周 向 爭(zhēng)

(上海普天郵通科技股份有限公司 上海 200233)

基于Linux系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)設(shè)計(jì)與研究

周 向 爭(zhēng)

(上海普天郵通科技股份有限公司 上海 200233)

設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)是基于Linux系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。從旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)硬件設(shè)計(jì)方面，詳細(xì)介紹了旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)構(gòu)成、關(guān)鍵模塊旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊的設(shè)計(jì)和通道邏輯處理模塊的實(shí)現(xiàn)。從旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)的軟件設(shè)計(jì)方面，詳細(xì)介紹了旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)軟件架構(gòu)和基于Linux操作系統(tǒng)的檢票機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。為城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)終端設(shè)備的自主研發(fā)提供經(jīng)驗(yàn)。

旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī) Linux系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

0 引 言

自2000年起，全球城市軌道交通進(jìn)入新一輪發(fā)展階段，中國(guó)已經(jīng)成為全球增長(zhǎng)最快、規(guī)模最大的市場(chǎng)。隨著提倡低碳環(huán)保、大力發(fā)展公共交通的今天，軌道交通以其營(yíng)運(yùn)準(zhǔn)點(diǎn)率高，輸送客流大、低污染等優(yōu)點(diǎn)，迅速成為城市解決交通問(wèn)題的首選方案。目前在國(guó)內(nèi)已形成了以地鐵、高架輕軌和快速公交系統(tǒng)等為主的多元化發(fā)展趨勢(shì)。2015年，中國(guó)大陸地區(qū)共26個(gè)城市開(kāi)通的城市軌道交通共計(jì)有116條，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度達(dá)3 618千米，投資額高達(dá)3 683億元。預(yù)計(jì)“十三五”期間，我國(guó)城市軌道交通建成投運(yùn)線路將超過(guò)3 000千米，城市軌道交通在城市發(fā)展和城市交通中的作用將進(jìn)一步顯現(xiàn)。城市軌道交通將成為城市公共交通的主體，支持并引領(lǐng)城市可持續(xù)發(fā)展。

與國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)城市軌道交通起步較晚，目前發(fā)展卻十分迅猛。在自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的自動(dòng)檢票機(jī)發(fā)展上，經(jīng)歷了從早期全套引進(jìn)的三桿式檢票機(jī)，到后期被廣泛采用的剪式門(mén)檢票機(jī)的過(guò)程。但直到在高鐵建設(shè)中，選用了方便攜帶行李、并能提供快速通過(guò)率的進(jìn)口旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)后，這種在國(guó)外的新型旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)才慢慢被大家所認(rèn)識(shí)，并在國(guó)內(nèi)開(kāi)始研發(fā)、并裝備到我國(guó)的城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中。

1 需求分析

1.1 旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)

旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)安裝于車站付費(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)的交界處，實(shí)現(xiàn)乘客自助式進(jìn)/出站檢票。旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)能接受軌道交通專用車票、公共交通一卡通車票等車票，并滿足乘客右手持票快速通過(guò)的需求。

旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)相對(duì)其他類型的自動(dòng)檢票機(jī)具有：箱體更加纖薄、時(shí)尚，在同等站臺(tái)空間寬度內(nèi)，可安裝更多的檢票機(jī)設(shè)備，從而間接提高通過(guò)率；檢票機(jī)的門(mén)翼啟閉門(mén)方式，使乘客使用起來(lái)更加易用、友好和安全；門(mén)翼上下高度可很好地阻止乘客鉆和跳的不正常通行行為；為滿足不同營(yíng)運(yùn)需求的通道寬度，可直接調(diào)整檢票機(jī)的門(mén)翼寬度，而無(wú)需受箱體的限制等眾多優(yōu)點(diǎn)。

1.2 嵌入式操作系統(tǒng)

考慮到自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中終端設(shè)備的特殊性，它直接會(huì)影響到乘客對(duì)城市軌道交通服務(wù)水平的滿意程度。其中在終端設(shè)備上運(yùn)行的嵌入式操作系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行高可靠性、高可用性和強(qiáng)實(shí)時(shí)性等作用已漸漸引起各個(gè)生產(chǎn)廠家的重視[1]。嵌入式操作系統(tǒng)具有運(yùn)行效率高，模塊化程度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)和內(nèi)核開(kāi)銷小等諸多優(yōu)點(diǎn)；可以提供多任務(wù)、多進(jìn)程和多線程處理，它具有支持設(shè)備種類多、支持網(wǎng)絡(luò)、支持圖形窗口以及用戶界面等功能。

目前可供選擇、并已經(jīng)被國(guó)內(nèi)廠家廣泛使用的嵌入式操作系統(tǒng)有：最常使用的Windows XPe操作系統(tǒng)、基于開(kāi)源的Linux操作系統(tǒng)、高可靠性的VxWorks和微內(nèi)核的QNX操作系統(tǒng)。由于Windows XPe 操作系統(tǒng)易受攻擊,有巨大的安全隱患，而VxWorks和QNX開(kāi)發(fā)軟件價(jià)格極其昂貴，所以在城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的終端設(shè)備中，應(yīng)用Linux操作系統(tǒng)變得越來(lái)越普及。因此，開(kāi)發(fā)基于Linux系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)是必然趨勢(shì)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)構(gòu)成

旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)設(shè)備主要由主控單元、乘客顯示器、車票讀寫(xiě)器、通道乘客通行感應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)門(mén)阻擋裝置、單程票回收單元、方向指示器、警示燈和蜂鳴器、語(yǔ)音輔導(dǎo)、維護(hù)鍵盤(pán)、電源模塊等模塊組成。圖1所示的為典型的雙向旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)模塊分布圖。

圖1 雙向旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)模塊分布圖

旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)設(shè)備內(nèi)部硬件模塊(部件)均為模塊化設(shè)計(jì)，模塊間采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，這也為應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置、實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別設(shè)備內(nèi)部主要硬件模塊提供了條件。圖2所示為典型的旋轉(zhuǎn)門(mén)雙向檢票機(jī)內(nèi)部模塊連接方框圖。

圖2 旋轉(zhuǎn)門(mén)式雙向檢票機(jī)模塊連接方框圖

2.2 旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊是旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)的關(guān)鍵模塊，它可通過(guò)設(shè)置，使其工作在常開(kāi)或常閉狀態(tài)。在常開(kāi)狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)若處于正常服務(wù)模式時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)將保持開(kāi)放狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備的車票讀卡器識(shí)別到一張無(wú)效車票或乘客企圖無(wú)票通過(guò)時(shí)，將關(guān)閉旋轉(zhuǎn)門(mén)。旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)若處于關(guān)閉、故障和暫停服務(wù)等狀態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)會(huì)關(guān)閉。在常閉狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)處于除緊急狀態(tài)外的任何服務(wù)模式狀態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)均處于關(guān)閉狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)在正常服務(wù)模式時(shí)，當(dāng)車票讀卡器識(shí)別到一張有效車票后，旋轉(zhuǎn)門(mén)打開(kāi)，在乘客通過(guò)后，若后續(xù)沒(méi)有再接收到下一張有效車票或檢測(cè)到有乘客企圖無(wú)票通過(guò)時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)將關(guān)閉。

2.2.1 旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊工作原理

旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊一般由旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)(伺服控制器)、控制模塊(機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)控制器)和電源模塊四部分組成。其中，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)則由門(mén)翼、轉(zhuǎn)桿、制動(dòng)器、機(jī)構(gòu)復(fù)位裝置、扭力限制器和直流伺服電機(jī)組成。在直流馬達(dá)伺服控制器與機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)控制器間采用CAN總線結(jié)構(gòu)。機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)控制器與上位機(jī)的控制接口既可以采用光電隔離的數(shù)字接口，也可以是CAN總線結(jié)構(gòu)。圖3所示的是旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊原理示意圖。

圖3 旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊原理示意圖

在旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)通道兩側(cè)，分別安裝左、右兩個(gè)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)。伺服控制器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)中的直流伺服電機(jī)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)上的門(mén)翼運(yùn)動(dòng)。通過(guò)伺服電機(jī)內(nèi)的編碼器，識(shí)別門(mén)翼運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)精確運(yùn)動(dòng)控制(閉環(huán)結(jié)構(gòu))。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等緊急情況下，旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊中的控制模塊在接收到由站臺(tái)控制室下發(fā)的緊急按鈕信號(hào)后，旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊立刻處于打開(kāi)狀態(tài)，方便受控區(qū)域內(nèi)的人員快速通過(guò)旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)。另外，當(dāng)旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊供電被切斷時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊在無(wú)電的情況下，通過(guò)彈簧(或扭簧)方式，將旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼拉開(kāi)至打開(kāi)狀態(tài)。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊的伺服電機(jī)控制

旋轉(zhuǎn)門(mén)阻擋模塊的心臟部件：直流伺服電機(jī)一般可分直驅(qū)型和非直驅(qū)型電機(jī)兩種。直驅(qū)型電機(jī)采用慢速、大扭矩直流電機(jī)來(lái)直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)桿，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在0至150 r/min范圍內(nèi)，電機(jī)產(chǎn)生的扭矩可達(dá)0～7 N·m范圍。圖4所示的是直驅(qū)型旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)。而非直驅(qū)型電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般采用為3 000 r/min，電機(jī)提供的扭矩僅為0.65 N·m，為了達(dá)到能正常驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)，需要通過(guò)在電機(jī)輸出軸上加裝前置星型齒輪箱，來(lái)降低轉(zhuǎn)速、并提升扭矩。圖5所示的是非直驅(qū)型電機(jī)組件。

圖4 直驅(qū)型旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu) 圖5 非直驅(qū)型電機(jī)組件

直驅(qū)型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制是通過(guò)空間矢量算法，使電流以正弦方式換相，因而達(dá)到驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)、轉(zhuǎn)矩大、紋波小和噪聲低的功能。另外，直驅(qū)型因無(wú)需額外的齒輪箱就能提供很高的扭矩，從而就無(wú)需添加任何潤(rùn)滑油和無(wú)須維護(hù)，提供幾乎沒(méi)有噪聲、并具有更低能耗的性能。

非直驅(qū)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制是通過(guò)直流無(wú)刷電機(jī)，加裝星型減速機(jī)(一般為1∶20左右)的結(jié)構(gòu)。隨著免維護(hù)星型齒輪箱和一體化直流伺服電機(jī)模塊的出現(xiàn)，該方案同樣可達(dá)到直驅(qū)型電機(jī)的功能。同時(shí)，非直驅(qū)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制，對(duì)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼的配重也不敏感。使配合不同應(yīng)用場(chǎng)所對(duì)旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)通道寬度的需要時(shí)，只需更換不同寬度的門(mén)翼，在調(diào)整旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的開(kāi)啟/關(guān)閉門(mén)速度后，就可輕松實(shí)現(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)適用位置的控制，電機(jī)控制模式采用數(shù)字化速度控制、電流(力矩)控制和位置控制方式，同時(shí)結(jié)合伺服電機(jī)內(nèi)的編碼器反饋，可以高速精確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖6所示的是非直驅(qū)型電機(jī)輸出扭矩曲線圖。圖中黑色實(shí)線為額定輸出扭矩與速度曲線，虛線為伺服電機(jī)峰值輸出扭矩與速度曲線(短時(shí)工作區(qū)域)。

圖6 電機(jī)輸出扭矩與速度曲線

2.2.3 旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊設(shè)計(jì)

1) 旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊伺服電機(jī)選擇 鑒于安全和可控性考慮，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)采用低壓直流無(wú)刷伺服電機(jī)。旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼在啟閉時(shí)保持同步運(yùn)動(dòng)、不產(chǎn)生振動(dòng)(抖動(dòng))。在一個(gè)開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)周期中，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼運(yùn)動(dòng)速度為先增大后減小方式。通過(guò)對(duì)速度和方向信號(hào)的動(dòng)態(tài)控制，可以減少電機(jī)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的瞬變，使電機(jī)運(yùn)行更加平滑，同時(shí)減少機(jī)械的磨損。圖7所示的是電機(jī)速度控制曲線圖。圖中選用的伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，通過(guò)計(jì)算，設(shè)置電機(jī)速度限制為15 r/s和峰值電流CP，這時(shí)加減速度必須達(dá)到500 r/s，才可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊開(kāi)/關(guān)門(mén)時(shí)間在0.3秒以內(nèi)。

圖7 電機(jī)速度控制曲線圖

2) 旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊安全性控制 為了確保旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼不會(huì)傷害到乘客，旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊在執(zhí)行開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作時(shí)，考慮到人體的承受能力，旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊在關(guān)閉過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼的最大沖擊力不會(huì)大于150 N(門(mén)翼中間部位)。伺服電機(jī)通過(guò)電流(力矩)控制方式，在門(mén)翼運(yùn)動(dòng)中如遇到大于該阻力時(shí)(達(dá)到設(shè)定的電流時(shí))，門(mén)翼會(huì)立刻向相反方向運(yùn)動(dòng)(彈開(kāi))。當(dāng)旋轉(zhuǎn)門(mén)關(guān)閉后，一旦檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼受到外力(沖撞)情況下，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)中的制動(dòng)器將啟動(dòng)動(dòng)作，將門(mén)翼鎖定在當(dāng)前位置。

若門(mén)翼承受的沖擊力超過(guò)200 N(暴力開(kāi)門(mén))時(shí)，出于保護(hù)旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊不被人為損壞的目的，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)中的扭力限制器會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。當(dāng)外力消失、且在旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊設(shè)立的安全區(qū)內(nèi)空閑(無(wú)遮擋物)，旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊將恢復(fù)關(guān)閉狀態(tài)。另外，配合通道通行策略軟件，在旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼開(kāi)啟/關(guān)閉過(guò)程中，一旦在旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊設(shè)立的安全區(qū)內(nèi)檢測(cè)到物體(運(yùn)動(dòng))時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼將會(huì)立即急停，避免傷及乘客。

在斷電或緊急的情況下，旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)構(gòu)的門(mén)翼會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，確保受控區(qū)域內(nèi)的人員可以快速通過(guò)。

2.2.4 通道邏輯處理模塊

旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)內(nèi)嵌的通道邏輯處理模塊的正確實(shí)現(xiàn)，是衡量旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)的又一個(gè)重要考核指標(biāo)。旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)的通道邏輯處理模塊(乘客通行邏輯處理)主要負(fù)責(zé)乘客在旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)通道內(nèi)的通行檢測(cè)。它根據(jù)主控單元的要求，進(jìn)行放行或關(guān)閉通道。它不僅是一個(gè)非常重要模塊，同時(shí)它還涉及到乘客安全。

通行邏輯處理模塊的主要工作流程是：旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)的讀卡器采集乘客的車票信息，主控單元處理該車票信息，然后把是否允許通過(guò)旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)的信息提供給乘客通行邏輯處理模塊，乘客通行邏輯處理模塊根據(jù)該信息，監(jiān)控乘客在通道內(nèi)的活動(dòng)并控制其通行。乘客通行監(jiān)控一方面檢測(cè)乘客是否進(jìn)入付費(fèi)區(qū)還是非付費(fèi)區(qū)，另一方面保證乘客不會(huì)受到旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊門(mén)翼的傷害。圖8所示的是通行邏輯處理功能框圖。

圖8 通行邏輯處理功能框圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)軟件架構(gòu)

基于Linux系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)軟件包括：初始化處理模塊、底層驅(qū)動(dòng)模塊、與站臺(tái)控制計(jì)算機(jī)通信模塊、票務(wù)處理模塊、檢票控制模塊和維護(hù)模塊組成。表1所示列出了旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)軟件功能劃分表。

表1 旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)軟件功能劃分表

續(xù)表1

3.2 基于Linux的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中的設(shè)備應(yīng)用軟件都是在Windows和Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行。由于Windows操作系統(tǒng)的易用性較強(qiáng)，基于.Net架構(gòu)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言很多(常見(jiàn)的有C#、VB、VC等)，所以多數(shù)的設(shè)備生產(chǎn)商都選擇了在Windows操作系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)并運(yùn)行其應(yīng)用程序。但從安全性方面考慮，由于自動(dòng)售檢票系統(tǒng)是一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)感染病毒，病毒將會(huì)快速傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，造成不可預(yù)知的后果，這一切都成為Windows操作系統(tǒng)被繼續(xù)使用的重要障礙。

3.2.1 Linux應(yīng)用的移植

為了快速實(shí)現(xiàn)基于Windows應(yīng)用開(kāi)發(fā)的自動(dòng)檢票機(jī)應(yīng)用程序，平滑地遷移到Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)上，我們可采用Wine來(lái)運(yùn)行基于Windows的應(yīng)用軟件。Wine不是像虛擬機(jī)或者模擬器一樣模仿內(nèi)部的Windows邏輯，而是將Windows API調(diào)用翻譯成為動(dòng)態(tài)的POSIX調(diào)用，降低了性能和一些其他行為的內(nèi)存占用。這樣能快速將Windows應(yīng)用移植到Linux系統(tǒng)上。

3.2.2 Linux應(yīng)用的開(kāi)發(fā)

在Linux系統(tǒng)中的X Windows下編程還有很多庫(kù)可使用。首先是最基礎(chǔ)的Gtk+庫(kù)，它是一個(gè)小型而高效的控件庫(kù)。但它的缺點(diǎn)是不易上手使用，而且文件比較缺，架構(gòu)又非常復(fù)雜[5]。第二種常用方法是基于wxWidgets庫(kù)，它是一個(gè)用C++編寫(xiě)的、提供gui開(kāi)發(fā)的框架，提供類似MFC的功能。在Windows上編寫(xiě)的程序，經(jīng)過(guò)很少修改，就可以在Linux平臺(tái)上重新編譯[6]。還有一種流行的開(kāi)發(fā)方法是使用Qt庫(kù)。Qt是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面庫(kù)，面向?qū)ο髾C(jī)制以及豐富的API，資源也比GTK+ 或wxWidgets多得非常多。所以選擇Qt是開(kāi)發(fā)人員僅需要學(xué)會(huì)一種API來(lái)寫(xiě)入應(yīng)用程序[7]。

4 測(cè)試及評(píng)價(jià)

4.1 測(cè)試環(huán)境及對(duì)象

為了積累國(guó)內(nèi)對(duì)新型旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)，我們選擇了上海軌道交通一號(hào)線、上海南站站作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地使用來(lái)檢驗(yàn)旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)關(guān)鍵的旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊硬件設(shè)計(jì)方案。在上線的4個(gè)通道的旋轉(zhuǎn)門(mén)進(jìn)站檢票機(jī)中，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)涵蓋了直驅(qū)型直流伺服電機(jī)和帶減速箱的非直驅(qū)型電機(jī)。旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊制動(dòng)方式涵蓋了離合器制動(dòng)方式和插銷式制動(dòng)方式。旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊的扭力限制器涵蓋了數(shù)控扭力限制器和機(jī)械扭力限制器。而在軟件設(shè)計(jì)中的通行策略上，則統(tǒng)一采用了自主軟件設(shè)計(jì)。

4.2 測(cè)試結(jié)果與分析

由于旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)箱體比較纖薄(寬度一般小于180 mm)。在中間機(jī)上。為了能在機(jī)箱內(nèi)并排放置兩套旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊，要求旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的直徑必須小于80 mm。但我們?cè)谠O(shè)備生產(chǎn)制造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于直驅(qū)型伺服電機(jī)電氣和結(jié)構(gòu)特性，雖然直驅(qū)型伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊中單個(gè)電機(jī)的直徑為80 mm，但并排放置的兩臺(tái)電機(jī)模塊，會(huì)在旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)箱體中間形成一道“墻”，阻斷了旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)設(shè)備左右兩端模塊間的線纜排布。而采用帶減速箱的非直驅(qū)型電機(jī)，由于采用功率和馬達(dá)直徑更小的直流伺服電機(jī)，或采用帶直角的減速箱等方案，就不存在這個(gè)問(wèn)題。

在使用初期，我們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)通道內(nèi)，有乘客頻繁闖關(guān)(制動(dòng)器啟動(dòng))時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊制動(dòng)方式中，采用插銷式制動(dòng)的方案，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)卡死的情況。后來(lái)通過(guò)修改底層軟件，先帶動(dòng)門(mén)翼做左右微動(dòng)一下來(lái)加以解決。為了實(shí)現(xiàn)有效制動(dòng)，對(duì)于采用離合器制動(dòng)方式的旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊，模塊的功耗則相對(duì)較大，并會(huì)出現(xiàn)磁化現(xiàn)象，造成動(dòng)作延遲。

在旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊的扭力限制器使用上，采用數(shù)控扭力限制器方案的旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊，會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)設(shè)備的使用，限制器的技術(shù)參數(shù)會(huì)發(fā)生漂移，需要定期進(jìn)行調(diào)整。而采用機(jī)械扭力限制器方案的旋轉(zhuǎn)門(mén)模塊效果則很好。另外，在采用Windows XPe嵌入式操作系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)上，不久就發(fā)現(xiàn)感染的病毒，出現(xiàn)設(shè)備顯示界面異常彈窗情況出現(xiàn)。

在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們?cè)谌N庫(kù)(方法)的使用經(jīng)驗(yàn)上，建議如果需要快速移植基于MFC應(yīng)用程序，可采用wxWidgets庫(kù)的方案，但它在支持64位Linux系統(tǒng)上會(huì)存在兼容性問(wèn)題。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展角度考慮，Qt的優(yōu)秀的跨平臺(tái)特性是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一年多的使用情況來(lái)看，旋轉(zhuǎn)門(mén)檢票機(jī)能很好地應(yīng)對(duì)大客流和火車站需要攜帶大量行李場(chǎng)合的要求，乘客通行速度也較其他類型的自動(dòng)檢票機(jī)要快。另外，在國(guó)產(chǎn)化自主可控的大背景下，我們還嘗試使用國(guó)產(chǎn)普華Linux操作系統(tǒng)和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ReWorks操作系統(tǒng)[8]作為自動(dòng)售檢票系統(tǒng)設(shè)備的操作系統(tǒng)，并取得了很多的經(jīng)驗(yàn)，為徹底打破國(guó)外在自動(dòng)售檢票終端設(shè)備上的技術(shù)壟斷，為城市軌道交通建設(shè)的健康發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 周向爭(zhēng).基于多平臺(tái)應(yīng)用軟件的軌道交通終端設(shè)備研發(fā)[J].有線通信技術(shù),2009(1).

[2] DGJ08-1101-2005上海市工程建設(shè)規(guī)范：城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范[S].2005.

[3] DGJ08-1102-2005上海市工程建設(shè)規(guī)范：城市軌道交通單程票非接觸集成電路(IC)卡通用技術(shù)規(guī)范[S].2005.

[4] DGJ08-1103-2005上海市工程建設(shè)規(guī)范：城市公共交通非接觸集成電路(IC)卡通用技術(shù)規(guī)范[S].2005.

[5] 宋國(guó)偉.GTK+2.0編程范例[M].清華大學(xué)出版社,2002.

[6] 王強(qiáng)譯.使用wxWidget進(jìn)行跨平臺(tái)程序開(kāi)發(fā)[OL].2006.http://www.phptr.com.

[7] 陸文周.Qt5開(kāi)發(fā)與實(shí)例[M].2版.電子工業(yè)出版社,2015.

[8] 周向爭(zhēng).基于ReWorks操作系統(tǒng)的自動(dòng)檢票機(jī)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2013,30(5):211-215,286.

DESIGNANDRESEARCHOFREVOLVINGFLAPGATESYSTEMBASEDONLINUX

Zhou Xiangzheng

(ShanghaiPostandTelecommunicationCo.,Ltd.,Shanghai200233,China)

The design of revolving flap gate in this paper is an instance based on a Linux system. From the aspects of hardware, the paper elaborated key modules design, the realization of the flap door module and the logic processing module. From the aspect of software, software architecture of revolving flap gate and computer application development based on Linux operating system was introduced in detail. It provides experience for independent research and development of terminal equipment of urban rail transit automatic fare collection system.

Revolving flap gate Linux system Motor control

2017-03-28。上海市軟件和信成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目(150614)。周向爭(zhēng)，教授級(jí)高級(jí)工程師，主研領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)與應(yīng)用工程。

TP39

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.12.024