摘要

　　由于近年來(lái)改革開(kāi)放所帶來(lái)的經(jīng)濟高速發(fā)展,城市道路上出現越來(lái)越多的私家車(chē)使得城市壓力日漸增大、環(huán)境污染逐漸增重,國家加大綠色出行的宣傳力度,鼓勵人們綠色出行,這就要求城市公共交通能夠更好地服務(wù)民眾。隨著(zhù)現代社會(huì )的快速發(fā)展,公交車(chē)車(chē)載讀卡器作為車(chē)上重要的電氣設備,承載著(zhù)民眾乘車(chē)計費和公交公司統計數據的任務(wù),未來(lái)如何有效地利用車(chē)載讀卡器服務(wù)民眾、如何通過(guò)車(chē)載讀卡器更方便地收集數據是一個(gè)非常有意義的課題。

　　本文分析了當前公交系統的運營(yíng)現狀,根據當前公交系統的狀態(tài)提出了一個(gè)更有效率的公交系統應用實(shí)現方案。本系統可以實(shí)現日常公共交通的基本計費功能,公交車(chē)回站之后可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將本地消費數據上傳到服務(wù)器端,同時(shí)服務(wù)器端也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )更新本地應用程序、配置文件以及設備驅動(dòng)程序,相較于傳統公交讀卡器中以固件形式存在的軟件程序來(lái)說(shuō),本設計中的讀卡機端軟件是操作系統下運行的應用程序,配合無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸,可以方便地對系統實(shí)行統一升級而無(wú)需更換硬件。

　　本設計分為車(chē)載卡機部分和服務(wù)器端交互軟件設計部分。卡機端硬件上采用了三星公司生產(chǎn)的S3C6410微處理器,通過(guò)國產(chǎn)RFID控制芯片FM1702訪(fǎng)問(wèn)IC卡,通過(guò)MarvellWi-Fi芯片實(shí)現網(wǎng)絡(luò )傳輸,軟件上采用了嵌入式Linux操作系統,編寫(xiě)驅動(dòng)程序驅動(dòng)硬件設備,開(kāi)發(fā)基于Linux的應用程序實(shí)現刷卡消費服務(wù)和網(wǎng)絡(luò )傳輸等服務(wù)。服務(wù)器端開(kāi)發(fā)運行于Linux系統上Qt軟件交互程序。本文詳細介紹了整個(gè)系統的設計內容,其中包括卡機端Linux內核及文件系統定制、卡機端設備驅動(dòng)程序編寫(xiě)、卡機端應用程序的設計以及服務(wù)器端數據庫及軟件設計。

　　將本系統應用到實(shí)際生活中,對未來(lái)公交系統進(jìn)行升級,不僅能夠提高公交系統的工作效率,還能夠為卡機提供強大的可移植性和可擴展性。

　　關(guān)鍵詞:RFID;刷卡機;Linux; SQLite; QT

Abstract

　　Due to the reform and opening up and rapid economic development in recent years, more and more private cars appear on the city roads makes cities growing pressure and environmental pollution is gradually gaining weight. The state encourages green travel which requires the urban public transport can better serve the people. With the rapid development of modern society, the IC card reader becomes important electrical equipment on the bus. It is responsible for billing and data statistics. How to effectively make use of IC card reader to service people in future is a very meaningful topic.

　　This paper analyzes the current status of transit operations and the current state of the bus system. Then put forward a more efftcient public transportation system. This system can achieve the function of daily public transport basic billing, after the bus back to the station it can upload local consumption data to the server by wireless network, at the same time, the server can also update the local application over a wireless network, configuration files, and device driver.

　　Traditional IC card reader store programs as the format of firmware, but this system develop the applications beyond operation system. With a wireless network data transmission, it can be easily unified upgraded without changing the hardware of the system.

　　This design is pided into IC card reader design and server software design. The IC card reader designed base on Samsung S3C64I0 microprocessors and FM1702 in hardware. Through Marvell Wi-Fi chip to accomplish the network transmission. Designing device drivers to driving hardware and develop Linux-base applications to accomplish consumption.  There is an Application base on Qt running on the server-side. This paper introduces in detail the design content of the whole system, including custom card machine end the Linux kernel and file system, card machine side device drivers are written, card machine and the design of the application and the server database and the software design.

　　Applying this system to the real life, upgrade the public transport system in the future, not only can improve the work efficiency of the public transport system can also provide card machine with strong portability and scalability.

　　Keywords: RFID, Card reader, Linux, SQLite, QT

　　自改革開(kāi)放以來(lái),中國經(jīng)濟發(fā)展一日千里,但是這個(gè)過(guò)程也遵循事物的兩面性原則,在人們生活水平不斷提高的同時(shí),城市壓力不斷增加,環(huán)境污染逐漸嚴重,首都北京為了限制路上行車(chē)流量推出了車(chē)輛“限號出行”政策,與此同時(shí)增強了各種公共交通運力水平。根據相關(guān)部分透露,截至2008年6月底,北京公交集團公司公交電汽車(chē)總數已達到20904輛,再加上其他各類(lèi)公交車(chē),總計大約30000輛左右。依此管中窺豹,可見(jiàn)全國公交總量數目驚人,如此龐大的一個(gè)系統需要在每一個(gè)環(huán)節上都盡可能地高效,才能更好地服務(wù)公眾。

　　近年來(lái)我國公共交通發(fā)展迅猛,據統計,2011年1月份至6月份,上海市公共交通客運總量達30億人次,日均1657萬(wàn)人次,相比2010年同時(shí)期增長(cháng)了 6%,這其中路面交通的客運總量日均達到1100萬(wàn)人次。另截止到2013年底,廣東公交日均客運量達到3500萬(wàn)人次,而且隨著(zhù)政策的傾斜以及對綠色出行的宣傳,該數字依舊在攀升。由以上數據可見(jiàn),城市環(huán)境對于公共交通運力需求非常高,是城市公共交通的“主力部隊”。

　　傳統的公交車(chē)乘車(chē)時(shí),需要上車(chē)投幣或到售票員處購買(mǎi)車(chē)票,不少乘客將假幣、殘幣甚至雜物投進(jìn)了售票箱,曾經(jīng)每條公交線(xiàn)路每天因此而蒙受的損失就達到上百元,除此之外,乘坐公交車(chē)需要準備足量零錢(qián),這給乘客和售票員都帶來(lái)了很大的不便。近年來(lái),各地逐漸將RFID無(wú)線(xiàn)讀卡技術(shù)應用到各種場(chǎng)合,這其中也包括公交系統,RFID無(wú)線(xiàn)讀卡技術(shù)給公交系統帶來(lái)的是更加便利的操作、更加高效的交易流程以及豐富的數據統計能力[4]。各個(gè)公交總站則在車(chē)輛回站之后通過(guò)各種方式將每輛公交車(chē)內的消費數據異步上傳到公交系統的總服務(wù)器上,這樣的公交系統管理運營(yíng)模式已經(jīng)越來(lái)越受公交運營(yíng)公司的歡迎,系統不僅可以智能地對公交消費數據進(jìn)行管理,還可以有針對性地對數據進(jìn)行分析,方便進(jìn)一步政策的制定。

　　RFID (Radio Frequency Identification)射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)ID識別技術(shù)。該技術(shù)利用射頻通信原理可以實(shí)現短距離的無(wú)線(xiàn)通信能力,基于該技術(shù)實(shí)現的射頻讀卡機和射頻卡目前己經(jīng)逐漸地應用到各行各業(yè),射頻卡的外形設計、內部存儲分配以及射頻通訊協(xié)議等特性在業(yè)界已經(jīng)形成規范,IS014443即是由國際標準化組織制定的一個(gè)關(guān)于射頻卡的國際標準,它由物理特性、頻譜功率和信號接口、初始化和防沖突算法、通訊協(xié)議四部分組成,協(xié)議中還引用了 IS07816、IS07811以及IS07812的部分內容。

　　技術(shù)上的優(yōu)勢保證了實(shí)現,而應用上的優(yōu)勢則能夠保證其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。RFID技術(shù)最初應用與軍用物流,在民用初期就受到諸多關(guān)注,尤其在物聯(lián)網(wǎng)概念提出之后,該技術(shù)應用在物流供應管理、航空行李標記、郵件包裹處理、電子門(mén)票、道路ETC自動(dòng)收費、圖書(shū)管理、運動(dòng)自動(dòng)計時(shí)、倉儲等各種場(chǎng)景中。一個(gè)實(shí)例就是沃爾瑪超市對于RFID射頻讀卡技術(shù)的應用,傳統模式下,僅僅商品盜竊一項,沃爾瑪每年就要損失20億美元左右,而根據專(zhuān)家估算,RFID射頻技術(shù)應用在沃爾瑪中能夠幫助把存貨和失竊水平降低25%。而事實(shí)上,RFID的性能和成本依舊擁有可發(fā)展空間,可謂具有光明的前景。

　　目前RFID公交讀卡設備普及率較高,刷卡乘車(chē)的消費方式也得到了廣大群眾的認可,當前各地公共交通IC卡各不相同,若未來(lái)實(shí)現真正的“一卡通”,市場(chǎng)需求量非常大。

　　當前各地公交讀卡機的硬件上基本都是采用8051系列單片機作為主控制器,工程師開(kāi)發(fā)出相對穩定的固件程序之后便將其固化在片上。8051系列單片機的優(yōu)勢在于系統結構簡(jiǎn)單,開(kāi)發(fā)方便、低電壓、低功耗、控制功能強。但與此同時(shí),系統開(kāi)發(fā)完成后量產(chǎn)出的產(chǎn)品難以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或問(wèn)題修正,幵發(fā)測試過(guò)程中未發(fā)現的小概率問(wèn)題在系統實(shí)際應用中會(huì )偶爾出現,然而想要修正就必須要從新采購設備,難以得到軟件開(kāi)發(fā)上的后續支持。此外,一卡多用未來(lái)必定成為趨勢,而卡上信息結構的變動(dòng)、公交系統消費信息需求的擴充都會(huì )使得單片機上固件程序過(guò)時(shí),事實(shí)上,這種固化的軟件就是傳統車(chē)載讀卡機的重要缺陷。

公交車(chē)車(chē)載讀卡器應用設計：

軟件程序組成結構圖

內核配置SDIO驅動(dòng)

配置內核對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的支持

配置Marvell 88W8686芯片的驅動(dòng)

Qt交互程序主界面

數據分析功能約束設定界面

卡消費查詢(xún)界面

目錄

　　1 引言
　　　　1.1 課題研究背景
　　　　1.2 RFID技術(shù)概述
　　　　1.3 行業(yè)發(fā)展現狀
　　　　1.4 課題研究?jì)热?br /> 　　2 系統總體設計方案
　　　　2.1 嵌入式系統選擇
　　　　2.2 數據上傳方式選擇
　　　　2.3 服務(wù)器端操作環(huán)境選擇
　　3 系統硬件組成
　　　　3.1 總體硬件構成
　　　　3.2 重要外圍設備硬件構成
　　4 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建和嵌入式LINUX剪裁
　　　　4.1 嵌入式LiNUx交叉編譯環(huán)境搭建二
　　　　4.2 嵌入式LiNUx系統定制
　　　　4.3 Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建
　　5 軟件程序設計
　　　　5.1 卡機端設備驅動(dòng)程序設計
　　　　　　5.1.1 板級支持包修改
　　　　　　5.1.2 Wi-Fi驅動(dòng)
　　　　　　5.1.3 LED顯示屏驅動(dòng)
　　　　　　5.1.4 FM1702SL驅動(dòng)程序
　　　　5.2 卡機端刷卡程序設計
　　　　5.3 服務(wù)器端數據庫設計二
　　　　　　5.3.1 數據庫系統模型
　　　　　　5.3.2 數據庫設計步驟
　　　　5.4 服務(wù)器端QT軟件設計
　　　　5.5 卡機和服務(wù)器端$OCKE丁程序設計
　　　　　　5.5.1 卡機端Socket程序設計
　　　　　　5.5.2 服務(wù)器端Socket程序設計
　　6 系統測試及結果
　　7 結論
　　參考文獻
　　申請學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
　　致謝

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