闸机动态提示系统的设计与效果分析

夏鹏

夏鹏

（天津滨海快速交通发展有限公司天津）

摘要：针对传统闸机提示方式存在的不足，依据人类注意力吸引原理，利用LED点阵显示技术实现对闸机乘客提示装置的升级改造，实现动态显示功能，提升闸机对乘客的状态提示效率。

关键词：闸机；LED点阵；动态显示

引言

随着城市轨道交通的不断发展，人工售票检票已经无法满足城市轨道交通发展的需要，为了进一步提高人们的出行效率、保障人们的出行安全，自动售检票系统逐步应用到各个城市的轨道交通领域中。

图1传统闸机提示灯

闸机作为轨道交通自动售检票系统中的自动检票机，被设置在地铁车站的入口处，作用是自动检验乘客的车票是否有效，由电子识别系统自动识别车票中的相关信息是否与当前乘车的信息相符，并通过闸机通行状态显示器、车票信息显示器、车票状态提示灯等方式提示乘客正确使用车票，有效防止乘客逃票乘车，控制乘客的通行行为，从而实现自动检票功能。

其中闸机通行状态显示器显示闸机的工作状态，便于乘客在一定距离外，正确选择可使用的闸机快速通行；车票信息显示器显示正在识别车票的车票信息，主要包括车票余额、有效期等信息，便于乘客及时掌握手中车票的使用情况；而车票状态提示灯主要提示乘客手中车票是否有效，能否通过闸机进出站。

图2注意力影响顺序示意图

通过对闸机实际使用情况分析，影响通行速度的主要原因就是很多初次使用设备的乘客没有正确操作引起的，根据前文提到的三种信息提示系统作用，前两种提示方式对初次乘客使用设备的引导作用不大，只有车票状态提示灯能够比较直观地对该部分乘客起到引导作用，因此下面我们主要讨论如何改善此种提示方式效果。

传统闸机提示方式的问题研究

目前主流闸机提示方式如图1所示，状态提示灯位于闸机中间部位，单一灯光显示。通过走访初次使用乘客，总结出以下几点问题：a.不清楚该指示灯的提示作用；b.使用车票后注意力一般停留在投票口和闸机扇门位置，很难留意到该提示灯；c.提示灯体积很小，不能引起人们的注意力；d.当车票正常或错误时，提示灯只是显示绿色或红色，不明确提示内容；e.闸机上面粘贴的各种操作提示过多，不能快速的了解到关键信息。

图3显示示意图

图4显示模块PCB电路图

为了解决以上问题，我们开始着手研究究竟是什么吸引着乘客的注意力?一个视觉功能正常的人从看到一个提示信息的瞬间开始，如果在提示面积相同的情况下，人们的注意力会按照一个特定的顺序依次被吸引：动态>颜色>形状，如图2所示。

简单来说，当一个信息显示时，人们的注意力首先会被动态的物体吸引，当动态静止或者是个很有规律的动态时，注意力会转向颜色对比强的部分，最后才是显示形状。这一过程是人在进化过程中形成的本能反应，基本适用所有人；但同时，一个非常重要的原则：用户的注意力是有限的，而且越来越少，很可能在用户注意到几个提示信息之后，注意力和耐心已经用尽，无法看到其他内容了。

图574HC595控制子程序

通过理论研究，就能够很好的解释前面广大乘客提出的各种问题了，接下来就是要改善闸机提示方式，避免之前遇到的问题，实现对乘客特别是初次乘车的乘客提供有效、明显、易于理解的提示信息。总结起来，就是要扩大显示面积、由静态显示改为动态显示、由一个点改为显示具有明确意义的图形。

闸机动态提示系统设计方案

为了使乘客可以直观的掌握提示信息的含义，我们利用LED发光点阵拼接出一个分辨率为24×16红绿双色的显示模块，当车票正确可以通行时，显示绿色箭头形状，箭头所指方向即为乘客通行方向，当车票错误或未正确使用车票时，显示红色十叉形状，表示当前不能通过闸机，显示示意图如图3所示。

考虑到进一步吸引乘客注意力，我们通过动态扫描的驱动方式，利用74LS138和74HC595扩展芯片实现了通过单片机有限的IO管脚驱动LED点阵，使其动态显示特定图形。当禁止通行时，显示闪烁的红色十叉形状，当乘客可以通行时，显示不断滚动的绿色箭头形状，箭头滚动方向即为乘客行进方向，不但通过动态显示达到了吸引注意力的目的，而且进一步明确了提示信息所要表达意义。

为了使显示面积最大，我们根据闸机宽度选用显示直径为Φ5的点阵模块，并将显示模块设计为双面布局的电路板，最终使显示模块电路部分宽度控制在22厘米以内，便于改造安装，其PCB图如图4所示。

LED点阵显示模块程序设计

由于整体尺寸的限制，只能采用体积较小的AT89C2051单片机作为主控芯片，但其只有两组共16位IO管脚，无法满足直接驱动显示要求，因此我们采用了74HC595串行控制芯片，通过级联的方式仅占用了4位IO管脚就实现了32位显示列控制，其串行命令控制子程序如图5所示。

闸机动态提示系统效果分析

该动态提示装置安装试用后，通过对100名乘客的走访统计，90%能够正确理解提示内容的意义，绝大多数人表示该装置的动态显示方式能够有效的吸引他们的注意力，基本达到了预期效果。

参考文献

[1]AT89C2051单片机技术手册，ATMEL公司

[2]张毅刚等，MCS-51单片机应用设计,哈尔滨工业大学出版社，1990