一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，该装置包括机架、IC卡弹射器和送卡伸缩机构，以及检测IC卡的传感器、超声波测距传感器和取卡按钮；其中，所述的IC卡弹射器由持卡钳、钳头约束轨道和两个直流电磁弹射器组成；所述钳头约束轨道由上下平行的上约束轨道和下约束轨道组成，并在上下约束轨道之间形成两头宽中间窄的约束空间，该约束空间沿钳头约束轨道的长度方向依次分为候卡段、持卡段和抛卡段；所述的持卡钳夹持在钳头约束轨道的约束空间内；所述的送卡伸缩机构由出卡盒、丝杆传动机构组成，其中，出卡盒与丝杆传动机构的螺母相连；所述的超声波测距传感器和取卡按钮设在出卡盒上表面靠出口的一头，且二者均面朝行车通道。
【专利说明】
一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置
技术领域
[0001]本发明涉及机动车辆的收费管理，具体涉及独个输入口或输出口登记取卡装置或设备。
【背景技术】
[0002]无人值守自动发卡机是一种广泛应用于高速公路入口通道、收费停车场入口通道等场合供车辆驾驶人员自助取卡的设备，驾驶员可通过按取卡键自行获取通行卡或停车卡，无需工作人员人工发卡，这不仅精简了这些场合工作人员的数量，还大大的提高了车辆的通行效率。
[0003]自动发卡机通常安装于道口的安全岛上，为避免机身与通行车辆发生刮擦，安装时机身通常自安全岛边缘向内缩进约15cm，这导致发卡机的取卡口也随机身向内缩进了约15cm，进而导致司机的取卡距离增加。很多司机由于驾驶技术不够娴熟，在停车取卡时为了避让安全岛的边缘将车停在距离出卡口较远的位置，根本无法取到IC卡。另外由于现有的自动发卡机机内大多采用摩擦轮送卡，摩擦轮对IC卡的挤压力度大，造成取卡阻力大；此夕卜，为了避免IC卡自出卡口掉落，IC卡伸出取卡口的距离较短，这进一步的加大了取卡难度，有些司机甚至由于手伸得太远使不上力而无法拔出IC卡。很多司机遇到上述困难时通常的做法是解开安全带，甚至打开车门下车取卡，这不仅严重影响了通行效率，还存在着极大的安全隐患，曾经有报导一驾驶自动挡车辆的驾驶员停车取卡时，由于取不到卡而解下安全带，取卡时因为身体侧倾，脚离开了刹车踏板，车辆自动前行，驾驶员上身部分在车外被障碍物挂住导致死亡。一些高速公路收费站为了保证车道的正常通行，甚至专门配备路政发卡员值守，对不熟悉自动发卡机操作的驾驶员实施引导，这样虽然方便了取卡人，但浪费了人力，没有充分发挥无人值守自动发卡机的优势。
[0004]鉴于在用自动发卡机使用中存在的种种不便，研究人员从不同角度对自动发卡机进行了改进。如，公开号为CN102867340A的发明专利申请公开了 “一种高速公路公路无人值守自动发卡机的滑动平台”，该滑动平台包括中间立柱和设在中间立柱两侧的上滑动平台以及下滑动平台，所述上滑动平台和下滑动平台通过齿轮齿条机构驱动可前伸或回缩，两滑动平台均用于安装自动发卡机，通过超声波传感器采集自动发卡机前方车辆的距离来控制滑动平台带动发卡机前伸或回缩。这虽然方便了司机取卡，但是若停止运营进行改造，需要对在用发卡机的基础进行破拆和重建还需对动力和通信线路进行重新布设，改造工期长，成本巨大。另外该发明的工作原理是将发卡机整体前伸以便取卡，这无疑增大了发卡机的工作能耗。
[0005]再如，公开号为CN103810760A的发明专利申请公开的“伸缩型自动发卡机”，该发卡机包括储卡机构、拨卡机构、卡片输送机构和驱动卡片输送机构前后移动的伸缩机构。该发卡机虽然具有卡片输送机构可伸缩的优点，但这是一种全新的发卡机，若运用此发卡机替代在用发卡机必须整机替换，不仅改造成本高昂，还造成了现有资源的极大浪费。
[0006]综上所述，利用现有的技术对在用的无人值守自动发卡系统进行改造均存在成本高、施工难度大的缺点，而且还存在拔卡阻尼大，取卡困难的缺点。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，该装置不仅安装方便，改造成本低，而且取卡轻松便捷。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案是:
[0009]—种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，该装置包括机架、IC卡弹射器和送卡伸缩机构，以及检测IC卡的传感器、超声波测距传感器和取卡按钮;其中，
[0010](A)所述的IC卡弹射器由持卡钳、钳头约束轨道和两个直流电磁弹射器组成；其中，
[0011]所述的钳头约束轨道由纵向上下平行设在机架上的上约束轨道和下约束轨道组成，所述的上约束轨道和下约束轨道之间中部的内表面相对隆起，形成两头宽中间窄的约束空间，该约束空间沿钳头约束轨道的长度方向依次分为候卡段a、持卡段b和抛卡段c;
[0012]所述的两个直流电磁弹射器设在所述束空间两侧的机架上，每一直流电磁弹射器具有一非磁性材料的导向管，该导向管外表中部套有线圈，内部设有与导向管内径相匹配的圆柱形的导磁发射体，该导磁发射体的一端设有连接杆；
[0013]所述的持卡钳包括两个上下平行的一头敞开的矩形框，所述的两矩形框与敞开一头相对的另一头的中心相对设有上钳头和下钳头形成持卡钳的钳头，所述上钳头和下钳头之间形成IC卡弹射通道;所述的两矩形框敞开一头相对弯曲延伸，并铰接在所述连接杆末端的内侧，该铰接处设有扭簧，扭簧的两头分别作用在两矩形框上，始终使上钳头与下钳头保持远离趋势；
[0014]所述的持卡钳的钳头夹持在钳头约束轨道的约束空间内，且钳头的方位与所述的候卡段a的方位一致，所述的扭簧使所述的上钳头和下钳头背部始终作用在约束空间的内壁上，以控制上钳头和下钳头之间距离，当持卡钳的钳头位于候卡段a时，所述的上钳头和下钳头之间的距离恰好塞入IC卡，当持卡钳的钳头位于持卡段b时，所述的上钳头和下钳头之间的距离缩小夹紧IC卡，当持卡钳的钳头位于抛卡段c时，所述的上钳头和下钳头之间的距离增大松开IC卡；
[0015](B)所述的送卡伸缩机构由出卡盒和丝杆传动机构组成，其中，
[0016]所述的出卡盒为一扁平的盒体，其体内设有与所述IC卡形状相匹配且两头贯通的扁平孔，该扁平孔的一头为进口，另一头为出口，所述的进口与出口之间形成容纳IC卡的空间；其中，所述进口设有自进口上部向出口与所述扁平孔的底面倾斜的止退簧片;所述出口的两侧的拐角处分别设有一向出口中部延伸的弹簧止脱构件，所述两弹簧止脱构件末端之间的距离小于IC卡的宽度，出口中部的盒体上设有取卡缺口 ；
[0017]所述的丝杆传动机构由与步进电机连接的丝杆和螺母组成；
[0018]所述的丝杆传动机构设在所述的IC卡弹射器下方的机架上，出卡盒固定在所述的螺母的上方；
[0019](C)所述的超声波测距传感器和取卡按钮设在出卡盒上表面靠出口的一头，且二者均面朝行车通道；
[0020]所述的检测IC卡的传感器由第一槽式光电开关和一个反射式光电开关组成，其中，所述的第一槽式光电开关设在持卡钳的钳头一侧的机架上，收发感光面分别朝向IC卡的上下面;所述反射式光电开关设在出卡盒的上表面，收发感光面伸进所述的容纳IC卡的空间；
[0021]上述IC卡弹射器和送卡伸缩机构中，所述两直流电磁弹射器轴线位于水平面内，该水平面与所述持卡钳的IC卡弹射通道、所述钳头约束轨道的约束空间和所述出卡盒的扁平孔三者纵向的水平对称平分面共面;所述两直流电磁弹射器轴线的竖直对称平分面与所述持卡钳的IC卡弹射通道、所述钳头约束轨道的约束空间和所述出卡盒的扁平孔三者纵向的竖直对称平分面共面;并使得，
[0022]所述持卡钳的钳头位于所述的候卡段a的终点时，既有自动发卡机所发出的IC卡的卡头位于构成所述钳头的上钳头和下钳头之间；所述持卡钳的钳头位于所述抛卡段c的起始点而出卡盒处于初始位置时，所述持卡钳与出卡盒的进口端部的最近距离L大于零;所述的直流电磁弹射器行程大于所述丝杆传动机构的行程。
[0023]上述的自动发卡机的外接伸缩式送卡装置还包括一控制器，所述控制器包括由单片机构成的最小控制单元和其外围的弹射驱动单元、步进电机驱动器、超声波测距传感器和两个光电开关;其中，
[0024](I)所述的弹射驱动单元由直流双向供电开关和DC/DC升压模块组成，其中，
[0025]所述的直流双向供电开关包括由四只单向可控硅组成的单相桥式可控硅整流电路和两个触发电路组成，其中，所述单相桥式可控硅整流电路中对角的两只单向可控硅的控制极并接在一起，所述单相桥式可控硅整流电路中另一对角的两只单向可控硅的控制极并接在一起;所述的触发电路由电子隔离开关和限流电阻组成，其中，所述电子隔离开关由基极与所述单片机I/O 口连接的三极管和串联在该三极管集电极与发射极回路中的继电器组成，所述的限流电阻与继电器的常开触头串联后一头与所述单相桥式可控硅整流电路中两只单向可控娃的控制极并接在一起的节点连接，另一头与直流电源连接；
[0026]所述的DC/DC升压模块的输出端跨接在所述单相桥式可控硅整流电路的输入端和输出2而上；
[0027]所述的两个直流电磁弹射器的线圈并联在所述单相桥式可控硅整流电路的两半桥的串联单向可控硅的连接点上；
[0028]( Π )所述的步进电机驱动器的控制端分别与单片机的一个I/O口连接，输出与所述步进电机连接；
[0029](m)所述的超声波测距传感器为设在出卡盒上表面靠出口一头的超声波测距传感器，该超声波测距传感器的两根信号线分别与单片机的一个I/o 口连接；
[0030](IV)所述的两个光电开关由所述的第一槽式光电开关和反射式光电开关组成;所述的第一槽式光电开关和反射式光电开关均分别由发光二极管与光敏三极耦合构成的光敏传感器与电压比较器连接组成，其中电压比较器的输出端与单片机的一个I/o 口连接。
[0031]由于所述的出卡盒的移动的，其终止位出卡盒进口位置与起始位出卡盒进口位置的距离之差等于所述直流电磁弹射器的行程，因此，当离开起始位位时，IC卡在空中飞行的长度较大，如果弹射速度不够大就有可能导致IC卡飞行方向偏移。为就解决这一难题，本发明的一个改进方案是，所述出卡盒的进口两侧的部分盒体向持卡钳延伸形成引导槽，且引导槽的进口处设有内倒角。所述的引导槽对IC卡的飞行轨迹具有引导和纠偏作用，既可保证出卡盒位于起始位时，所述引导槽可从持卡钳的两个上下矩形框之间伸出，而不影响持卡钳的钳头接近出卡盒的进口，又可解决当出卡盒离开起始位时，出卡盒的进口离开弹射点(即所述钳头位于所述抛卡段C的点)过远而可能导致IC卡飞行方向偏移的问题。
[0032]更进一步地，所述的钳头约束轨道靠所述候卡段a—头两侧的机架上相对设有辅助引导槽，该辅助引导槽的宽度与IC卡的宽度相匹配，且，其沿长度方向的两个垂直平分面分别与所述约束空间的沿长度方向的两个垂直平分面共面。所述的辅助引导槽可解决IC卡在既有自动发卡机出口内方向与所述IC卡弹射通道方向不一致的问题，在IC卡伸出既有自动发卡机出口时纠正IC卡的方向。
[0033]上述的自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，所述的弹簧止脱构件具体可由L形的止脱爪和止脱扭簧组成;其中，止脱爪的弯曲部位铰接在出卡盒出口的拐角处，且一头向出口的中部延伸;止脱扭簧设在该铰接处，使L形的止脱爪向出口中部延伸的一头始终横拦在出卡盒的出口的两侧。所述弹簧止脱构件可阻挡被弹射入出卡盒中的IC卡在惯性的作用下从出口脱落，而取卡人只需克服所述止脱扭簧的弹力即可将IC卡取出；IC卡被取出后，所述弹簧止脱构件在止脱扭簧的作用下复位，继续起到止脱的作用。
[0034]为了提高持卡钳钳头对IC卡的夹持力，同时起到保护IC卡的作用，本发明的一个改进方案是，所述的上钳头和下钳头之间的内表面上分别设有增大摩擦系数的柔性材料层。
[0035]为了缓冲直流电磁弹射器对机架的撞击力度，本发明的又一个改进方案是，所述直流电磁弹射器两头的机架上设有由柔性材料制成的缓冲垫。
[0036]本发明所述的外接伸缩式送卡装置的控制方法如下所述:
[0037]1、通电后整个装置处于等待状态，该状态下所述超声波测距传感器循环检测所述送卡装置前方有无车辆驻留；
[0038]2、若所述卡装置前方有车辆驻留，所述是送卡伸缩机构向前移动，同时不断检测驻留车辆的距离，当驻留车辆的距离达到设定值时，便等待驾驶人员按键取卡；
[0039]3、等待驾驶人员按键取卡中，一旦所述的第一槽式光电开关检测到持卡钳有卡，便启动所述的IC卡弹射器弹射送卡，将IC卡送入出卡盒内，等待驾驶人员拔卡；
[0040]4、在等待驾驶人员拔卡的过程中，所述的反射式光电开关不停地检测出卡盒内是否有卡，若有便返回上一步继续等待驾驶人员拔卡，若无则立即使IC卡弹射器和送卡伸缩机构复位等待。
[0041 ]由于超声波测距传感器是无法判断出物体种类的，因此人和动物都会导致送卡伸缩机构向前移动而造成误判。为了解决上述技术问题，上述方法的步骤3在第一槽式光电开关检测到持卡钳有卡前插入以下判断步骤:
[0042]由超声波测距传感器不断检测所述送卡装置前方是否有车辆或其它障碍物，若有则返回上一步继续等待，否则即使所述送卡伸缩机构复位等待。
[0043]本发明所述送卡装置的安装方法如下:
[0044]1、将所述持卡钳正对着既有自动发卡机的取卡口，保证所述持卡钳的钳头的上下对称面和纵向竖直对称面分别与既有自动发卡机的出卡口的上下对称面和纵向竖直对称面重合，然后通过螺栓将所述送卡装置固定在自动发卡机的机身上；
[0045]2、拆除原自动发卡机的取卡按钮，并将原取卡按钮的线路连接至本发明所述送卡装置的取卡按钮上，以替代原机的取卡按钮。
[0046]本发明具有如下有益效果:
[0047]1、在感应到前方有车辆驻留时，所述出卡盒能自动前伸，车辆驾驶人员按下取卡按钮后，被改造的既有自动发卡机上的传卡机构能将自动发卡机发出的IC卡传递到出卡盒中，便于按键和取卡；
[0048]2、仅需将本发明所述送卡装置外接于既有自动发卡机的出卡口，并以本装置的取卡按钮替代原自动发卡机的取卡按钮即可完成对既有自动发卡机的改造，改造工作量小，改造成本极低。
[0049]3、IC卡被传递至出卡盒中后是自然放置于盒内的，不受任何压力，因此取卡时只需克服弹簧止脱构件的弹力即可轻易取出IC卡，拔卡阻尼小。
【附图说明】
[0050]图1为本发明所述送卡装置的一个具体实施例的立体结构示意图。
[0051]图2为图1所示实施例另一个视角的立体结构示意图，为便于观察，图中隐藏了外壳并将控制器的电路板用双点划表示。
[0052]图3为图1所示实施例第三个视角的立体结构示意图，为便于观察，图中隐藏了外壳。
[0053]图4为图1所示实施例第四个视角的立体结构示意图，为便于观察，图中隐藏了外壳、部分机架、上约束轨道和传感器保护罩。
[0054]图5为图1所示实施例中IC卡弹射器和送卡伸缩机构的立体结构示意图。
[0055]图6?15为图1所示实施例中IC卡弹射器的结构示意图，其中，图6为主视图，图7为俯视图，图8为图7的A-A剖视图，图9为左视图，图10为图7中局部I的放大图，图11为图8中局部Π的放大图，图12为图8中局部ΙΠ的放大图，图13为图8中局部IV的放大图，图14为图8中局部V的放大图，图14为图8中局部VI的放大图。
[0056]图16为图6?15所示IC卡弹射器的立体结构示意图，图17为图16中局部W的放大图。
[0057]图18为本发明所述的持卡钳的钳头与钳头约束轨道、两个直流电磁弹射器和出卡盒三者之间的静态和动态位置关系示意图，图中的箭头表示钳头的移动方向；其中，(a)图中上半幅表示立面内的位置关系，下半幅表示俯视位置关系，(b)图为(a)图中局部VI的放大图。
[0058]图19为图1所示实施例中送卡伸缩机构的立体结构示意图。
[0059]图20a?20c为图1所示实施例的工作过程中不同状态的示意图。
[0060]图21为本发明所述外接伸缩式送卡装置的控制器的电路原理图。
[0061 ]图22为本发明所述外接伸缩式送卡装置的工作流程图。
[0062]图23?25为图1所述实施例的安装示意图，其中图23为主视图，图24为图23中局部K的放大图，图25为图23中的B向局部放大图。
【具体实施方式】
[0063]例I
[0064]参见图1?5，本例中的送卡装置包括机架5、IC卡弹射器、送卡伸缩机构和控制器23，以及检测IC卡的传感器、超声波测距传感器4和取卡按钮3;所述机架5外设有外壳I，所述IC卡弹射器、送卡伸缩机构和控制器23均设在外壳I内。
[0065]参见图2?3，所述机架5由基板5-1和由两支撑竖板5-2与两根梁杆5-3构成的三个矩形分隔框组成，其中三个矩形分隔框分别设在基板5-1的两头和中间，在基板5-1上形成两个空间单元。
[0066]参见图2?4，所述的IC卡弹射器由持卡钳7、钳头约束轨道6和两个驱动持卡钳7移动的直流电磁弹射器8组成。
[0067]参见图6?12，所述钳头约束轨道6由上下平行设在机架上的上约束轨道6-1和下约束轨道6-2组成，所述上约束轨道6-1和下约束轨道6-2均纵向自所述三个矩形分隔框内穿过，并分别由所述三个矩形分隔框在上的三根梁杆5-3和在下的三根梁杆5-3固定住，并且，所述钳头约束轨道6长度方向的竖向对称面与机架5长度方向的竖向对称面共面。所述的上约束轨道6-1和下约束轨道6-2之间中部的内表面相对隆起，形成两头宽中间窄的约束空间6-3，以所述隆起的两头为界将该约束空间6-3沿钳头约束轨道6的长度方向依次分为候卡段a、持卡段b和抛卡段C。
[0068]参见图7?9，并结合图3和图16，所述两直流电磁弹射器8对称设在所述钳头约束轨道6两侧的机架5上，且两直流电磁弹射器8均平行于所述的钳头约束轨道6。每一直流电磁弹射器8具有一非磁性材料的导向管8-1，该导向管8-1外表中部套有线圈8-2，内部设有与导向管(8-1)内径相匹配的由铁金属制成的圆柱形的导磁发射体8-3，该导磁发射体8-3的一端设有连接杆8-4。所述导向管8-1穿越位于中间的矩形分隔框固定在支撑竖板5-2上。所述直流电磁弹射器8两头的机架5上设有由柔性材料构成的缓冲垫9(见图2与图18)。所述导向管8-1内部设有与导向管8-1内径相匹配的圆柱形的由导磁材料制成的导磁发射体8-3，该导磁发射体8-3靠近约束空间6-3候卡段a的一头设有向候卡段a延伸的连接杆8-4，两连接杆8-4末端的内侧相对设有一销轴8-5。
[0069]参见图6?9，并结合图15?17，所述的持卡钳7包括两个上下平行的一头敞开的矩形框7-4，所述的两矩形框7-4与敞开一头相对的另一头的中心相对设有上背部呈圆弧形的钳头7-1和下钳头7-2，上下钳头共同形成持卡钳7的钳头。该钳头的前端面形状最好与待改造安装的既有自动发卡机的出口的形状相吻合，以增大夹持长度。所述上钳头7-1和下钳头7-2相对的面上分别设有由硅胶制成的用于保护IC卡并增加对IC卡的夹持力的柔性材料层7-6，两柔性材料层7-6之间形成IC卡弹射通道7-3。所述的两矩形框7-4敞开一头相对弯曲延伸，并铰接在所述连接杆8-4末端所设的销轴8-5上，该销轴8-5上套设有扭簧7-5，扭簧7-5的两头分别作用在两矩形框上，始终使上钳头7-1与下钳头7-2保持远离趋势。
[0070]参见图18并结合图6?9，所述的持卡钳的钳头夹持在钳头约束轨道6的约束空间
6-3内，且所述的持卡钳的钳头方位与所述的候卡段a的方位一致，所述的扭簧7-5使所述的上钳头7-1和下钳头7-2背部始终作用在约束空间6-3的内壁上，以控制上钳头7-1和下钳头
7-2之间距离。当持卡钳7的钳头位于候卡段a时，所述的上钳头7-1和下钳头7-2之间距离恰好塞入IC卡，当持卡钳7的钳头位于持卡段b时，所述的上钳头7-1和下钳头7-2之间距离缩小夹紧IC卡，当持卡钳7的钳头位于抛卡段c时，所述的上钳头7-1和下钳头7-2之间距离增大松开IC卡。
[0071]参见图19，并结合图4，所述的送卡伸缩机构由出卡盒2和丝杆传动机构组成。
[0072]参见图9?10，并结合图14，所述的出卡盒2为一扁平的盒体，其体内设有与所述IC卡形状相匹配且两头贯通的扁平孔，该扁平孔的一头为进口 2-2，另一头为出口 2-3，所述的进口2-2与出口2-3形成容纳IC卡的空间；其中，所述进口2-2的盒体上设有一止退簧片2-6，该止退簧片2-6—头固定在出卡盒2的盒体的上部，另一头伸至所述的扁平孔内，且该另一头自进口 2-2上部向出口 2-3与所述扁平孔的底面倾斜。所述出口 2-3的两侧的拐角处分别设有一弹簧止脱构件2-7，该弹簧止脱构件2-7由L形的止脱爪2-9和止脱扭簧2-8组成；其中，止脱爪2-9的弯曲部位铰接在出卡盒2出口 2-3的拐角处，且一头向出口 2-3的中部延伸；止脱扭簧2-8设在该铰接处，使L形的止脱爪2-9向出口 2-3中部延伸的一头始终横拦在出卡盒2的出口 2-3的两侧。出卡盒2出口 2-3中部的盒体上设有半圆形的取卡缺口 2-5。
[0073]参见图7?8并结合图13，所述出卡盒2的进口2-2两侧的部分盒体向持卡钳7的钳头延伸形成引导槽2-4，且引导槽2-4的进口处设有内倒角。
[0074]参见图4，所述的钳头约束轨道6靠所述候卡段a—头两侧的机架上相对设有辅助引导槽14，该辅助引导槽14的宽度与IC卡的宽度相匹配，且，其沿长度方向的两个垂直平分面分别与所述约束空间6-3的沿长度方向的两个垂直平分面共面。
[0075]参见图19并结合图4，所述的丝杆传动机构设在所述的IC卡弹射器8下方的机架上，它包括步进电机1、与步进电机1的输出轴相连的丝杆I O-1、螺母11、滑轨13、滑块12和承托板15，所述螺母11与丝杆10-1螺旋配合。所述滑轨13平行于丝杆10-1，所述滑块12与滑轨13滑动配合，承托板15横跨固定在螺母11和滑块12，出卡盒2固定承托板15上。
[0076]参见图6?9和18，上述IC卡弹射器和送卡伸缩机构中，所述两直流电磁弹射器8轴线位于水平面内，该水平面与所述持卡钳7的IC卡弹射通道7-3、所述钳头约束轨道6的约束空间6-3和所述出卡盒2的扁平孔三者纵向的水平对称平分面共面;所述两直流电磁弹射器8轴线的竖直对称平分面与所述持卡钳7的IC卡弹射通道7-3、所述钳头约束轨道6的约束空间6-3和所述出卡盒2的扁平孔三者纵向的竖直对称平分面共面;并使得，所述持卡钳7的钳头位于所述的候卡段a的终点时，既有自动发卡机所发出的IC卡的卡头位于构成所述钳头的上钳头7-1和下钳头7-2之间；所述持卡钳7的钳头位于所述抛卡段c的起始点而出卡盒2处于初始位置时，所述持卡钳7与出卡盒2的进口 2-2端部的最近距离L大于零，以避免在持卡钳7的钳头撞击到出卡盒2的进口 2-2后而钳头还没松开IC卡22;所述的直流电磁弹射器8的行程大于所述丝杆传动机构的行程，以确保出卡盒2伸到最远端所述持卡钳7也能将IC卡22送达出卡盒2内。
[0077]参见图20并结合图4，按常规设计，所述的丝杆传动机构行程的起点和终点完全可由软件程序来设定，但是为了确保步进电机10的安全，本例增设了限制丝杆传动机构伸缩范围的行程开关，并在所述的螺母11的一侧增设遮光板21。所述的限制丝杆传动机构伸缩范围的行程开关由第二槽式光电开关19和第三槽式光电开关20组成;所述的两个槽式光电开关均设在所述遮光板21同一侧的机架上，二者的收发感光面分别朝向遮光板21的上下面，且分别位于所述螺母11的前移极限位和缩回极限位。
[0078]参见图20a，所述的检测IC卡的传感器由第一槽式光电开关18和一个反射式光电开关17组成，其中，所述的第一槽式光电开关设在持卡钳钳头一侧的机架上，收发感光面分别朝向IC卡22的上下面;所述反射式光电开关设在出卡盒2的上表面，收发感光面伸至所述的容纳IC卡的空间内。所述的超声波测距传感器4设在出卡盒2上表面靠出口 2-3的一头，并由一固定架4-1固定在出卡盒上。
[0079]参见图1和2，所述出卡盒2上方设有一传感器保护罩2-1用以将出卡盒2上的各传感器护在其内，所述超声波测距传感器4的收发探头均伸出该传感器保护罩2-1，并朝向行车通道。所述取卡按钮3设在该传感器保护罩2-1靠近出卡盒2出口 2-3的一头，且面朝朝向行车通道。
[0080]参见图21并结合图20和图2，上述的自动发卡机的外接伸缩式送卡装置的机架5上方设有控制器23，该控制器23包括由单片机Ul (89C51)构成的最小控制单元和其外围的弹射驱动单元、步进电机驱动器U2、超声波测距传感器U3和四个光电开关;其中，
[0081](I)所述的弹射驱动单元由直流双向供电开关和DC/DC升压模块U4组成，其中，
[0082]所述的直流双向供电开关包括由四只单向可控硅SCRl?SCR4组成的单相桥式可控硅整流电路和两个触发电路组成，其中，所述单相桥式可控硅整流电路中对角的两只单向可控硅SCRl与SCR4的控制极并接在一起，所述单相桥式可控硅整流电路中另一对角的两只单向可控硅SCR2与SCR3的控制极并接在一起;所述的触发电路由电子隔离开关和限流电阻组成，其中，一个电子隔离开关由基极与所述单片机Ul的I/O口连接三极管V5和串联在三极管V5集电极与发射极回路中的继电器Jl组成，限流电阻R19与继电器Jl的常开触头串联后一头与所述单相桥式可控硅整流电路中两只单向可控硅SCRl和SCR4的控制极并接在一起的节点连接，另一头与直流电源连接;另一个电子隔离开关由基极与所述单片机Ul的I/O口连接三极管V6和串联在三极管V6集电极与发射极回路中的继电器J2组成，限流电阻R20与继电器J2的常开触头串联后一头与所述单相桥式可控硅整流电路中两只单向可控硅SCR2和SCR3的控制极并接在一起的节点连接，另一头与直流电源连接；
[0083]所述的DC/DC升压模块U4为市售常规的可将12V直流电压变换为48V的DC/DC升压模块;DC/DC升压模块U4的输出端跨接在所述单相桥式可控硅整流电路的输入端和输出端上；
[0084]所述的两个直流电磁弹射器8的线圈LI和L2并联在单向可控硅SCRl和SCR2串联的连接点与单向可控硅SCR3和SCR4串联的连接点上；
[0085]( Π )所述的步进电机驱动器U2为常州惠勒步进电机有限公司生产的WM416型步进步进电机驱动器，其六根控制线分别与单片机Ul的一个I/O 口连接，四根相线与步进电机M(即图19中的步进电机10)连接；
[0086](m)所述的超声波测距传感器U3为设在出卡盒2(见图1或图4)上表面靠出口的一头超声波测距传感器(即图1和图4中的编号4)，该超声波测距传感器U3的两根信号线分别与单片机Ul的一个I/O 口连接；
[0087](IV)所述的四个光电开关，分别为设在持卡钳7—侧的机架上的第一槽式光电开关18、设在出卡盒2上表面的反射式光电开关17和设在所述遮光板21同一侧的机架上的第二槽式光电开关19和第三槽式光电开关20;其中，第一槽式光电开关18由发光二极管Dl与光敏三极Vl耦合构成的光敏传感器与电压比较器U5(LM311)连接组成；反射式光电开关17由发光二极管D2与光敏三极V2耦合构成的光敏传感器与电压比较器U6(LM311)连接组成；第二槽式光电开关19由发光二极管D3与光敏三极V4親合构成的光敏传感器与电压比较器U7(LM311)连接组成，第三槽式光电开关20由发光二极管D4与光敏三极V4耦合构成的光敏传感器与电压比较器U8(LM311)连接组成;所述的电压比较器U5?U8的输出端分别与单片机Ul的一个I/O 口连接。
[0088]参见图22并结合图18、20和图21，本例所述的外接伸缩式送卡装置的控制方法如下所述:
[0089]1、通电后整个装置处于等待状态，该状态下超声波测距传感器U3循环检测所述送卡装置前方有无车辆驻留；
[0090]2、若所述卡装置前方有车辆驻留，所述是送卡伸缩机构向前移动，同时不断检测驻留车辆的距离，当驻留车辆的距离达到设定值时，便等待驾驶人员按键(即图1中的取卡按钮3)取卡；
[0091]3、等待驾驶人员按键取卡中，由超声波测距传感器U3不断检测所述送卡装置前方是否有车辆或其它障碍物，若有则返回上一步继续等待，否则即使所述送卡伸缩机构复位等待;
[0092]—旦设在所述持卡钳7—侧的第一槽式光电开关18检测到持卡钳7有卡，便启动所述的IC卡弹射器弹射送卡，将IC卡22送入出卡盒内，等待驾驶人员拔卡；
[0093]4、在等待驾驶人员拔卡的过程中，设在出卡盒2上表面的反射式光电开关17不停地检测出卡盒内2是否有卡，若有便返回上一步继续等待驾驶人员拔卡，若无则立即使IC卡弹射器和送卡伸缩机构复位等待。
[0094]本例中的送卡装置可按以下方法安装:
[0095]参见图23?25，并结合图1，将所述持卡钳7的钳头正对着既有自动发卡机24的出卡口，使所述持卡钳的钳头的上下对称面和纵向竖直对称面分别与既有自动发卡机24的出卡口 24-1的上下对称面和纵向竖直对称面重合，然后通过螺栓将所述送卡装置固定在自动发卡机24的机身上;拆除原自动发卡机的取卡按钮，并将原取卡按钮的线路连接至所述送卡装置的取卡按钮3上，以所述取卡按钮3替代原机的取卡按钮。安装完成后本例中的送卡装置25的出口端伸向安全岛26靠近行车通道的边缘。
【主权项】
1.一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，该装置包括机架、IC卡弹射器、送卡伸缩机构、检测IC卡的传感器、超声波测距传感器(4)和取卡按钮(3);其中， (A)所述的IC卡弹射器由持卡钳(7)、钳头约束轨道(6)和两个直流电磁弹射器(8)组成;其中， 所述的钳头约束轨道(6)由纵向上下平行设在机架上的上约束轨道(6-1)和下约束轨道(6-2)组成，所述的上约束轨道(6-1)和下约束轨道(6-2)之间中部的内表面相对隆起，形成两头宽中间窄的约束空间(6-3)，该约束空间(6-3)沿钳头约束轨道(6)的长度方向依次分为候卡段a、持卡段b和抛卡段c; 所述的两个直流电磁弹射器(8)设在所述束空间(6-3)两侧的机架上，每一直流电磁弹射器(8)具有一非磁性材料的导向管(8-1)，该导向管(8-1)夕卜表中部套有线圈(8-2)，内部设有与导向管(8-1)内径相匹配的圆柱形的导磁发射体(8-3)，该导磁发射体(8-3)的一端设有连接杆(8-4); 所述的持卡钳(7)包括两个上下平行的一头敞开的矩形框(7-4)，所述的两矩形框(7-4)与敞开一头相对的另一头的中心相对设有上钳头(7-1)和下钳头(7-2)形成持卡钳的钳头，所述上钳头(7-1)和下钳头(7-2)之间形成IC卡弹射通道(7-3);所述的两矩形框(7-4)敞开一头相对弯曲延伸，并铰接在所述连接杆(8-4)末端的内侧，该铰接处设有扭簧(7-5)，扭簧(7-5)的两头分别作用在两矩形框上，始终使上钳头(7-1)与下钳头(7-2)保持远离趋势； 所述的持卡钳(7)的钳头夹持在钳头约束轨道(6)的约束空间(6-3)内，且钳头的方位与所述的候卡段a的方位一致，所述的扭簧(7-5)使所述的上钳头(7-1)和下钳头(7-2)背部始终作用在约束空间(6-3)的内壁上，以控制上钳头(7-1)和下钳头(7-2)之间距离，当持卡钳(7)的钳头位于候卡段a时，所述的上钳头(7-1)和下钳头(7-2)之间的距离恰好塞入IC卡，当持卡钳(7)的钳头位于持卡段b时，所述的上钳头(7-1)和下钳头(7-2)之间的距离缩小夹紧IC卡，当持卡钳(7)的钳头位于抛卡段c时，所述的上钳头(7-1)和下钳头(7-2)之间的距离增大松开IC卡； (B)所述的送卡伸缩机构由出卡盒(2)和丝杆传动机构组成，其中， 所述的出卡盒(2)为一扁平的盒体，其体内设有与所述IC卡形状相匹配且两头贯通的扁平孔，该扁平孔的一头为进口(2-2)，另一头为出口(2-3)，所述的进口(2-2)与出口(2-3)之间形成容纳IC卡的空间；其中，所述进口(2-2)设有自进口(2-2)上部向出口(2-3)与所述扁平孔的底面倾斜的止退簧片(2-6);所述出口(2-3)的两侧的拐角处分别设有一向出口(2-3)中部延伸的弹簧止脱构件(2-7)，所述两弹簧止脱构件(2-7)末端之间的距离小于IC卡的宽度，出口(2-3)中部的盒体上设有取卡缺口(2-5); 所述的丝杆传动机构由与步进电机(1)连接的丝杆(I O-1)和螺母(11)组成； 所述的丝杆传动机构设在所述的IC卡弹射器下方的机架上，出卡盒(2)固定在所述的螺母(11)的上方； (C)所述的超声波测距传感器(4)和取卡按钮(3)设在出卡盒(2)上表面靠出口(2-3)的一头，且二者均面朝行车通道； 所述的检测IC卡的传感器由第一槽式光电开关和一个反射式光电开关组成，其中，所述的第一槽式光电开关设在持卡钳(7)的钳头一侧的机架上，收发感光面分别朝向IC卡的上下面;所述反射式光电开关设在出卡盒(2)的上表面，收发感光面伸进所述的容纳IC卡的空间； 上述IC卡弹射器和送卡伸缩机构中，所述两直流电磁弹射器(8)轴线位于水平面内，该水平面与所述持卡钳(7)的IC卡弹射通道(7-3)、所述钳头约束轨道(6)的约束空间(6-3)和所述出卡盒(2)的扁平孔三者纵向的水平对称平分面共面;所述两直流电磁弹射器(8)轴线的竖直对称平分面与所述持卡钳(7)的IC卡弹射通道(7-3)、所述钳头约束轨道(6)的约束空间(6-3)和所述出卡盒(2)的扁平孔三者纵向的竖直对称平分面共面;并使得， 所述持卡钳(7)的钳头位于所述的候卡段a的终点时，既有自动发卡机所发出的IC卡的卡头位于构成所述钳头的上钳头(7-1)和下钳头(7-2)之间；所述持卡钳(7)的钳头位于所述抛卡段c的起始点而出卡盒(2)处于初始位置时，所述持卡钳(7)与出卡盒(2)的进口( 2-2)端部的最近距离L大于零;所述的直流电磁弹射器(8)的行程大于所述丝杆传动机构的行程。2.根据权利要求1所述自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，其特征在于，该外接伸缩式送卡装置还包括一控制器，所述控制器包括由单片机构成的最小控制单元和其外围的弹射驱动单元、步进电机驱动器、超声波测距传感器和两个光电开关;其中， (I)所述的弹射驱动单元由直流双向供电开关和DC/DC升压模块组成，其中， 所述的直流双向供电开关包括由四只单向可控硅组成的单相桥式可控硅整流电路和两个触发电路组成，其中，所述单相桥式可控硅整流电路中对角的两只单向可控硅的控制极并接在一起，所述单相桥式可控硅整流电路中另一对角的两只单向可控硅的控制极并接在一起;所述的触发电路由电子隔离开关和限流电阻组成，其中，所述电子隔离开关由基极与所述单片机I/O 口连接的三极管和串联在该三极管集电极与发射极回路中的继电器组成，所述的限流电阻与继电器的常开触头串联后一头与所述单相桥式可控硅整流电路中两只单向可控娃的控制极并接在一起的节点连接，另一头与直流电源连接； 所述的DC/DC升压模块的输出端跨接在所述单相桥式可控硅整流电路的输入端和输出端上; 所述的两个直流电磁弹射器的线圈并联在所述单相桥式可控硅整流电路的两半桥的串联单向可控硅的连接点上； (Π )所述的步进电机驱动器的控制端分别与单片机的一个I/O口连接，输出与所述步进电机连接； (m)所述的超声波测距传感器为设在出卡盒上表面靠出口一头的超声波测距传感器，该超声波测距传感器的两根信号线分别与单片机的一个i/o 口连接； (IV)所述的两个光电开关由所述的第一槽式光电开关和反射式光电开关组成;所述的第一槽式光电开关和反射式光电开关均分别由发光二极管与光敏三极耦合构成的光敏传感器与电压比较器连接组成，其中电压比较器的输出端与单片机的一个I/o 口连接。3.根据权利要求1或2所述的一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，其特征在于，所述的弹簧止脱构件(2-7)由L形的止脱爪(2-9)和止脱扭簧(2-8)组成;其中，止脱爪(2-9)的弯曲部位铰接在出卡盒(2)出口( 2-3)的拐角处，且一头向出口( 2-3)的中部延伸;止脱扭簧(2-8)设在该铰接处，使L形的止脱爪(2-9)向出口( 2-3)中部延伸的一头始终横拦在出卡盒(2)的出口(2-3)的两侧。4.根据权利要求3所述的一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，其特征在于，所述的上钳头(7-1)和下钳头(7-2)之间的内表面上分别设有增大摩擦系数的柔性材料层(7-6)。5.根据权利要求4所述的一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，其特征在于，所述出卡盒(2)的进口(2-2)两侧的部分盒体向持卡钳延伸形成引导槽(2-4)，且引导槽(2-4)的进口处设有内倒角。6.根据权利要求5所述的一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，其特征在于，所述的钳头约束轨道(6)靠所述候卡段a—头两侧的机架上相对设有辅助引导槽(14)，该辅助引导槽(14)的宽度与IC卡的宽度相匹配，且，其沿长度方向的两个垂直平分面分别与所述约束空间(6-3)的沿长度方向的两个垂直平分面共面。7.根据权利要求6所述的一种自动发卡机的外接伸缩式送卡装置，其特征在于，所述直流电磁弹射器(8)两头的机架上设有由柔性材料制成的缓冲垫(9)。
【文档编号】G06K13/08GK106056681SQ201610539805
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月9日
【发明人】王纯贤, 朱海, 梁勇, 马鹏宇, 何庆
【申请人】合肥工业大学