基于嵌入式和RFID技術(shù)的電子門票系統(tǒng) - 全文

　　本文提出一種經(jīng)濟(jì)型、基于嵌入式技術(shù)的RFID電子門票系統(tǒng)。

　　1 RFID的原理

　　射頻識別(RFID)利用射頻信號的空間耦合或反射的傳輸特性，對被識別物體自動識別，是一種非接觸式自動識別技術(shù)。RFID主要由電子標(biāo)簽(Tag)和閱讀器(Reader)兩部分組成。電子標(biāo)簽由耦合元件和芯片組成，其工作能量來源于閱讀器發(fā)出的射頻脈沖，通過無線電波與讀寫設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。閱讀器主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊和接口電路組成，其主要任務(wù)是控制射頻模塊向電子標(biāo)簽發(fā)射讀取信號，并接收電子標(biāo)簽的應(yīng)答，對電子標(biāo)簽的標(biāo)識信息進(jìn)行解碼，將標(biāo)識信息及其他相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以便處理。該系統(tǒng)選用低頻(125 kHz)RFID系統(tǒng)，性能不受環(huán)境影響，價格低廉，因此適合大規(guī)模生產(chǎn)使用。

　　2 CAN總線技術(shù)[1]

　　CAN是由ISO定義的串行通信總線，具有高位速率、高抗電磁干擾性、高可靠性等特點，而且能夠檢測到產(chǎn)生的任何錯誤。CAN在微控制器之間互相通信或微控制器與遠(yuǎn)程的外圍器件互相通信的情況下是一個理想的解決方法。CAN相比于RS485采用了新技術(shù)及獨特的設(shè)計，具有多主節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)特性，總線利用率高，數(shù)據(jù)傳輸速度快，可擴(kuò)充性好，通信距離長，具有可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制，個別節(jié)點失效并不影響整個通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，實時性好。因此在自動化各個行業(yè)，CAN取代RS485將是一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

　　3 ARM+μClinux平臺下實現(xiàn)動態(tài)Web[2]

　　在μClinux環(huán)境下，httpd、thttpd和Boa是三個主要的Web服務(wù)器。這里選擇非常適合嵌入式系統(tǒng)的Boa Web服務(wù)器，它支持認(rèn)證、CGI等。Boa是一個單任務(wù)的http服務(wù)器，μClinux代碼已經(jīng)自帶了Boa的源碼，配置和修改源碼后，在配置內(nèi)核時把Boa選進(jìn)內(nèi)核實現(xiàn)入網(wǎng)，通過瀏覽器就可以訪問嵌入式網(wǎng)頁。

　　迄今，實現(xiàn)動態(tài)Web頁面有CGI、ASP、PHP和JSP四種技術(shù)可供選擇，由于目前μClinux還不支持ASP、PHP等動態(tài)Web頁面技術(shù)，因此本設(shè)計選擇CGI。CGI提供Web服務(wù)器一個執(zhí)行外部程序的通道，這種服務(wù)端技術(shù)使得瀏覽器和服務(wù)器之間具有交互性。CGI程序接收Web瀏覽器發(fā)送給Web服務(wù)器的信息，進(jìn)行處理后執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。本系統(tǒng)選擇與平臺無關(guān)的C語言編寫CGI程序。

　　4 嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite及其在μClinux上的移植[3]

　　4.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite簡介

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite較其他大型數(shù)據(jù)庫的特點是程序直接調(diào)用相應(yīng)的API實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存取操作，無需獨立運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫引擎。SQLite不具有外部依賴性，完全獨立，并且提供了對SQL92標(biāo)準(zhǔn)的大多數(shù)支持：支持多表和索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動。在嵌入式系統(tǒng)中移植SQLite數(shù)據(jù)庫成為一種很好的解決方案。

　　4.2 SQLite開發(fā)技術(shù)

　　SQLite本身提供了C語言的API接口，使得對數(shù)據(jù)庫的操作十分簡單，主要是對3個API函數(shù)的調(diào)用。

　　(1)打開數(shù)據(jù)庫

　　int sqlite3_open(const char*filename，sqlite3**ppDb);

　　sqlite3_open()用于打開指定的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫文件名稱由filename參數(shù)指定，并通過ppDb參數(shù)返回合法的數(shù)據(jù)庫句柄。

　　(2)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫

　　int sqlite3_exec(sqlite3*，const char *sql，sqlite_callback， void*，char**errmsg);

　　第一個參數(shù)sqlite3*是前面open函數(shù)得到的指針。第二個參數(shù)const char*sql是一條SQL語句或多條SQL語句，語句間必須用“;”號隔開，以\0結(jié)尾。第三個參數(shù)是回調(diào)，當(dāng)這條SQL語句執(zhí)行之后，SQLite3會調(diào)用該回調(diào)函數(shù)。第四個參數(shù)void*是傳遞給回調(diào)函數(shù)的參數(shù)，如果不需要傳遞指針給回調(diào)函數(shù)，可以賦NULL給該參數(shù)。第五個參數(shù)char**errmsg用來保存錯誤信息。

　　(3)關(guān)閉數(shù)據(jù)庫

　　int sqlite3_close(sqlite3*db);

　　參數(shù)db就是打開時的結(jié)構(gòu)體，即數(shù)據(jù)庫句柄。

　　4.3 SQLite應(yīng)用程序交叉編譯

　　要將嵌有SQLite的CGI程序應(yīng)用到S3C44b0+μClinux開發(fā)平臺上，必須對CGI程序進(jìn)行交叉編譯。由于交叉編譯要用到romfs格式的libsqlite.a庫文件，因此必須先對SQLite源代碼進(jìn)行修改，以便生成靜態(tài)庫文件libsqlite3.a。然后交叉編譯生成cgi格式文件，與內(nèi)核一起編譯后下載到開發(fā)板。

　　5 電子門票系統(tǒng)的設(shè)計

　　在S3C44B0+μClinux+Web+SQLite嵌入式平臺下，通過CAN總線與RFID讀卡器進(jìn)行通信。整體構(gòu)架如圖1所示。該系統(tǒng)可以分為兩個模塊：第一部分為各個場所的刷卡點，包括CAN總線和RFID讀卡器的設(shè)計，該模塊的功能是采集數(shù)據(jù)。第二部分為ARM嵌入式遠(yuǎn)程控制功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、儲存以及處理，數(shù)據(jù)包括CAN總線數(shù)據(jù)和Web內(nèi)建表單數(shù)據(jù)。

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　　5.1 CAN通信節(jié)點工作原理[4]

　　當(dāng)持卡者將RFID電子門票靠近讀卡器時，通過固有頻率的射頻載波向無源電子標(biāo)簽傳送信號，無源電子門票進(jìn)入讀寫器的天線工作區(qū)域后被激活，并將載有個人信息的射頻信號經(jīng)卡內(nèi)收發(fā)模塊發(fā)射出去;讀卡器天線接收到無源電子標(biāo)簽發(fā)來的射頻信號，經(jīng)過處理后，提取出個人信息，通過CAN現(xiàn)場總線送至ARM處理器處理。

　　5.2 ARM數(shù)據(jù)處理核心[5]

　　ARM把CAN總線傳過來的信息進(jìn)行解析，得到卡號和位置的信息，并且更新數(shù)據(jù)庫里面各項信息。持卡者或者主辦方通過Web服務(wù)器就可以查詢信息。CGI程序在收到Web頁面內(nèi)建表單的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而調(diào)用相應(yīng)的SQLite語言進(jìn)行處理，例如select、update等操作。CGI程序完成處理后的輸出被重定向到客戶瀏覽器，持卡者或主辦方通過瀏覽器查詢到相關(guān)的信息。

　　本論文討論了基于嵌入式和RFID技術(shù)的電子門票系統(tǒng)，是一個經(jīng)濟(jì)實用的解決方案。傳統(tǒng)的紙質(zhì)門票功能單一、效率低、客戶管理和跟蹤很難實施。