口，微处理器输出的电平信号经其缓冲反向放大后，驱动继电器动作，光电开关的即时状态，经耦合、反向，将标准TTL信号送入微处理器。电机驱动电路及继电器输出电路，是由继电器常开触头控制接通直流24V，以驱动电机运转，电磁铁吸合或释放。
4060芯片IC3及外围电路组成自动复位电路；IC2正常工作时，软件程序保证定时输出方波作为IC3复位信号，如出现干扰等意外情况，程序不能正常输出方形复位信号时，IC3在延时后输出高电平，强行IC2复位，使程序重新运转，从而保证系统运行的抗干扰性。AT89C51芯片IC4、4060芯片IC5及外围电路构成数字显示电路，由D1～D7输出低电位段选信号。D8～D10输出高电位片选区信号，依据指令点亮3位LED七段数码管。
设有两个隔光开关，作用是检测IC卡状态；当有卡通过时，向IC6输出高电平，平时输出低电平。收、发卡计数，系统故障送卡超时等现象和二个隔光开关的状态一并通过IC6转换成串行信号送至IC1馈至PC机，由PC机软件分析后发送指令控制系统工作。
权利要求1.一种高速公路专用自动收发卡机，在机壳内安装有可放置IC卡的卡箱、IC卡读写器无线、收发IC卡的传动机构、电气控制盒，其特征在于在机壳内还安装有恒力控制升降传动机构以及与之配合的电磁铁控制装置，恒力控制升降传动机构包括补偿弹簧、钢丝绳、配重块、升降杆，升降杆一端活动套装在顶升导轨上、而顶升导轨设置在卡箱后侧，补偿弹簧、钢丝绳、配重块、钢丝绳依次串接，并且与设置在机架上的定滑轮相联，补偿弹簧一端固定在机架上，钢丝绳末端固定在升降杆上，配重块活动套装在配重导向杆上。
2.根据权利要求1所述的高速公路专用自动收发卡机，其特征在于所述的卡箱具有带方口的盖板，盖板与卡箱制作成一体，成为半封闭式结构，
3.根据权利要求2所述的高速公路专用自动收发卡机，其特征在于卡箱总容量为550张至600张，顶部出卡口为1.2-1.4mm，顶上留有供传动橡胶轮拨卡及输送橡胶轮输送IC卡的两个小方口。
专利摘要一种高速公路专用自动收发卡机,具有卡箱、IC卡读写器天线、收发卡传动机构、电气控制盒,本实用新型的发明特征是还安装有恒力控制升降传动机构以及与之配合的电磁铁控制装置,同时,卡箱还设计为具有盖板的半封闭式结构,避免了对IC卡的冲击,减少磨损,延长使用寿命,管理严密、科学,防止作弊。本机设计合理,智能化程度高,性能优良,是一项应用广泛的高科技产品。
文档编号G07B15/06GK2480926SQ0123483
公开日2002年3月6日 申请日期2001年4月10日 优先权日2001年4月10日
发明者刘海明, 贺地求, 盛明钧, 苏长汉, 朱建初, 沈曙明 申请人:湖南网路信息技术有限责任公司