金融电子化论文基于ARM的自助出票机便携式终端设计

　　摘要：为了有效降低现有自助出票机的成本，缩小其体积，扩大其推广范围，提出一种基于嵌入式Linux的自助出票机的实现方法。以ARM开发板作为核心板，集成门票打印机模块和二代***识别模块，设计自助出票机系统硬件平台；软件设计包括嵌入式Linux环境下的各功能模块驱动设计、Linux文件系统环境配置、QT界面程序设计等。系统测试结果显示，各模块工作正常，能够满足用户的需求。

　　关键词：ARM,嵌入式系统,Linux,QT,热敏打印机

　　0引言

　　目前市面上的自助出票系统都是基于x86电脑硬件系统，采用Windows操作系统来设计的，这使得自助出票机的体积不能缩小，也大大增加了成本，售价非常昂贵。我们采用以S3C2440为CPU核心的ARM平台，基于Linux操作系统来进行自助出票机系统设计，集成了QT界面设计单元、门票打印单元、***识别单元、系统时间单元等多个模块，设计出低成本、高稳定性、适合景区或影院等公共场所的自助出票机，体积可以做成类似便携式的嵌入式设备。该设计顺应当前智慧城市的需求，有很深远的应用前景。

　　1系统要求与整体设计

　　自助出票机系统设计的基本要求和服务流程是：设计出一款便携式的自助出票机，挂在公共场所墙壁上，提供友好的界面支持，在没有游客取票时，显示公共场所景点宣传画面，有游客取票时，进入取票界面，等待游客刷二代***，后台根据***信息，结合系统当前的时间，打印出实时的门票票据。界面需要设计对系统配置的接口，配置系统时间、系统接口参数等。系统提供SQLite数据库支持，保存游客的客户信息，便于后台程序的统计和分析。

　　考虑到整个系统复杂的界面设计需求，同时系统需实现的多个功能模块的驱动和应用支持，如***识别模块、打印机模块、系统时钟配置、系统接口参数配置等，以及对SQLite轻巧数据库的支持，我们选用以S3C2440为CPU的ARM开发平台，采用Linux操作系统，能根据用户需求进行裁剪，简化对平台硬件配置的要求；选用基于Qt4.7类库的QT嵌入式界面设计，能友好地支持Linux平台，并提供丰富的复杂的界面设计效果。

　　系统设计框图[1，4]如图1所示。

　　2硬件设计

　　嵌入式自助出票机采用S3C2440的ARM开发板[2]，LCD显示屏选用群创7寸LCD显示屏，选用RTC模块来实现系统的实时时间的管理，选用合适的打印机模块和二代***识别模块搭建出硬件系统。

　　2.1热敏打印机

　　门票打印机的选择要根据现场的应用场景来决定，主要参数有：①打印参数：门票的纸张宽度、打印宽度，打印纸的折叠形式（折叠式或卷式）、打印方式（热敏或热转印）等；②通信接口：要根据ARM开发板的接口以及Linux操作系统的特点来选择打印机的驱动接口，一般热敏打印机支持USB接口、串口、网口三种通信方式，本设计选用串口驱动打印机，根据串口命令配置打印机输出的字体格式、位图、条形码等多种用户需求。

　　本设计选用的打印机是打印宽度为58mm的热敏票据打印机，工作电压为5V。

　　2.2TX523T***卡号模块

　　TX523T是一款天线一体化，同时可以读二代居民***卡号的模块。TX523采用13.56MHz频基站。当有卡靠近时，模块会以韦根或UART方式输出卡号。根据需要，可选择UART或Wiegand接口与任何MCU进行连接；使用UART接口时，可以选择波特率9600或19200。为了简化代码，我们同样采用串口通信与ARM开发板通信。5V供电电源需要从ARM开发板引出，ARM开发板通过GPIO口来配置***识别模块的工作模式。

　　3软件设计

　　自助出票机软件系统的设计是难点，软件模块包括：①基于S3C2440开发板的Linux环境开发的配置[3]；②QT嵌入式运行环境的配置和基于Qt4.7类库的自助出票机界面设计[5]；③根据ESCPOS协议设计打印机的串口驱动程序；④***识别模块的串口驱动程序；⑤时间处理模块等。

　　3.1Linux环境开发的配置

　　我们使用的交叉编译的虚拟机开发环境为Ubuntu10.10版本，交叉编译工具为arm-linux-4.3.3版本，S3C2440开发板的Linux内核版本为：linux2.6.30.4，需要根据硬件接口和器件，如LCD显示屏、UART串口、eth0网口、GPIO口的原理图来按需对Linux2.6.30.4内核进行裁剪。

　　3.2QT嵌入式运行环境的配置和界面设计

　　自助出票机系统选用QT进行嵌入式界面设计。QT是一个跨平台的C++类库，其界面设计程序在各个平台上是一样的，只是跨平台时需要加上各个平台的库重新编译生成可执行文件。QT目前已经发展到第三代，是通过升级类库来更新发展，目前最高版本的类库是Qt4.7，Nokia一直在对QT类库进行更新升级。QT平台主要是面向嵌入式界面设计的，QT界面程序不是一个桌面系统，而是可以直接运行在嵌入式环境下的程序。

　　QT界面程序的设计环境是Qtcreator，这是QT的集成开发环境（IDE），用于开发源代码、编译链接源代码、调试源代码，大大简化了设计环境的配置。Qtcreator环境配置成交叉编译的环境之后，用Qtcreator设计出的界面可执行文件能够在S3C2440开发板上运行。3.2.1QT嵌入式运行环境的配置

　　配置QT嵌入式运行环境，需要对S3C2440开发板的文件系统进行修改：添加经过交叉编译的Qt4.7类库、添加ts触摸屏校准库和配置应用程序、修改/etc/profile配置文件、添加QT配置脚本、添加QT界面设计程序。配置文件主要用于指定环境变量的具体路径，其中QTDIR是Qt4.7类库路径，QWS_MOUSE_PROTO用于指明触摸屏或鼠标的设备名。

　　3.2.2人机界面设计

　　自助出票机的人机界面是多级界面。主界面提供取票界面、广告界面、系统设置界面给用户选择。取票界面是主要的功能界面，等待从串口接收用户输入的***信息，与数据库中的信息进行比对和判断，决定是否打印门票，并将用户信息存储到数据库。广告界面是根据用户需求定制展示用户宣传图片。系统设置界面主要需要读取当前系统时间，并可以根据时间进行调整和设置，同时提供与打印机通信的串口UART1和与***识别模块通信的UART2的属性配置选项。系统流程图如图2所示。

　　⑴取票的处理过程

　　取票流程为：进入取票界面，系统等待从串口2接收***识别模块输入的***UID号，再查询数据库，若在当前数据库中没有查到该游客的信息，则将游客信息存储到数据库，启动门票打印机打印出系统实时信息并自动出一张票；若在当前数据库中已查到该游客的信息，则不再重复出票，处理完成之后返回主界面等待用户输入。在取票处理的程序设计过程中，我们将界面处理和数据处理分开管理，用不同的类进行处理。取票处理过程抽象出五大功能类：GetTicket（取票界面类）、Serial（串口类）、EscPos（操作打印机的类）、IdCardMag（***号识别的类）、SqliteHelper（数据库处理的类）。

　　⑵系统设置的处理过程

　　系统设置的过程为：进入系统设计界面，通过输入用户名和密码登录到系统具体的设置页面，具体功能是，在系统设置页面中查看当前自助出票机的系统时间：年月日时分，如果与当前实际的时间不匹配，系统设置界面提供了相应的调整时间的按钮；在系统设置页面中可以对串口的属性进行设置。系统设置过程抽象出三大功能类：SystemSet（系统设置界面类）、TimManager（系统时间处理功能类）。在SystemSet（系统设置界面类）中，完成对打印机的串口初始化和打印机设备初始化、***识别模块串口初始化、QT时钟管理初始化的工作。界面设计如图3所示。

　　3.3根据ESCPOS协议设计打印机驱动

　　根据ESCPOS协议可以设置打印机打印的字符格式：字体、倍宽、倍高、粗体等，如果需要打印复杂的图片，可以采用定义打印Flash位图的方式处理。Flash位图格式如图4所示。

　　3.4***识别模块串口驱动

　　***识别模块串口驱动的软件设计，重点是监听***识别模块串口发送过来的数据，对串口数据进行分析，找到UID号的有用数据。在Linux操作系统中，串口设备是作为一个文件来进行管理的，本系统中设备名是/dev/ttySAC2。我们对串口文件接收的数据监听有效地利用了QT的signal/slot信号/槽机制。采用QT提供的QSocketNotifier对象来监听系统文件操作，可以将文件操作转换为QT事件（QSocketNotifier：：Read）。当串口有数据可读时，QT事件（QSocketNotifier：：Read）会驱动QSocketNotifier对象发送ativated信号，并调用预先设置好的槽函数（remoteDataIncoming）来处理事件。代码如下：

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

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

　　（remoteDataIncoming（）））；

　　3.5时间处理模块

　　S3C2440开发板板载RTC实时时钟硬件电路，在系统断电时，RTC时钟自带的电池能够保证时钟正常工作。Linux操作系统提供的date命令可以设计操作系统的时间，hwclock-w命令可以实现操作系统的时间和硬件RTC实时时钟的时间同步。我们使用QT的QDataTime类获取当前系统的实时时间，使用datetimedit控件接收用户的设置，在通过date和hwclock命令对系统时钟和硬件时间进行同步修改。

　　4实验结果

　　自助出票机系统集成时，操作流程如下：

　　⑴将S3C2440开发板和周边器件的硬件环境连线准备好；

　　⑵在S3C2440开发板中烧入bootloader、Linux内核和文件系统，S3C2440开发板能够正常启动进入文件系统；

　　⑶配置S3C2440开发板文件系统中QT运行的环境，正确加载库文件、配置文件和界面程序可执行文件；

　　⑷自助出票机系统设计完成，可以验证结果。

　　自助出票系统的联调如图5所示，实验验证表明：系统能准备识别出***号，并触发打印门票机制，打印出系统的实时信息。

　　5结束语

　　自助出票机系统整体设计方案综合考虑了现场应用环境的需求，采用基于Linux的嵌入式开发技术有效地降低产品成本，提高系统的稳定性。本设计可靠性好、成本低廉、操作方便，具有较强的工程实用意义和推广价值。自助出票机采用S3C2440嵌入式开发板，有效降低了自助出票机的硬件成本；采用Linux操作系统，可以高效地针对应用场景进行内核的裁剪和驱动程序的设计；采用广泛应用于嵌入式系统界面的QT封装的C++类来进行界面设计，可以设计出人机交互流畅稳定的工控机界面。目前自助出票机经过第三方的测试和用户的初步使用，较好地满足了客户的需求。为了扩大本设计的应用场景，我们下一阶段的工作目标是：设计出一款基于ARM的自动售票机。

　　参考文献：

　　[1]刘超，周继超，张红星.基于LinuxQt的列车人机界面设计与实现[J].计算机与现代化，2013.4：215

　　[2]汪思静，程志强.基于QT的虚拟示波器的软面板设计[J].计算机技术与发展，2013.6：180

　　[3]孙计伟.基于嵌入式Linux的指纹识别系统设计[J].工业控制计算机，2013.3（26）：1