基于ARM的自助出票機(jī)便攜式終端設(shè)計(jì)

盧愛(ài)紅　劉中原　馮蓉珍

摘 要： 為了有效降低現(xiàn)有自助出票機(jī)的成本，縮小其體積，擴(kuò)大其推廣范圍，提出一種基于嵌入式Linux的自助出票機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法。以ARM開(kāi)發(fā)板作為核心板，集成門(mén)票打印機(jī)模塊和二代身份證識(shí)別模塊，設(shè)計(jì)自助出票機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)；軟件設(shè)計(jì)包括嵌入式Linux環(huán)境下的各功能模塊驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、Linux文件系統(tǒng)環(huán)境配置、QT界面程序設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果顯示，各模塊工作正常，能夠滿足用戶的需求。

關(guān)鍵詞： ARM； 嵌入式系統(tǒng)； Linux； QT； 熱敏打印機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）09-28-03

0 引言

隨著智慧化城市的發(fā)展，越來(lái)越多的人工操作將被智能機(jī)器所取代。目前在各種景區(qū)、影院等公共場(chǎng)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(shè)計(jì)，游客可以通過(guò)刷身份證來(lái)自動(dòng)獲取公共場(chǎng)所門(mén)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(lái)設(shè)計(jì)的，這使得自助出票機(jī)的體積不能縮小，也大大增加了成本，售價(jià)非常昂貴。我們采用以S3C2440為CPU核心的ARM平臺(tái)，基于Linux操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自助出票機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集成了QT界面設(shè)計(jì)單元、門(mén)票打印單元、身份證識(shí)別單元、系統(tǒng)時(shí)間單元等多個(gè)模塊，設(shè)計(jì)出低成本、高穩(wěn)定性、適合景區(qū)或影院等公共場(chǎng)所的自助出票機(jī)，體積可以做成類(lèi)似便攜式的嵌入式設(shè)備。該設(shè)計(jì)順應(yīng)當(dāng)前智慧城市的需求，有很深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)要求與整體設(shè)計(jì)

自助出票機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求和服務(wù)流程是：設(shè)計(jì)出一款便攜式的自助出票機(jī)，掛在公共場(chǎng)所墻壁上，提供友好的界面支持，在沒(méi)有游客取票時(shí)，顯示公共場(chǎng)所景點(diǎn)宣傳畫(huà)面，有游客取票時(shí)，進(jìn)入取票界面，等待游客刷二代身份證，后臺(tái)根據(jù)身份證信息，結(jié)合系統(tǒng)當(dāng)前的時(shí)間，打印出實(shí)時(shí)的門(mén)票票據(jù)。界面需要設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)配置的接口，配置系統(tǒng)時(shí)間、系統(tǒng)接口參數(shù)等。系統(tǒng)提供SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)支持，保存游客的客戶信息，便于后臺(tái)程序的統(tǒng)計(jì)和分析。

考慮到整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的界面設(shè)計(jì)需求，同時(shí)系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的多個(gè)功能模塊的驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用支持，如身份證識(shí)別模塊、打印機(jī)模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘配置、系統(tǒng)接口參數(shù)配置等，以及對(duì)SQLite輕巧數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，我們選用以S3C2440為CPU的ARM開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用Linux操作系統(tǒng)，能根據(jù)用戶需求進(jìn)行裁剪，簡(jiǎn)化對(duì)平臺(tái)硬件配置的要求；選用基于Qt4.7類(lèi)庫(kù)的QT嵌入式界面設(shè)計(jì)，能友好地支持Linux平臺(tái)，并提供豐富的復(fù)雜的界面設(shè)計(jì)效果。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖[1，4]如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

嵌入式自助出票機(jī)采用S3C2440的ARM開(kāi)發(fā)板[2]，LCD顯示屏選用群創(chuàng)7寸LCD顯示屏，選用RTC模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)間的管理，選用合適的打印機(jī)模塊和二代身份證識(shí)別模塊搭建出硬件系統(tǒng)。

2.1 熱敏打印機(jī)

門(mén)票打印機(jī)的選擇要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)決定，主要參數(shù)有：①打印參數(shù)：門(mén)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(zhuǎn)?。┑?；②通信接口：要根據(jù)ARM開(kāi)發(fā)板的接口以及Linux操作系統(tǒng)的特點(diǎn)來(lái)選擇打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)接口，一般熱敏打印機(jī)支持USB接口、串口、網(wǎng)口三種通信方式，本設(shè)計(jì)選用串口驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，根據(jù)串口命令配置打印機(jī)輸出的字體格式、位圖、條形碼等多種用戶需求。

本設(shè)計(jì)選用的打印機(jī)是打印寬度為58mm的熱敏票據(jù)打印機(jī)，工作電壓為5V。

2.2 TX523T身份證卡號(hào)模塊

TX523T是一款天線一體化，同時(shí)可以讀二代居民身份證卡號(hào)的模塊。TX523采用13.56MHz頻基站。當(dāng)有卡靠近時(shí)，模塊會(huì)以韋根或 UART方式輸出卡號(hào)。根據(jù)需要，可選擇UART或Wiegand接口與任何MCU進(jìn)行連接；使用UART接口時(shí)，可以選擇波特率 9600或 19200。為了簡(jiǎn)化代碼，我們同樣采用串口通信與ARM開(kāi)發(fā)板通信。5V供電電源需要從ARM開(kāi)發(fā)板引出，ARM開(kāi)發(fā)板通過(guò)GPIO口來(lái)配置身份證識(shí)別模塊的工作模式。

3 軟件設(shè)計(jì)

自助出票機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)，軟件模塊包括：①基于S3C2440開(kāi)發(fā)板的Linux環(huán)境開(kāi)發(fā)的配置[3]；②QT嵌入式運(yùn)行環(huán)境的配置和基于Qt4.7類(lèi)庫(kù)的自助出票機(jī)界面設(shè)計(jì)[5]；③根據(jù)ESCPOS協(xié)議設(shè)計(jì)打印機(jī)的串口驅(qū)動(dòng)程序；④身份證識(shí)別模塊的串口驅(qū)動(dòng)程序；⑤時(shí)間處理模塊等。

3.1 Linux環(huán)境開(kāi)發(fā)的配置

我們使用的交叉編譯的虛擬機(jī)開(kāi)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(kāi)發(fā)板的Linux內(nèi)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(wǎng)口、GPIO口的原理圖來(lái)按需對(duì)Linux2.6.30.4內(nèi)核進(jìn)行裁剪。

3.2 QT嵌入式運(yùn)行環(huán)境的配置和界面設(shè)計(jì)

自助出票機(jī)系統(tǒng)選用QT進(jìn)行嵌入式界面設(shè)計(jì)。QT是一個(gè)跨平臺(tái)的C++類(lèi)庫(kù)，其界面設(shè)計(jì)程序在各個(gè)平臺(tái)上是一樣的，只是跨平臺(tái)時(shí)需要加上各個(gè)平臺(tái)的庫(kù)重新編譯生成可執(zhí)行文件。QT目前已經(jīng)發(fā)展到第三代，是通過(guò)升級(jí)類(lèi)庫(kù)來(lái)更新發(fā)展，目前最高版本的類(lèi)庫(kù)是Qt4.7，Nokia一直在對(duì)QT類(lèi)庫(kù)進(jìn)行更新升級(jí)。QT平臺(tái)主要是面向嵌入式界面設(shè)計(jì)的，QT界面程序不是一個(gè)桌面系統(tǒng)，而是可以直接運(yùn)行在嵌入式環(huán)境下的程序。

QT界面程序的設(shè)計(jì)環(huán)境是Qt creator，這是QT的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），用于開(kāi)發(fā)源代碼、編譯鏈接源代碼、調(diào)試源代碼，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)環(huán)境的配置。Qt creator環(huán)境配置成交叉編譯的環(huán)境之后，用Qt creator設(shè)計(jì)出的界面可執(zhí)行文件能夠在S3C2440開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行。

3.2.1 QT嵌入式運(yùn)行環(huán)境的配置

配置QT嵌入式運(yùn)行環(huán)境，需要對(duì)S3C2440開(kāi)發(fā)板的文件系統(tǒng)進(jìn)行修改：添加經(jīng)過(guò)交叉編譯的Qt4.7類(lèi)庫(kù)、添加ts觸摸屏校準(zhǔn)庫(kù)和配置應(yīng)用程序、修改/etc/profile配置文件、添加QT配置腳本、添加QT界面設(shè)計(jì)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(lèi)庫(kù)路徑，QWS_MOUSE_PROTO用于指明觸摸屏或鼠標(biāo)的設(shè)備名。

3.2.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

自助出票機(jī)的人機(jī)界面是多級(jí)界面。主界面提供取票界面、廣告界面、系統(tǒng)設(shè)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(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)和判斷，決定是否打印門(mén)票，并將用戶信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。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(shè)置界面主要需要讀取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，并可以根據(jù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，同時(shí)提供與打印機(jī)通信的串口UART1和與身份證識(shí)別模塊通信的UART2的屬性配置選項(xiàng)。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

⑴ 取票的處理過(guò)程

取票流程為：進(jìn)入取票界面，系統(tǒng)等待從串口2接收身份證識(shí)別模塊輸入的身份證UID號(hào)，再查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，若在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有查到該游客的信息，則將游客信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，啟動(dòng)門(mén)票打印機(jī)打印出系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息并自動(dòng)出一張票；若在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中已查到該游客的信息，則不再重復(fù)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(shè)計(jì)過(guò)程中，我們將界面處理和數(shù)據(jù)處理分開(kāi)管理，用不同的類(lèi)進(jìn)行處理。取票處理過(guò)程抽象出五大功能類(lèi)：GetTicket（取票界面類(lèi)）、Serial（串口類(lèi)）、EscPos（操作打印機(jī)的類(lèi)）、IdCardMag（身份證號(hào)識(shí)別的類(lèi)）、SqliteHelper（數(shù)據(jù)庫(kù)處理的類(lèi)）。

⑵ 系統(tǒng)設(shè)置的處理過(guò)程

系統(tǒng)設(shè)置的過(guò)程為：進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面，通過(guò)輸入用戶名和密碼登錄到系統(tǒng)具體的設(shè)置頁(yè)面，具體功能是，在系統(tǒng)設(shè)置頁(yè)面中查看當(dāng)前自助出票機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間：年月日時(shí)分，如果與當(dāng)前實(shí)際的時(shí)間不匹配，系統(tǒng)設(shè)置界面提供了相應(yīng)的調(diào)整時(shí)間的按鈕；在系統(tǒng)設(shè)置頁(yè)面中可以對(duì)串口的屬性進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)置過(guò)程抽象出三大功能類(lèi)：SystemSet（系統(tǒng)設(shè)置界面類(lèi)）、TimManager（系統(tǒng)時(shí)間處理功能類(lèi)）。在SystemSet（系統(tǒng)設(shè)置界面類(lèi)）中，完成對(duì)打印機(jī)的串口初始化和打印機(jī)設(shè)備初始化、身份證識(shí)別模塊串口初始化、QT時(shí)鐘管理初始化的工作。界面設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.3 根據(jù)ESCPOS協(xié)議設(shè)計(jì)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)

根據(jù)ESCPOS協(xié)議可以設(shè)置打印機(jī)打印的字符格式：字體、倍寬、倍高、粗體等，如果需要打印復(fù)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 身份證識(shí)別模塊串口驅(qū)動(dòng)

身份證識(shí)別模塊串口驅(qū)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是監(jiān)聽(tīng)身份證識(shí)別模塊串口發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到UID號(hào)的有用數(shù)據(jù)。在Linux操作系統(tǒng)中，串口設(shè)備是作為一個(gè)文件來(lái)進(jìn)行管理的，本系統(tǒng)中設(shè)備名是/dev/ttySAC2。我們對(duì)串口文件接收的數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)有效地利用了QT的signal/slot信號(hào)/槽機(jī)制。采用QT提供的QSocketNotifier對(duì)象來(lái)監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)文件操作，可以將文件操作轉(zhuǎn)換為QT事件（QSocketNotifier：：Read）。當(dāng)串口有數(shù)據(jù)可讀時(shí)，QT事件（QSocketNotifier：：Read）會(huì)驅(qū)動(dòng)QSocketNotifier對(duì)象發(fā)送ativated 信號(hào)，并調(diào)用預(yù)先設(shè)置好的槽函數(shù)（remoteDataIncoming）來(lái)處理事件。代碼如下：

m_notifier=new QSocketNotifier（m_fd，QSocketNotifier：：Read，this）；

connect（m_notifier，SIGNAL（activated（int）），this，SLOT

（remoteDataIncoming（）））；

3.5 時(shí)間處理模塊

S3C2440開(kāi)發(fā)板板載RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘硬件電路，在系統(tǒng)斷電時(shí)，RTC時(shí)鐘自帶的電池能夠保證時(shí)鐘正常工作。Linux操作系統(tǒng)提供的date命令可以設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的時(shí)間，hwclock -w命令可以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的時(shí)間和硬件RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間同步。我們使用QT的QDataTime類(lèi)獲取當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)間，使用datetimedit控件接收用戶的設(shè)置，在通過(guò)date和hwclock命令對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘和硬件時(shí)間進(jìn)行同步修改。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

自助出票機(jī)系統(tǒng)集成時(shí)，操作流程如下：

⑴ 將S3C2440開(kāi)發(fā)板和周邊器件的硬件環(huán)境連線準(zhǔn)備好；

⑵ 在S3C2440開(kāi)發(fā)板中燒入bootloader、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)，S3C2440開(kāi)發(fā)板能夠正常啟動(dòng)進(jìn)入文件系統(tǒng)；

⑶ 配置S3C2440開(kāi)發(fā)板文件系統(tǒng)中QT運(yùn)行的環(huán)境，正確加載庫(kù)文件、配置文件和界面程序可執(zhí)行文件；

⑷ 自助出票機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，可以驗(yàn)證結(jié)果。

自助出票系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)如圖5所示，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明：系統(tǒng)能準(zhǔn)備識(shí)別出身份證號(hào)，并觸發(fā)打印門(mén)票機(jī)制，打印出系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

自助出票機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案綜合考慮了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境的需求，采用基于Linux的嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)有效地降低產(chǎn)品成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)可靠性好、成本低廉、操作方便，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用意義和推廣價(jià)值。自助出票機(jī)采用S3C2440嵌入式開(kāi)發(fā)板，有效降低了自助出票機(jī)的硬件成本；采用Linux操作系統(tǒng)，可以高效地針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行內(nèi)核的裁剪和驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)；采用廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)界面的QT封裝的C++類(lèi)來(lái)進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)出人機(jī)交互流暢穩(wěn)定的工控機(jī)界面。目前自助出票機(jī)經(jīng)過(guò)第三方的測(cè)試和用戶的初步使用，較好地滿足了客戶的需求。為了擴(kuò)大本設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景，我們下一階段的工作目標(biāo)是：設(shè)計(jì)出一款基于ARM的自動(dòng)售票機(jī)。

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