公交车车载读卡器应用设计

摘要

　　由于近年来改革开放所带来的经济高速发展,城市道路上出现越来越多的私家车使得城市压力日渐增大、环境污染逐渐增重,国家加大绿色出行的宣传力度,鼓励人们绿色出行,这就要求城市公共交通能够更好地服务民众。随着现代社会的快速发展,公交车车载读卡器作为车上重要的电气设备,承载着民众乘车计费和公交公司统计数据的任务,未来如何有效地利用车载读卡器服务民众、如何通过车载读卡器更方便地收集数据是一个非常有意义的课题。

　　本文分析了当前公交系统的运营现状,根据当前公交系统的状态提出了一个更有效率的公交系统应用实现方案。本系统可以实现日常公共交通的基本计费功能,公交车回站之后可以通过无线网络将本地消费数据上传到服务器端,同时服务器端也可以通过无线网络更新本地应用程序、配置文件以及设备驱动程序,相较于传统公交读卡器中以固件形式存在的软件程序来说,本设计中的读卡机端软件是操作系统下运行的应用程序,配合无线网络数据传输,可以方便地对系统实行统一升级而无需更换硬件。

　　本设计分为车载卡机部分和服务器端交互软件设计部分。卡机端硬件上采用了三星公司生产的S3C6410微处理器,通过国产RFID控制芯片FM1702访问IC卡,通过MarvellWi-Fi芯片实现网络传输,软件上采用了嵌入式Linux操作系统,编写驱动程序驱动硬件设备,开发基于Linux的应用程序实现刷卡消费服务和网络传输等服务。服务器端开发运行于Linux系统上Qt软件交互程序。本文详细介绍了整个系统的设计内容,其中包括卡机端Linux内核及文件系统定制、卡机端设备驱动程序编写、卡机端应用程序的设计以及服务器端数据库及软件设计。

　　将本系统应用到实际生活中,对未来公交系统进行升级,不仅能够提高公交系统的工作效率,还能够为卡机提供强大的可移植性和可扩展性。

　　关键词:RFID;刷卡机;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

　　自改革开放以来,中国经济发展一日千里,但是这个过程也遵循事物的两面性原则,在人们生活水平不断提高的同时,城市压力不断增加,环境污染逐渐严重,首都北京为了限制路上行车流量推出了车辆“限号出行”政策,与此同时增强了各种公共交通运力水平。根据相关部分透露,截至2008年6月底,北京公交集团公司公交电汽车总数已达到20904辆,再加上其他各类公交车,总计大约30000辆左右。依此管中窥豹,可见全国公交总量数目惊人,如此庞大的一个系统需要在每一个环节上都尽可能地高效,才能更好地服务公众。

　　近年来我国公共交通发展迅猛,据统计,2011年1月份至6月份,上海市公共交通客运总量达30亿人次,日均1657万人次,相比2010年同时期增长了 6%,这其中路面交通的客运总量日均达到1100万人次。另截止到2013年底,广东公交日均客运量达到3500万人次,而且随着政策的倾斜以及对绿色出行的宣传,该数字依旧在攀升。由以上数据可见,城市环境对于公共交通运力需求非常高,是城市公共交通的“主力部队”。

　　传统的公交车乘车时,需要上车投币或到售票员处购买车票,不少乘客将假币、残币甚至杂物投进了售票箱,曾经每条公交线路每天因此而蒙受的损失就达到上百元,除此之外,乘坐公交车需要准备足量零钱,这给乘客和售票员都带来了很大的不便。近年来,各地逐渐将RFID无线读卡技术应用到各种场合,这其中也包括公交系统,RFID无线读卡技术给公交系统带来的是更加便利的操作、更加高效的交易流程以及丰富的数据统计能力[4]。各个公交总站则在车辆回站之后通过各种方式将每辆公交车内的消费数据异步上传到公交系统的总服务器上,这样的公交系统管理运营模式已经越来越受公交运营公司的欢迎,系统不仅可以智能地对公交消费数据进行管理,还可以有针对性地对数据进行分析,方便进一步政策的制定。

　　RFID (Radio Frequency Identification)射频识别是一种非接触式的自动ID识别技术。该技术利用射频通信原理可以实现短距离的无线通信能力,基于该技术实现的射频读卡机和射频卡目前己经逐渐地应用到各行各业,射频卡的外形设计、内部存储分配以及射频通讯协议等特性在业界已经形成规范,IS014443即是由国际标准化组织制定的一个关于射频卡的国际标准,它由物理特性、频谱功率和信号接口、初始化和防冲突算法、通讯协议四部分组成,协议中还引用了 IS07816、IS07811以及IS07812的部分内容。

　　技术上的优势保证了实现,而应用上的优势则能够保证其产业化发展。RFID技术最初应用与军用物流,在民用初期就受到诸多关注,尤其在物联网概念提出之后,该技术应用在物流供应管理、航空行李标记、邮件包裹处理、电子门票、道路ETC自动收费、图书管理、运动自动计时、仓储等各种场景中。一个实例就是沃尔玛超市对于RFID射频读卡技术的应用,传统模式下,仅仅商品盗窃一项,沃尔玛每年就要损失20亿美元左右,而根据专家估算,RFID射频技术应用在沃尔玛中能够帮助把存货和失窃水平降低25%。而事实上,RFID的性能和成本依旧拥有可发展空间,可谓具有光明的前景。

　　目前RFID公交读卡设备普及率较高,刷卡乘车的消费方式也得到了广大群众的认可,当前各地公共交通IC卡各不相同,若未来实现真正的“一卡通”,市场需求量非常大。

　　当前各地公交读卡机的硬件上基本都是采用8051系列单片机作为主控制器,工程师开发出相对稳定的固件程序之后便将其固化在片上。8051系列单片机的优势在于系统结构简单,开发方便、低电压、低功耗、控制功能强。但与此同时,系统开发完成后量产出的产品难以进行二次开发或问题修正,幵发测试过程中未发现的小概率问题在系统实际应用中会偶尔出现,然而想要修正就必须要从新采购设备,难以得到软件开发上的后续支持。此外,一卡多用未来必定成为趋势,而卡上信息结构的变动、公交系统消费信息需求的扩充都会使得单片机上固件程序过时,事实上,这种固化的软件就是传统车载读卡机的重要缺陷。

公交车车载读卡器应用设计：

软件程序组成结构图

内核配置SDIO驱动

配置内核对无线网络的支持

配置Marvell 88W8686芯片的驱动

Qt交互程序主界面

数据分析功能约束设定界面

卡消费查询界面

目录

　　1 引言
　　　　1.1 课题研究背景
　　　　1.2 RFID技术概述
　　　　1.3 行业发展现状
　　　　1.4 课题研究内容
　　2 系统总体设计方案
　　　　2.1 嵌入式系统选择
　　　　2.2 数据上传方式选择
　　　　2.3 服务器端操作环境选择
　　3 系统硬件组成
　　　　3.1 总体硬件构成
　　　　3.2 重要外围设备硬件构成
　　4 软件开发环境搭建和嵌入式LINUX剪裁
　　　　4.1 嵌入式LiNUx交叉编译环境搭建二
　　　　4.2 嵌入式LiNUx系统定制
　　　　4.3 Qt开发环境搭建
　　5 软件程序设计
　　　　5.1 卡机端设备驱动程序设计
　　　　　　5.1.1 板级支持包修改
　　　　　　5.1.2 Wi-Fi驱动
　　　　　　5.1.3 LED显示屏驱动
　　　　　　5.1.4 FM1702SL驱动程序
　　　　5.2 卡机端刷卡程序设计
　　　　5.3 服务器端数据库设计二
　　　　　　5.3.1 数据库系统模型
　　　　　　5.3.2 数据库设计步骤
　　　　5.4 服务器端QT软件设计
　　　　5.5 卡机和服务器端$OCKE丁程序设计
　　　　　　5.5.1 卡机端Socket程序设计
　　　　　　5.5.2 服务器端Socket程序设计
　　6 系统测试及结果
　　7 结论
　　参考文献
　　申请学位期间的研究成果及发表的学术论文
　　致谢

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