基于arm的自助出票機的設計與實現(xiàn)

0基于linux平臺的自助出票機設計方案隨著智能城市的發(fā)展，越來越多的手動操作被智能機器所取代。目前在各種景區(qū)、影院等公共場所,人工售票還是主流。本文提出一種基于ARM的自助出票系統(tǒng)的設計,游客可以通過刷身份證來自動獲取公共場所門票,這大大節(jié)約了人力成本,方便了人們的生活。目前市面上的自助出票系統(tǒng)都是基于x86電腦硬件系統(tǒng),采用Windows操作系統(tǒng)來設計的,這使得自助出票機的體積不能縮小,也大大增加了成本,售價非常昂貴。我們采用以S3C2440為CPU核心的ARM平臺,基于Linux操作系統(tǒng)來進行自助出票機系統(tǒng)設計,集成了QT界面設計單元、門票打印單元、身份證識別單元、系統(tǒng)時間單元等多個模塊,設計出低成本、高穩(wěn)定性、適合景區(qū)或影院等公共場所的自助出票機,體積可以做成類似便攜式的嵌入式設備。該設計順應當前智慧城市的需求,有很深遠的應用前景。1后臺界面設計自助出票機系統(tǒng)設計的基本要求和服務流程是:設計出一款便攜式的自助出票機,掛在公共場所墻壁上,提供友好的界面支持,在沒有游客取票時,顯示公共場所景點宣傳畫面,有游客取票時,進入取票界面,等待游客刷二代身份證,后臺根據(jù)身份證信息,結合系統(tǒng)當前的時間,打印出實時的門票票據(jù)。界面需要設計對系統(tǒng)配置的接口,配置系統(tǒng)時間、系統(tǒng)接口參數(shù)等。系統(tǒng)提供SQLite數(shù)據(jù)庫支持,保存游客的客戶信息,便于后臺程序的統(tǒng)計和分析。考慮到整個系統(tǒng)復雜的界面設計需求,同時系統(tǒng)需實現(xiàn)的多個功能模塊的驅動和應用支持,如身份證識別模塊、打印機模塊、系統(tǒng)時鐘配置、系統(tǒng)接口參數(shù)配置等,以及對SQLite輕巧數(shù)據(jù)庫的支持,我們選用以S3C2440為CPU的ARM開發(fā)平臺,采用Linux操作系統(tǒng),能根據(jù)用戶需求進行裁剪,簡化對平臺硬件配置的要求;選用基于Qt4.7類庫的QT嵌入式界面設計,能友好地支持Linux平臺,并提供豐富的復雜的界面設計效果。系統(tǒng)設計框圖2硬件設計嵌入式自助出票機采用S3C2440的ARM開發(fā)板2.1根據(jù)用戶需求設計通信接口門票打印機的選擇要根據(jù)現(xiàn)場的應用場景來決定,主要參數(shù)有:(1)打印參數(shù):門票的紙張寬度、打印寬度,打印紙的折疊形式(折疊式或卷式)、打印方式(熱敏或熱轉印)等;(2)通信接口:要根據(jù)ARM開發(fā)板的接口以及Linux操作系統(tǒng)的特點來選擇打印機的驅動接口,一般熱敏打印機支持USB接口、串口、網口三種通信方式,本設計選用串口驅動打印機,根據(jù)串口命令配置打印機輸出的字體格式、位圖、條形碼等多種用戶需求。本設計選用的打印機是打印寬度為58mm的熱敏票據(jù)打印機,工作電壓為5V。2.2有卡鄰近情況TX523T是一款天線一體化,同時可以讀二代居民身份證卡號的模塊。TX523采用13.56MHz頻基站。當有卡靠近時,模塊會以韋根或UART方式輸出卡號。根據(jù)需要,可選擇UART或Wiegand接口與任何MCU進行連接;使用UART接口時,可以選擇波特率9600或19200。為了簡化代碼,我們同樣采用串口通信與ARM開發(fā)板通信。5V供電電源需要從ARM開發(fā)板引出,ARM開發(fā)板通過GPIO口來配置身份證識別模塊的工作模式。3軟件方案的設計自助出票機軟件系統(tǒng)的設計是難點,軟件模塊包括:(1)基于S3C2440開發(fā)板的Linux環(huán)境開發(fā)的配置3.1android應用程序安裝軟件我們使用的交叉編譯的虛擬機開發(fā)環(huán)境為Ubuntu10.10版本,交叉編譯工具為arm-linux-4.3.3版本,S3C2440開發(fā)板的Linux內核版本為:linux2.6.30.4,需要根據(jù)硬件接口和器件,如LCD顯示屏、UART串口、eth0網口、GPIO口的原理圖來按需對Linux2.6.30.4內核進行裁剪。3.2tt類庫的升級自助出票機系統(tǒng)選用QT進行嵌入式界面設計。QT是一個跨平臺的C++類庫,其界面設計程序在各個平臺上是一樣的,只是跨平臺時需要加上各個平臺的庫重新編譯生成可執(zhí)行文件。QT目前已經發(fā)展到第三代,是通過升級類庫來更新發(fā)展,目前最高版本的類庫是Qt4.7,Nokia一直在對QT類庫進行更新升級。QT平臺主要是面向嵌入式界面設計的,QT界面程序不是一個桌面系統(tǒng),而是可以直接運行在嵌入式環(huán)境下的程序。QT界面程序的設計環(huán)境是Qtcreator,這是QT的集成開發(fā)環(huán)境(IDE),用于開發(fā)源代碼、編譯鏈接源代碼、調試源代碼,大大簡化了設計環(huán)境的配置。Qtcreator環(huán)境配置成交叉編譯的環(huán)境之后,用Qtcreator設計出的界面可執(zhí)行文件能夠在S3C2440開發(fā)板上運行。3.2.1開發(fā)龍頭庫和基于ts的配置程序配置QT嵌入式運行環(huán)境,需要對S3C2440開發(fā)板的文件系統(tǒng)進行修改:添加經過交叉編譯的Qt4.7類庫、添加ts觸摸屏校準庫和配置應用程序、修改/etc/profile配置文件、添加QT配置腳本、添加QT界面設計程序。配置文件主要用于指定環(huán)境變量的具體路徑,其中QTDIR是Qt4.7類庫路徑,QWS_MOUSE_PROTO用于指明觸摸屏或鼠標的設備名。3.2.2屬性配置設置流程圖自助出票機的人機界面是多級界面。主界面提供取票界面、廣告界面、系統(tǒng)設置界面給用戶選擇。取票界面是主要的功能界面,等待從串口接收用戶輸入的身份證信息,與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對和判斷,決定是否打印門票,并將用戶信息存儲到數(shù)據(jù)庫。廣告界面是根據(jù)用戶需求定制展示用戶宣傳圖片。系統(tǒng)設置界面主要需要讀取當前系統(tǒng)時間,并可以根據(jù)時間進行調整和設置,同時提供與打印機通信的串口UART1和與身份證識別模塊通信的UART2的屬性配置選項。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。⑴取票的處理過程取票流程為:進入取票界面,系統(tǒng)等待從串口2接收身份證識別模塊輸入的身份證UID號,再查詢數(shù)據(jù)庫,若在當前數(shù)據(jù)庫中沒有查到該游客的信息,則將游客信息存儲到數(shù)據(jù)庫,啟動門票打印機打印出系統(tǒng)實時信息并自動出一張票;若在當前數(shù)據(jù)庫中已查到該游客的信息,則不再重復出票,處理完成之后返回主界面等待用戶輸入。在取票處理的程序設計過程中,我們將界面處理和數(shù)據(jù)處理分開管理,用不同的類進行處理。取票處理過程抽象出五大功能類:GetTicket(取票界面類)、Serial(串口類)、EscPos(操作打印機的類)、IdCardMag(身份證號識別的類)、SqliteHelper(數(shù)據(jù)庫處理的類)。⑵系統(tǒng)設置的處理過程系統(tǒng)設置的過程為:進入系統(tǒng)設計界面,通過輸入用戶名和密碼登錄到系統(tǒng)具體的設置頁面,具體功能是,在系統(tǒng)設置頁面中查看當前自助出票機的系統(tǒng)時間:年月日時分,如果與當前實際的時間不匹配,系統(tǒng)設置界面提供了相應的調整時間的按鈕;在系統(tǒng)設置頁面中可以對串口的屬性進行設置。系統(tǒng)設置過程抽象出三大功能類:SystemSet(系統(tǒng)設置界面類)、TimManager(系統(tǒng)時間處理功能類)。在SystemSet(系統(tǒng)設置界面類)中,完成對打印機的串口初始化和打印機設備初始化、身份證識別模塊串口初始化、QT時鐘管理初始化的工作。界面設計如圖3所示。3.3打印復雜圖像根據(jù)ESCPOS協(xié)議可以設置打印機打印的字符格式:字體、倍寬、倍高、粗體等,如果需要打印復雜的圖片,可以采用定義打印Flash位圖的方式處理。Flash位圖格式如圖4所示。3.4基于q力的文件監(jiān)聽身份證識別模塊串口驅動的軟件設計,重點是監(jiān)聽身份證識別模塊串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù),對串口數(shù)據(jù)進行分析,找到UID號的有用數(shù)據(jù)。在Linux操作系統(tǒng)中,串口設備是作為一個文件來進行管理的,本系統(tǒng)中設備名是/dev/ttySAC2。我們對串口文件接收的數(shù)據(jù)監(jiān)聽有效地利用了QT的signal/slot信號/槽機制。采用QT提供的QSocketNotifier對象來監(jiān)聽系統(tǒng)文件操作,可以將文件操作轉換為QT事件(QSocketNotifier::Read)。當串口有數(shù)據(jù)可讀時,QT事件(QSocketNotifier::Read)會驅動QSocketNotifier對象發(fā)送ativated信號,并調用預先設置好的槽函數(shù)(remoteDataIncoming)來處理事件。代碼如下:3.5linux系統(tǒng)時鐘同步機制S3C2440開發(fā)板板載RTC實時時鐘硬件電路,在系統(tǒng)斷電時,RTC時鐘自帶的電池能夠保證時鐘正常工作。Linux操作系統(tǒng)提供的date命令可以設計操作系統(tǒng)的時間,hwclock-w命令可以實現(xiàn)操作系統(tǒng)的時間和硬件RTC實時時鐘的時間同步。我們使用QT的QDataTime類獲取當前系統(tǒng)的實時時間,使用datetimedit控件接收用戶的設置,在通過date和hwclock命令對系統(tǒng)時鐘和硬件時間進行同步修改。4對部分文件進行加載自助出票機系統(tǒng)集成時,操作流程如下:⑴將S3C2440開發(fā)板和周邊器件的硬件環(huán)境連線準備好;⑵在S3C2440開發(fā)板中燒入bootloader、Linux內核和文件系統(tǒng),S3C2440開發(fā)板能夠正常啟動進入文件系統(tǒng);⑶配置S3C2440開發(fā)板文件系統(tǒng)中QT運行的環(huán)境,正確加載庫文件、配置文件和界面程序可執(zhí)行文件;⑷自助出票機系統(tǒng)設計完成,可以驗證結果。自助出票系統(tǒng)的聯(lián)調如圖5所示,實驗驗證表明:系統(tǒng)能準備識別出身份證號,并觸發(fā)打印門票機制,打印出系統(tǒng)的實時信息。5系統(tǒng)開發(fā)板的應用自助出票機系統(tǒng)整體設計方案綜合考慮了現(xiàn)場應用環(huán)境的需求,采用基于Linux的嵌入式開發(fā)技術有效地降低產品成本,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設計可靠性好、成本低廉、操作方便,具有較強的工程實用意義和推廣