基于ARM的自助出票機便攜式終端設計

盧愛紅　劉中原　馮蓉珍

摘 要： 為了有效降低現有自助出票機的成本，縮小其體積，擴大其推廣范圍，提出一種基于嵌入式Linux的自助出票機的實現方法。以ARM開發板作為核心板，集成門票打印機模塊和二代身份證識別模塊，設計自助出票機系統硬件平臺；軟件設計包括嵌入式Linux環境下的各功能模塊驅動設計、Linux文件系統環境配置、QT界面程序設計等。系統測試結果顯示，各模塊工作正常，能夠滿足用戶的需求。

關鍵詞： ARM； 嵌入式系統； Linux； QT； 熱敏打印機

中圖分類號：TP368.2 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）09-28-03

0 引言

隨著智慧化城市的發展，越來越多的人工操作將被智能機器所取代。目前在各種景區、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都是基于x86電腦硬件系統，采用Windows操作系統來設計的，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操作系統來進行自助出票機系統設計，集成了QT界面設計單元、門票打印單元、身份證識別單元、系統時間單元等多個模塊，設計出低成本、高穩定性、適合景區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 系統要求與整體設計

自助出票機系統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，后臺根據身份證信息，結合系統當前的時間，打印出實時的門票票據。界面需要設計對系統配置的接口，配置系統時間、系統接口參數等。系統提供SQLite數據庫支持，保存游客的客戶信息，便于后臺程序的統計和分析。

考慮到整個系統復雜的界面設計需求，同時系統需實現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、系統時鐘配置、系統接口參數配置等，以及對SQLite輕巧數據庫的支持，我們選用以S3C2440為CPU的ARM開發平臺，采用Linux操作系統，能根據用戶需求進行裁剪，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。

系統設計框圖[1，4]如圖1所示。

2 硬件設計

嵌入式自助出票機采用S3C2440的ARM開發板[2]，LCD顯示屏選用群創7寸LCD顯示屏，選用RTC模塊來實現系統的實時時間的管理，選用合適的打印機模塊和二代身份證識別模塊搭建出硬件系統。

2.1 熱敏打印機

門票打印機的選擇要根據現場的應用場景來決定，主要參數有：①打印參數：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ARM開發板的接口以及Linux操作系統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的熱敏票據打印機，工作電壓為5V。

2.2 TX523T身份證卡號模塊

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開發板通信。5V供電電源需要從ARM開發板引出，ARM開發板通過GPIO口來配置身份證識別模塊的工作模式。

3 軟件設計

自助出票機軟件系統的設計是難點，軟件模塊包括：①基于S3C2440開發板的Linux環境開發的配置[3]；②QT嵌入式運行環境的配置和基于Qt4.7類庫的自助出票機界面設計[5]；③根據ESCPOS協議設計打印機的串口驅動程序；④身份證識別模塊的串口驅動程序；⑤時間處理模塊等。

3.1 Linux環境開發的配置

我們使用的交叉編譯的虛擬機開發環境為Ubuntu10.10版本，交叉編譯工具為arm-linux-4.3.3版本，S3C2440開發板的Linux內核版本為：linux2.6.30.4，需要根據硬件接口和器件，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。

3.2 QT嵌入式運行環境的配置和界面設計

自助出票機系統選用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行文件。QT目前已經發展到第三代，是通過升級類庫來更新發展，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，而是可以直接運行在嵌入式環境下的程序。

QT界面程序的設計環境是Qt creator，這是QT的集成開發環境（IDE），用于開發源代碼、編譯鏈接源代碼、調試源代碼，大大簡化了設計環境的配置。Qt creator環境配置成交叉編譯的環境之后，用Qt creator設計出的界面可執行文件能夠在S3C2440開發板上運行。

3.2.1 QT嵌入式運行環境的配置

配置QT嵌入式運行環境，需要對S3C2440開發板的文件系統進行修改：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 人機界面設計

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，與數據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據庫。廣告界面是根據用戶需求定制展示用戶宣傳圖片。系統設置界面主要需要讀取當前系統時間，并可以根據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，再查詢數據庫，若在當前數據庫中沒有查到該游客的信息，則將游客信息存儲到數據庫，啟動門票打印機打印出系統實時信息并自動出一張票；若在當前數據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據處理分開管理，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（數據庫處理的類）。

⑵ 系統設置的處理過程

系統設置的過程為：進入系統設計界面，通過輸入用戶名和密碼登錄到系統具體的設置頁面，具體功能是，在系統設置頁面中查看當前自助出票機的系統時間：年月日時分，如果與當前實際的時間不匹配，系統設置界面提供了相應的調整時間的按鈕；在系統設置頁面中可以對串口的屬性進行設置。系統設置過程抽象出三大功能類：SystemSet（系統設置界面類）、TimManager（系統時間處理功能類）。在SystemSet（系統設置界面類）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 根據ESCPOS協議設計打印機驅動

根據ESCPOS協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 身份證識別模塊串口驅動

身份證識別模塊串口驅動的軟件設計，重點是監聽身份證識別模塊串口發送過來的數據，對串口數據進行分析，找到UID號的有用數據。在Linux操作系統中，串口設備是作為一個文件來進行管理的，本系統中設備名是/dev/ttySAC2。我們對串口文件接收的數據監聽有效地利用了QT的signal/slot信號/槽機制。采用QT提供的QSocketNotifier對象來監聽系統文件操作，可以將文件操作轉換為QT事件（QSocketNotifier：：Read）。當串口有數據可讀時，QT事件（QSocketNotifier：：Read）會驅動QSocketNotifier對象發送ativated 信號，并調用預先設置好的槽函數（remoteDataIncoming）來處理事件。代碼如下：

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

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

（remoteDataIncoming（）））；

3.5 時間處理模塊

S3C2440開發板板載RTC實時時鐘硬件電路，在系統斷電時，RTC時鐘自帶的電池能夠保證時鐘正常工作。Linux操作系統提供的date命令可以設計操作系統的時間，hwclock -w命令可以實現操作系統的時間和硬件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命令對系統時鐘和硬件時間進行同步修改。

4 實驗結果

自助出票機系統集成時，操作流程如下：

⑴ 將S3C2440開發板和周邊器件的硬件環境連線準備好；

⑵ 在S3C2440開發板中燒入bootloader、Linux內核和文件系統，S3C2440開發板能夠正常啟動進入文件系統；

⑶ 配置S3C2440開發板文件系統中QT運行的環境，正確加載庫文件、配置文件和界面程序可執行文件；

⑷ 自助出票機系統設計完成，可以驗證結果。

自助出票系統的聯調如圖5所示，實驗驗證表明：系統能準備識別出身份證號，并觸發打印門票機制，打印出系統的實時信息。

5 結束語

自助出票機系統整體設計方案綜合考慮了現場應用環境的需求，采用基于Linux的嵌入式開發技術有效地降低產品成本，提高系統的穩定性。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價值。自助出票機采用S3C2440嵌入式開發板，有效降低了自助出票機的硬件成本；采用Linux操作系統，可以高效地針對應用場景進行內核的裁剪和驅動程序的設計；采用廣泛應用于嵌入式系統界面的QT封裝的C++類來進行界面設計，可以設計出人機交互流暢穩定的工控機界面。目前自助出票機經過第三方的測試和用戶的初步使用，較好地滿足了客戶的需求。為了擴大本設計的應用場景，我們下一階段的工作目標是：設計出一款基于ARM的自動售票機。

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