摘要：地铁AFC系统中广泛使用人机输入模块；该模块是AFC设备故障时，检修人员必备的功能模块之一。然而，由于AFC整机集成商众多且行业中缺少设计规范，人机输入模块种类众多，缺少通用性和互换性。本文总结不同厂商的优点，设计出通用型人机输入模块，降低了该模块的检修难度和备件采购成本。
关键词：人机输入模块、AFC、UG
1.引言
地铁AFC，即地铁自动售检票系统，广泛应用于全国地铁的进出站和费用结算。AFC系统的自动售票机和自动检票机中均配备有人机输入模块（维护键盘和维护屏）；该模块是设备故障时，检修人员必备的功能模块之一[1][2]。然而，由于AFC整机集成商众多且行业中缺少设计规范，人机输入模块种类众多，使该模块的维护、更换和使用容易受品牌和型号的影响，模块缺少互换性。本文旨在设计一种通用型人机输入模块，以降低该模块的检修难度和备件采购成本。
2.总体设计
AFC人机输入模块通过维护屏显示工控机的用户界面，通过维护键盘与工控机进行指令交互，其主要部件包括：维护屏、维护键盘、VGA驱动板、按键板、接口安装板、USB母对母转接线和相应的安装支架[3]。其电气原理如图1所示。
图1 AFC人机输入模块电气原理图
1）2）3）1233.机械安装及电气接口设计
3.1机械安装设计
AFC人机输入模块采用一体化设计，所有组成件均安装在同一个壳体上，以便于模块整体更换和运输。具体设计如下：
（1）整机安装：AFC人机输入模块通过后盖板的四个腰形孔安装于自动售票机（TVM）和自动检票机（AGM）门板上。
（2）维护屏安装：维护屏需通过转接支架固定于人机输入模块壳体上。
（3）板卡安装：VGA驱动板、按键板和接口安装板通过螺钉固定于人机输入模块壳体的螺柱上。
（4）USB母对母连接线的安装：通过螺钉固定于AFC人机输入模块壳体的侧面和底面。
（5）维护键盘安装：维护键盘通过插入的方式放置于维护键盘安装支架上。
3.2电气接口设计
AFC人机输入模块包含键盘信号接口、供电接口、视频接口各一个，接口均设计于AFC人机输入模块下方，便于拔插。考虑到市面上工控机、电源模块和键盘的接口类型，详细接口设计如下：
（1）键盘信号接口：USB Type-A 母头
（2）供电接口：直流12V供电，DC电源插座 DC-005 Φ2（与5.5-2.1mm插头配对）
视频接口：VGA（DA15母头）
图2 AFC人机输入模块安装示意
4.电子硬件选型
AFC人机输入模块的电子硬件主要包括维护屏、VGA驱动板、按键板和接口安装板，其中VGA驱动板转用于换视屏信号和屏幕背光供电，按键板用于调节视屏显示，接口安装板提供与工控机连接的最终接口。
4.1维护屏
通过比对市面上量产屏的生产情况和地铁线网中维护屏的使用情况，选用6.5寸维护屏，考虑到降低采购成本，防止单一供应商抬价，结构上设计兼容至少两个厂的屏。本设计可安装友达（AUO）G065VN01 V2和三菱（MITSUBISHI）AA065VE11型号的屏。
4.2维护键盘
市面上键盘型号很多，考虑到现有AFC设备维护键盘的使用情况，本设计选用了20键的键盘，并对键值和排列方式进行了规定，详细要求如下：
（1）键盘接口：A型USB插头（公头）
（2）键盘采用5行4列布局，相应的布局与键值规定如下：
第一行：NumLock F1 F2 F3
第二行： 7 8 9 F3
第二行： 4 5 6 Esc
第四行： 1 2 3 Backspace
第五行： 空格 0 . Enter
4.3 USB母对母转接线
USB母对母转接线用于连接键盘和工控机，其主要选型参数如下：
（1）线长0.3米；
（2）两螺丝孔之间间距29毫米，孔内带有M3螺母，可以锁在面板上；
（3）接口：USB母对母，A型USB插座（母头）.
5.机械结构件设计
AFC人机输入模块的机械结构件主要包括维护屏安装支架、维护键盘安装支架、AFC人机输入模块壳体和后盖板。由于人机输入模块属于小批量定制产品，本设计采用了钣金方法设计了所有的结构件，以降低采购成本[4]。为保证人机输入模块结构件与AFC系统中其它定制结构件的材料一致，本设计选用了1mm厚的304不锈钢进行加工。详细设计如图2所示。
6.总结
本文通过对地铁售检票系统中AFC人机输入模块进行调研和统计，设计了通用型人机输入模块。该模块互换性好，更换、使用方便，极大地降低了检修难度和采购成本，对售检票系统中功能模块的互换性设计有很大的参考价值。
参考文献：
[1]邓先平.我国城市轨道交通AFC系统的现状及发展[J].都市快速交通，2005。
[2]陈鹏辉.城市轨道交通自动售检票系统的现状与发展趋势[J].城市轨道交通研究，2009。
[3]张彦.AFC技术及铁路自动售检票系统研究[J].中国铁路，2009。
[4]郭志忠.UG NX 10 产品设计基础[M].浙江：浙江大学出版社，2016。
论文作者:周兴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/24
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