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                        公交車車載讀卡器應用設計

                        添加時間:2019/08/13 來源:北方工業大學 作者:王金濤
                        本文研究了基于S3C6410微處理器結合嵌入式Linux系統的讀卡機系統,并為卡機添加了 Wi-H模塊,使得其獲得更加強大的功能,服務器端實現了一個基于Qt的應用程序,利用無線網絡可以與卡機進行交互。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          由于近年來改革開放所帶來的經濟高速發展,城市道路上出現越來越多的私家車使得城市壓力日漸增大、環境污染逐漸增重,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民眾。隨著現代社會的快速發展,公交車車載讀卡器作為車上重要的電氣設備,承載著民眾乘車計費和公交公司統計數據的任務,未來如何有效地利用車載讀卡器服務民眾、如何通過車載讀卡器更方便地收集數據是一個非常有意義的課題。

                          本文分析了當前公交系統的運營現狀,根據當前公交系統的狀態提出了一個更有效率的公交系統應用實現方案。本系統可以實現日常公共交通的基本計費功能,公交車回站之后可以通過無線網絡將本地消費數據上傳到服務器端,同時服務器端也可以通過無線網絡更新本地應用程序、配置文件以及設備驅動程序,相較于傳統公交讀卡器中以固件形式存在的軟件程序來說,本設計中的讀卡機端軟件是操作系統下運行的應用程序,配合無線網絡數據傳輸,可以方便地對系統實行統一升級而無需更換硬件。

                          本設計分為車載卡機部分和服務器端交互軟件設計部分?C端硬件上采用了三星公司生產的S3C6410微處理器,通過國產RFID控制芯片FM1702訪問IC卡,通過MarvellWi-Fi芯片實現網絡傳輸,軟件上采用了嵌入式Linux操作系統,編寫驅動程序驅動硬件設備,開發基于Linux的應用程序實現刷卡消費服務和網絡傳輸等服務。服務器端開發運行于Linux系統上Qt軟件交互程序。本文詳細介紹了整個系統的設計內容,其中包括卡機端Linux內核及文件系統定制、卡機端設備驅動程序編寫、卡機端應用程序的設計以及服務器端數據庫及軟件設計。

                          將本系統應用到實際生活中,對未來公交系統進行升級,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

                          自改革開放以來,中國經濟發展一日千里,但是這個過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,城市壓力不斷增加,環境污染逐漸嚴重,首都北京為了限制路上行車流量推出了車輛“限號出行”政策,與此同時增強了各種公共交通運力水平。根據相關部分透露,截至2008年6月底,北京公交集團公司公交電汽車總數已達到20904輛,再加上其他各類公交車,總計大約30000輛左右。依此管中窺豹,可見全國公交總量數目驚人,如此龐大的一個系統需要在每一個環節上都盡可能地高效,才能更好地服務公眾。

                          近年來我國公共交通發展迅猛,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1657萬人次,相比2010年同時期增長了 6%,這其中路面交通的客運總量日均達到1100萬人次。另截止到2013年底,廣東公交日均客運量達到3500萬人次,而且隨著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,城市環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”。

                          傳統的公交車乘車時,需要上車投幣或到售票員處購買車票,不少乘客將假幣、殘幣甚至雜物投進了售票箱,曾經每條公交線路每天因此而蒙受的損失就達到上百元,除此之外,乘坐公交車需要準備足量零錢,這給乘客和售票員都帶來了很大的不便。近年來,各地逐漸將RFID無線讀卡技術應用到各種場合,這其中也包括公交系統,RFID無線讀卡技術給公交系統帶來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]。各個公交總站則在車輛回站之后通過各種方式將每輛公交車內的消費數據異步上傳到公交系統的總服務器上,這樣的公交系統管理運營模式已經越來越受公交運營公司的歡迎,系統不僅可以智能地對公交消費數據進行管理,還可以有針對性地對數據進行分析,方便進一步政策的制定。

                          RFID (Radio Frequency Identification)射頻識別是一種非接觸式的自動ID識別技術。該技術利用射頻通信原理可以實現短距離的無線通信能力,基于該技術實現的射頻讀卡機和射頻卡目前己經逐漸地應用到各行各業,射頻卡的外形設計、內部存儲分配以及射頻通訊協議等特性在業界已經形成規范,IS014443即是由國際標準化組織制定的一個關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、通訊協議四部分組成,協議中還引用了 IS07816、IS07811以及IS07812的部分內容。

                          技術上的優勢保證了實現,而應用上的優勢則能夠保證其產業化發展。RFID技術最初應用與軍用物流,在民用初期就受到諸多關注,尤其在物聯網概念提出之后,該技術應用在物流供應管理、航空行李標記、郵件包裹處理、電子門票、道路ETC自動收費、圖書管理、運動自動計時、倉儲等各種場景中。一個實例就是沃爾瑪超市對于RFID射頻讀卡技術的應用,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,而根據專家估算,RFID射頻技術應用在沃爾瑪中能夠幫助把存貨和失竊水平降低25%。而事實上,RFID的性能和成本依舊擁有可發展空間,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,若未來實現真正的“一卡通”,市場需求量非常大。

                          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,工程師開發出相對穩定的固件程序之后便將其固化在片上。8051系列單片機的優勢在于系統結構簡單,開發方便、低電壓、低功耗、控制功能強。但與此同時,系統開發完成后量產出的產品難以進行二次開發或問題修正,幵發測試過程中未發現的小概率問題在系統實際應用中會偶爾出現,然而想要修正就必須要從新采購設備,難以得到軟件開發上的后續支持。此外,一卡多用未來必定成為趨勢,而卡上信息結構的變動、公交系統消費信息需求的擴充都會使得單片機上固件程序過時,事實上,這種固化的軟件就是傳統車載讀卡機的重要缺陷。

                        公交車車載讀卡器應用設計:

                        軟件程序組成結構圖
                        軟件程序組成結構圖

                        內核配置SDIO驅動
                        內核配置SDIO驅動

                        配置內核對無線網絡的支持
                        配置內核對無線網絡的支持

                        配置Marvell 88W8686芯片的驅動
                        配置Marvell 88W8686芯片的驅動

                        Qt交互程序主界面
                        Qt交互程序主界面

                        數據分析功能約束設定界面
                        數據分析功能約束設定界面

                        卡消費查詢界面
                        卡消費查詢界面

                        目錄

                          1 引言
                            1.1 課題研究背景
                            1.2 RFID技術概述
                            1.3 行業發展現狀
                            1.4 課題研究內容
                          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 服務器端操作環境選擇
                          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 軟件開發環境搭建和嵌入式LINUX剪裁
                            4.1 嵌入式LiNUx交叉編譯環境搭建二
                            4.2 嵌入式LiNUx系統定制
                            4.3 Qt開發環境搭建
                          5 軟件程序設計
                            5.1 卡機端設備驅動程序設計
                              5.1.1 板級支持包修改
                              5.1.2 Wi-Fi驅動
                              5.1.3 LED顯示屏驅動
                              5.1.4 FM1702SL驅動程序
                            5.2 卡機端刷卡程序設計
                            5.3 服務器端數據庫設計二
                              5.3.1 數據庫系統模型
                              5.3.2 數據庫設計步驟
                            5.4 服務器端QT軟件設計
                            5.5 卡機和服務器端$OCKE丁程序設計
                              5.5.1 卡機端Socket程序設計
                              5.5.2 服務器端Socket程序設計
                          6 系統測試及結果
                          7 結論
                          參考文獻
                          申請學位期間的研究成果及發表的學術論文
                          致謝

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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