4451基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统.doc

毕业设计（论文）基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统学 院: 计算机科学技术学院专 业： 姓 名： 指导老师： 计算机科学与技术学 号： 职 称： 讲师中国珠海二一年 五月北京理工大学珠海学院毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统摘 要城市的发展日新月异，随着许多新建小区大量出现，公交线路也日渐增多，给人们的出行带来了极大便利的同时，也给人们如何选择出行乘车线路造成一定的困难，特别是在旅游城市尤其如此。因此，开发智能化的公交站牌系统非常必要，它不仅可以给市民游客的乘车提供向导，同时可以对外展现城市的现代风貌，体现出一个城市公交信息数字化和信息化的发展水平。基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统作为一个有实际意义的嵌入式电子产品，也是很多公共场所的必备产品，用途十分广泛。智能公交站牌系统能帮助人们方便查询公交线路，提供许多当地的旅游指南，给乘客带来了极其方便，满足了人们生活的需求。本人所开发的“基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统” 通过在UP-TECHPXA270-S硬件平台上移植Linux 2.6.9 内核的操作系统，使用Qt4编程语言来开发智能公交站牌系统相关应用层软件，实现了公交查询的完整功能，公车到站提醒报站系统，同时具有音视频播放、IC卡查询、旅游导航等功能，还可以查看近日的天气情况。本文论述了设计开发基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统在Linux平台上的完整实现方案。关键词: 嵌入式Linux 智能公交站牌系统 ZigBee QTIntelligent Bus Nameboard System based on ZigbeeABSTRACTThe rapid development of the city, with many new community copious, bus lines also grows, people travel has brought about tremendous convenience at the same time, also how to choose a trip by bus line caused certain difficulties, particularly in tourist areas. Therefore, the development of intelligent bus transit system is essential, not only to public visitors travelling provides Wizard, at the same time can reveal the citys modern style, reflect an urban public transport information in electronic and information technology to the level of development. Based on ZigBee wireless network of intelligent public transport operating system as a practical embedded electronics, too many public places of essential products, uses. Smart bus transit system will help people easily query bus lines, provides a number of local tourism guide, giving passengers a tremendous convenience to meet the needs of peoples lives. I have developed based on ZigBee wireless network operating system for smart bus by UP-TECHPXA270-S hardware platform Porting Linux 2.6.9 kernel of the operating system, use the Qt4 programming language to develop smart bus transit system related application layer software, enable the full functionality of transit query, the bus to stop alerting systems, both audio and video playback, IC card queries, tourism navigation capabilities, you can also view recent weather conditions. This article discusses the design and development based on ZigBee wireless network operating system for smart bus on the Linux platform of full implementation. Key word: Embedded Linux Intelligent Bus Nameboard System Zigbee QT目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 项目背景11.1.1 项目来源11.1.2 需求分析11.1.3 国内外研究现状21.2 可行性分析21.2.1 硬件平台技术支持的可行性分析21.2.2 软件开发技术的可行性分析32 系统方案42.1 主要功能52.2 产品参数与指标62.3 系统模块72.4 模块功能详细描述83 实现原理103.1 数据库实现原理103.2 视频播放实现原理103.3 Zigbee实现原理103.4 非接触式射频感应IC卡读卡原理114 硬件设计134.1 系统模块与硬件设计134.2 开发平台PXA270134.3 触摸液晶屏144.4 Zigbee CC2430154.5 射频IC卡RC500165 软件设计175.1 软件结构设计175.2 公交查询流程设计185.3 Zigbee应用195.4 IC卡应用205.5 视频播放设计215.6 网络连接设计215.7 旅游导航流程设计225.7 图片浏览功能设计236 交叉编译与环境配置246.1 Linux内核裁剪与烧写246.2 编译QTE源码256.3 交叉编译与环境配置266.4 移植运行库和字体库266.5 设置开发板连接以太网276.6 运行程序277 系统测试287.1 系统测试方案287.1.1 公交查询测试287.1.2 视频测试287.1.3 Zigbee无线网络测试287.1.4 图片浏览测试297.1.5 IC卡测试297.2 设备测试297.3 测试数据307.4 结果分析317.4.1 系统主页面317.4.2 公交查询337.4.3 报站系统407.4.4 IC卡查询417.4.5 珠海导航427.4.6 天气预报478 总结48参考文献49附录50谢辞52531 绪论1.1 项目背景1.1.1 项目来源随着世界日新月异的发展，人们生活水平的飞速提升，为了建设更加智能化的公共基础设施，各类电子信息服务系统如雨后春笋般的设置在了城市的各个信息汇聚点，为普通老百姓提供着更为方便、贴心的公共服务。对于城市中大多数老百姓而言，日常所熟知的，只是某个城市中的某个区域。除上、下班或经常通过的路线外，更多的是无从了解。那么，面对城市中庞大的交通网络，难免会为出行的路线烦恼。“基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统”的实现，不仅能找到正确的路线，帮助人们“行”得通，亦能提供各种不同的服务，使人们“行”得更快，“行”得更方便。从而在吸引大家使用公共交通，促使其发展的同时，加快了人们生活由“奔小康”向“智能化”迈进的步伐。1.1.2 需求分析随着信息化的迅速发展，户外查询终端的市场需求，正在迅速扩大中。据不完全调查显示，除北京、上海、深圳、杭州等大城市外，少有中小城市已经在公交站点设置类似“智能公交站牌系统”的公交线路查询报站终端。而中小城市居民的生活需求早已发生巨变，大多数在个人生活已达到小康水平的条件下，渴望有着更为方便、快捷的公共服务。而每天出门乘坐的公共交通便是这公共服务中必不可少的一部分。那么，在每座城市的公交点设立“智能公交站牌系统”，正是积极为老百姓提供智能化公共服务的一种表现，它进一步满足了现今人们的生活需求。在每座城市的公交运输网中，每一个站点都是“基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统”的安置点。那么，以每个城市100个站点，全国500个城市来粗略计算，这种智能终端日后的需求量将是非常巨大的。1.1.3 国内外研究现状类似“智能公交站牌系统”的公交线路查询报站终端，国外已有着相对成熟的产品，其终端做为一个单独的个体，在户外和完全未知使用人群的情况下，所需功能比较完备，界面优美，系统运作也相对稳定。但在国内，此类查询机的开发仍需要进一步的努力，成本高，功能不太完备，网络化程度不高等等都是我们目前有待解决的主要问题。1.2 可行性分析1.2.1 硬件平台技术支持的可行性分析经分析本项目所需的硬件清单如下:表1-1 硬件清单1. 具有多媒体处理能力的CPU芯片2较大容量的存储器3. Zigbee通信模块4. 真彩LCD显示器5. IC卡射频模块6. 视频解码，输出芯片7. 100M EtherNet 网卡8音频解码，输出芯片9USB接口，USB鼠标、键盘10串行接口11供电，及其它辅助芯片根据上表，需要的硬件模块在UPTECHPXA270S硬件实验平台上已一应俱全。Zigbee模块支持信号的发送与接收，用来传输数据信息；语音模块用于报站的播放；视频模块，对视频输入输出功能都有着很好的支持；USB主从接口模块支持U盘读取功能（此处仅支持USB1.1）。各种各样的接口便于本人扩展设计开发，当然这为“智能公交站牌系统”在插槽功能，视频输出功能，通讯功能等方面提供了很好的硬件条件。在此平台上还配制了15英寸的TFT真彩液晶屏，可模拟的充当此次项目“智能公交站牌系统”的用户交互平台，支持1024*768的分辨率，显示精度最高可达4096*4096。UPTECHPXA270S在存储系统方面也有着很高的配置，内置了高性能价格比的NAND FLASH 64M内存，支持大容量的用户差异图形图片文件的存储。CPU的能力当然是毋庸置疑的，Intel Xscale结构芯片的PXA270在各方面都表现了很强悍的能力，在目前市场上来说也是一款很先进的处理器芯片。PXA270处理器是Intel公司目前性能最为强劲的移动处理器，已经成为高端移动设备中最受欢迎的处理器之一。PXA270最高主频可达624MHz，它引入了X86架构奔腾4系列上的多媒体技术MMX技术，能够大大提升多媒体处理能力，用户通过该技术可以在VGA上面播放高质量的MPGE4视频；同时加入了Intel SpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下，最大限度地降低移动设备功耗。通过以上分析，使用UPTECHPXA270S作为硬件平台支持，可达到项目预期的测试结果。1.2.2 软件开发技术的可行性分析软件开发方面有两种方案，方案一是移植进嵌入式linux的操作系统。嵌入式linux系统稳定，功能强大，支持多种硬件平台，简单易用且开放源代码，可广泛用于信息家电领域，当然应用“智能公交站牌系统”这个项目来说就是再合适不过了。该linux操作系统采用linux2.6.9内核，其他功能支持如下所示。驱动程序包含串口、100M网口、NORFlash、LCD、触摸屏、IC卡模块、USBHOST、USBDEVICE、RTC等多种驱动，支持framebuffer，支持USBHOST，支持QT等图形系统，支持视频播放，支持多种网络应用。另一个方案是使用Windows CE作为操作系统，该操作系统是一个高效率的多平台操作系统，主要面向PDA和手机市场。它支持Win32API，为开发人员提供熟悉的开发平台，使有经验的Windows开发人员可以很快地掌握其开发。但是缺点是对硬件要求较高，耗电比较大，而且也不是开源系统。考虑到开发成本、耗能和开源软件的优势等问题，本项目选用了嵌入式lin操作系统。linux操作系统在内核的裁剪与编译，制定出适合ARM体系的PXA270处理器的操作系统等这些方面的技术已十分成熟。而在界面开发方面，使用的开发软件是TROLLTAECH公司的QT designer，它功能强大并且是可视开发，便于对界面设计的开发。“基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统”所有的功能包括公交查询，报站系统，新闻广告视频播放，IC卡查询，旅游导航，天气预报。而在linux环境下实现这些功能有很多相应功能的开源软件可以借鉴来，经过有针对性地处理后使其适合本项目产品使用，在技术上是完全可以做到的。综上所述，本开发项目具有可行性。 2 系统方案根据所需功能，和对产品的定位，本人制订出三套解决方案，以增强适应面。表2-1 解决方案方案名称支持功能所需硬件基本方案1 公交查询2 报站系统3 IC卡查询4 时钟显示5 天气显示6 新闻广告1 控制芯片（PAX27064Mflash64MSRAM）2 触摸屏 15in LCD3 zigbee模块4 IC卡模块5 USB 主从接口标准方案1 公交查询2 报站系统3 IC卡查询4 时钟显示5 天气显示6 新闻广告视频播放1 控制芯片（PAX27064Mflash64MSRAM）2 触摸屏 15in LCD3 zigbee模块4 IC卡模块5 USB 主从接口6 PCMCIA 总线控制器扩展方案1 公交查询2 报站系统3 IC卡查询4 旅游导航（含有图片浏览）5 时钟显示6 新闻广告视频播放7 天气预报1 控制芯片（PAX27064Mflash64MSRAM）2 触摸屏 15in LCD3 zigbee模块4 IC卡模块5 USB 主从接口6 PCMCIA 总线控制器7 无线网卡2.1 主要功能智能公交站牌系统是一个基于zigbee的公交查询系统，主要功能有公交线路查询、公车到站报站系统、公交IC卡余额查询、新闻广告播放等，另外包括几个扩展功能，如时钟显示、天气预报、旅游导航等。公交查询模块具有路线查询、站点查询、路线换乘查询、按旅游景点或者企业名称查询等五种查询方式，乘客即可便利快速地查询到所需站点路线。报站系统，分成两部分，一部分是公车报站系统，在公车上，系统能在车上自动或者手动实现公车报站，通过语音模块播报公车所到站点提醒乘客下车；另一部分是站牌报站系统，显示进过站点的公交车的线路号及到站所剩时间，在公交车到站时及时显示信息并以语音播报到站公交车线路号，以提醒乘客做好乘车准备。新闻广告播放是通过视频播放器，不断播放新闻以及广告，让乘客能在等车过程中也了解到最新新闻以及各种广告。旅游导航模块可分成查询游览美景、美食、高校和酒店四个子模块，来介绍当地的旅游信息和指南，方便游客出行参考，并有图片浏览的功能查看美图。IC卡查询来让乘客查询IC卡所剩余额。时钟显示显示当前时间。天气预报显示当天的天气情况，也可以查询后来几天的天气信息。2.2 产品参数与指标本产品应用领域定位于公车站点，地铁站点，公共场所查询，初步价格定为1500到1800。经过市场调查，1500以上的公交查询系统产品，价格昂贵。而1500以下的产品虽然也有较强功能，但不支持无线网络。本人的“基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统”产品在1500产品的基础上加入无线传输与控制功能，支持无线网络。这样可以打开未来的市场。具体的参数如下：表2-2 产品参数表屏幕15 英寸 真彩液晶屏分辨率1024*768亮度250cd/m2对比450:1容量64M图片格式JPG BMP 无线Zigbee CC2430USB1.1视频AVI数据库SQLite3操作系统LINUX射频RC5002.3 系统模块 根据设计方案，本项目将整个系统划分为7个主要模块：基于ZigBee无线网络的智能公交站牌系统公交查询报站系统IC卡查询新闻广告视频播放时钟显示天气预报旅游导航按路线查询路线换乘查询按旅游景点查询按企业名称查询IC卡余额查询景点搜寻美食搜寻酒店查询珠海高校按站点查询 图2-1 系统模块图 IC卡查询模块 报站系统模块 公交查询模块 新闻广告视频播放模块 时钟显示模块 天气预报模块 旅游导航模块2.4 模块功能详细描述1.IC卡查询模块：模块功能描述IC卡余额查询通过感应IC卡，能查询显示当前卡内余额2.报站系统模块：模块功能描述Zigbee无线网络发送接收信号显示班次所到位置CC2430芯片实现通过按钮发生信号3.公交查询模块：模块功能描述按路线查询通过下拉菜单输入每个线路的线路号，可查询此条线路经过的所有站点及它首末班车时间和车费按站点查询通过下拉菜单输入站点名，可查询到所有经过此站点的线路及它们所经过的站点、车费、首末班车时间路线换乘查询通过下拉菜单输入起始站和终点站名，可查询到所有从起始站能到达终点站的乘车方法，所需车费及首末班车时间按旅游景点查询通过下拉菜单输入旅游景点的名，可查询该景点的简介、乘车方法，所需车费首末班车时间按企业名称查询通过下拉菜单输入企业名，可查询该企业的简介、乘车方法，所需车费首末班车时间4.新闻广告视频播放模块模块功能描述视频播放连续播放在播放列表中的新闻广告视频文件5.时钟显示模块模块功能描述时钟显示当前时间6.天气预报模块模块功能描述天气查询查询当天以及以后几天的天气信息情况7.旅游导航模块：模块功能描述景点搜寻搜寻出所找景点，并会介绍当地的旅游景点，风景区等等美食搜寻搜寻出所找美食，并会介绍当地的美食，以及美食的所在地点区珠海高校介绍珠海的高校，以及珠海大学城。酒店查询介绍当地的各种酒店宾馆，包括各酒店的特色以及地点和价格子模块：图片浏览浏览旅游景点，娱乐地方，美食等等的美图3 实现原理3.1 数据库实现原理嵌入式数据库SQLite是一个小型的C程序库，实现了独立的，可嵌入的，零配置的SQL数库引擎。本项目是通过SQLite3创建数据库，来实现公交查询和报站系统两个模块的功能。对于公交查询，本项目通过创建站点，路线，价格三个表，可以实现添加数据，查询数据，修改数据，删除数据。本项目通过界面进入公交查询，然后在界面上通过选择查询方式，选择然后通过下拉菜单选择信息，根据所选择的信息执行SQL语句后跟数据库里的信息相比较，其所对应的一行信息就是得到的结果。对于报站系统，本项目通过创建一个时间表，用来存放公车经过站点与站点之间所需要的大概时间，用于报站系统里面的时间的显示。3.2 视频播放实现原理本应用程序借助于MPLAYER来实现视频的播放，播放设计流程如下：创建进程 - 将进程与MPLAYER绑定 MPLAYER与PlayerWidget句柄绑定 - 带上播放参数 启动进程，并只要系统一运行就自动播放。3.3 Zigbee实现原理Zigbee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。与其他无线标准如802.11或802.16不同，Zigbee和802.15.4以250Kbps的最大传输速率承载有限的数据流量。Zigbee协议框架分为物理层，媒体接入层，网络/安全层，应用层。在MAC层上，主要沿用WLAN中802.11系列标准的CSMA/CA方式，以提高系统兼容性，所谓的CSMA/CA是在传输之前，会先检查信道是否有数据传输，若信道无数据传输，则开始进行数据传输，若产生碰撞，则稍后一段时间重传。 在网络层方面，ZigBee联盟制订可以采用星形和网状拓扑，也允许两者的组合，称为丛集树状。根据节点的不同角色，可分为全功能设备（Full-Function Device；FFD）与精简功能设备（Reduced-Function Device；RFD）。相较于FFD，RFD的电路较为简单且存储体容量较小。FFD的节点具备控制器（Controller）的功能，能够提供数据交换，而RFD则只能传送数据给FFD或从FFD接收数据。 ZigBee协议套件紧凑且简单，具体实现的硬件需求很低，8位微处理器80c51即可满足要求，全功能协议软件需要32K字节的ROM，最小功能协议软件需求大约4K字节的ROM。Zigbee自身的技术优势： 低功耗 低成本 低速率 近距离 短时延 网络容量大 数据传输可靠 本系统用ZigBee CC2430发送信号通过串口发送到PXA270开发板上，以实现报站系统。3.4 非接触式射频感应IC卡读卡原理非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围(通常为510mm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。1. 非接触性IC卡与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。二者之间的通讯频为13.56MHZ。非接触性IC卡本身是无源卡，当读写器对卡进行读写操作是，读写器发出的信号由两部分叠加组成:一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与本身的L/C产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读写器,完成一次读写操作。读写器则一般由单片机，专用智能模块和天线组成，并配有与PC的通讯接口，打印口，I/O口等，以便应用于不同的领域。2. 非接触性智能卡内部分区非接触性智能卡内部分为两部分:系统区(CDF)用户区(ADF)系统区:由卡片制造商和系统开发商及发卡机构使用。用户区:用于存放持卡人的有关数据信息。3. 与接触式IC卡相比较,非接触式卡具有以下优点:（1）可靠性高非接触式IC卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。此外，非接触式卡表面无裸露芯片，无须担心芯片脱落，静电击穿，弯曲损坏等问题，既便于卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。（2）操作方便由于非接触通讯，读写器在10CM范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡，非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以在任意方向掠过读写器表面，既可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。（3）防冲突非接触式卡中有快速防冲突机制,能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以“同时”处理多张非接触式IC卡。这提高了应用的并行性，无形中提高系统工作速度。（4）可以适合于多种应用非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器之间进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。接触式卡的存储器结构特点使它一卡多用，能运用于不同系统，用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。（5）加密性能好非接触式IC卡由IC芯片，感应天线组成，并完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分。非接触式IC卡的读写过程，通常由非接触型IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。非接触型IC卡本身是无源体，当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成:一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的L/C产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。由非接触式IC卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式， 都使数据读写过程更为简单。本系统通过非接触式IC卡RC500来实现IC卡查询功能，通过串口将数据传送到系统。4 硬件设计4.1 系统模块与硬件设计本系统的主要模块有： IC卡查询模块 报站系统模块 公交查询模块 新闻广告视频播放模块 时钟显示模块 天气预报模块 旅游导航模块本系统使用的硬件平台是由北京博创兴业科技有限公司开发的UP-TECHPXA270-S 实验平台以及触摸液晶屏；IC卡查询模块使用的硬件是射频卡RC500；报站系统模块使用的硬件是ZigBee CC2430蜂舞套件。4.2 开发平台PXA270 本次项目的设计使用的硬件平台是由北京博创兴业科技有限公司开发的UP-TECHPXA270-S 实验平台。UP-TECHPXA270-S 是基于Intel XSCALE 架构最新的PXA270 嵌入式微处理器。PXA270 最高主频可达624MHz，加入了Wireless MMX 技术，大大提升了多媒体处理能力；同时PXA270 还加入了Intel SpeedStep 动态电源管理技术，在保证CPU 性能的情况下，最大限度地降低移动设备功耗。PXA270可以广泛应用于PDA、智能手机、PMP 产品中。该平台主要是面向计算机、软件专业的高端平台，微处理器主频稳定运行在520MHz，采用1313mm VFBGA 封装，内部集成iwmmx 指令，加速处理器对多媒体数据的 处理速度。可运行Linux 2.4.x 和Linux 2.6.x 内核，支持QT/E、miniGUI 等嵌入式图形界面，提供完整的驱动和应用程序。既适合作为计算机、软件等专业开设嵌入式软件课程的教学平台，又适合广大从事PMP、PDA、智能手机的厂商和科研单位作为参考设计平台。270 核心板 CPUSDRAMNsnd FLASHNor FLASH总线隔离驱动电路触摸屏接口VGA输出1024*768 TFT 16bitLCD 液晶屏IC卡模块LCD双10/100网卡RJ45接口zigbee模块RTC实时钟IICUSB 1.1 DEVICEUSB 1.1 HOST4 端口 USB HUBDUSBHUSB图4-1 以PXA270为核心的系统架构4.3 触摸液晶屏 接在PXA270开发板上的触摸液晶屏，如图： 图4-2 15寸触摸液晶屏图4.4 Zigbee CC2430ZigBee CC2430是TI/ChipconAs公司最新推出的符合2.4G IEEE802.15.4标准的射频收发器，利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250 kbit/s可以实现多点对多点的快速组网。CC2430的主要性能参数如下： (1)工作频带范围：2.4002.483 5 GHz；(2)采用IEEE802.15.4规范要求的直接序列扩频方式； (3)数据速率达250 kbit/s码片速率达2 MChip/s； (4)采用o-QPSK调制方式；(5)超低电流消耗（RX:19.7mA,TX:17.4mA）高接收灵敏度（-99 dBm）； (6)抗邻频道干扰能力强(39 dB)； (7)内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器采用低电压供电(2.13.6V)； (8)输出功率编程可控； (9)IEEE802.15.4 MAC层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bit CRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR,CBCMAC,CCM)； (10)与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口)； (11)采用QLP-48封装，外形尺寸只有77mm。CC2430只需要极少的外围元器件，它的外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路3个部分。 下面是蜂舞Zigbee CC2430套件通讯模块：图4-3 蜂舞Zigbee CC2430套件4.5 射频IC卡RC500Philips公司的MF RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500支持ISO14443A所有的层，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动操作近距离的天线（可达100mm）；接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于ISO14443兼容的应答器信号；数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，它还支持快速CRYPTOI加密算法，用于验证Mifare系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性。MF RC500可方便的用于各种基于ISO/IEC 14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。MF RC500内部包括并行微控制器接口、双向。FIFO缓冲区、中断、数据处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。MF RC500的外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线(包含读写信号和中断等)和电源等。MF RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。它包含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出,为连接各种MCU提供了很大的灵活性。即使采用成本非常低的器件也能满足高速非接触式通信的要求。数据处理部分执行数据的并行串行转换。支持的帧包括CRC和奇偶校验。MF RC500以完全透明的模式进行操作因而支持IS014443A的所有层。状态和控制部分允许对器件进行配置以适应环境的影响,并将性能调节到最佳状态。当与Mifare Standard和Mifare通信时,使用高速CRYPTOI流密码单元和一个可靠的非易失性密匙存储器。模拟电路包含一个具有阻抗非常低的桥驱动器输出的发送部分。这使得最大操作距离可达100 mm，接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号。射频模块图：图4-4 RC500芯片图5 软件设计本系统软件设计包括整个系统软件结构设计以及各功能模块的详细设计。5.1 软件结构设计 系统软件结构设计如下： linux操作系统底层的搭建linux内核的裁减，编译，移植根据目标硬件平台编写驱动，整合进内核当中并编译USB/触摸屏驱动使用Qt4编程，借助Qt相关工具以及SQLite3编写应用层软件程序用户主界面视频播放器应用程序数据库调用程序报站系统应用程序Zigbee、无线网络等天气预报应用程序图片浏览程序图5-1 软件结构设计图用户界面用户界面，包括主界面和子模块界面用Qt Designer来设计，Qt Designer 有很强大的GUI控件编辑功能，是专门针对GUI设计开发的，可以比较容易的设计出精美的界面出来。其中，对于各个模块的详细设计流程将如下节详述。5.2 公交查询流程设计本项目通过嵌入式数据库SQLite3实现创建数据库，通过创建站点，路线，价格三个表，可以实现添加数据，查询数据，修改数据，删除数据，来实现公交查询功能。本项目通过界面进入公交查询，然后在界面上通过选择查询方式，选择然后通过下拉菜单选择信息，根据所选择的信息执行SQL语句后跟数据库里的信息相比较，其所对应的一行信息就是得到的结果。流程图如下：开始公交查询表达式=常量表达式1路线查询BREAK站点查询路线换乘查询BREAK表达式=常量表达式4表达式=常量表达式5表达式=常量表达式3旅游景点查询企业名称查询BREAKBREAKBREAK表达式=常量表达式2YNYYYNNNYN图5-2 公交查询系统流程图5.3 Zigbee应用Zigbee的基础是IEEE 802.15，但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：需要数据采集或监控的网点多；要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；要求数据传输可性高，安全性高；设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；电池供电；地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；现有移动网络的覆盖盲区；使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统；使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。值得注意的是，在已经发布的ZIGBEE V1.0中并没有规定具体的路由协议，具体协议由协议栈实现。本项目具体实现过程如下：通过串口实现通信。在平台上连接一个Zigbee CC2430套件，在公车上连接一个Zigbee CC2430套件，而且在每个公交站点都设置一个网点，公车每到一个站就发送信号到站点所设置网点，把数据信息传输到后台，系统把接收到得数据不断更新公车所到位置。本项目不仅搞站牌系统，也通过Zigbee CC2430套件做了一个公车报站系统，将两系统连接起来实现完整的公交站牌报站系统。所以本项目在公车报站系统装上Zigbee CC2430套件，通过发送信号，站牌系统就接受信号显示需要的信息。实现文件传输。并且在公车将要到站的时候，站牌系统会发送信号到公车上，以实现自动报站。此通信是双工通信。5.4 IC卡应用本项目用RC500当IC射频卡，通过驱动程序得到信号，当把IC卡移到RC500感应区里，信号将会发送，IC卡里面的数据将传送到RC500里，然后通过串口将数据传送到本系统里显示出来。实现IC卡余额查询。流程图如下：开 始系统初始化装载密码有卡进入卡合法读写卡操作数据存储有键按下按键处理上位机命令数据包发送显示驱动时基生成YNYYYNNN图5-3 IC卡余额查询流程图5.5 视频播放设计本项目的视频播放是通过Mplayer解码器来解压。图5-4 视频播放系统设计框图5.6 网络连接设计本项目的网络连接主用通过调用WebKit类来实现。WebKit 是一个开源浏览器网页排版引擎，与之相应的引擎有Gecko（Mozilla，Firefox 等使用的排版引擎）和Trident（也称为MSHTML，IE 使用的排版引擎）。同时WebKit 也是苹果Mac OS X 系统引擎框架版本的名称，主要用于Safari，Dashboard，Mail 和其他一些Mac OS X 程序。WebKit 所包含的 WebCore 排版引擎和 JSCore 引擎来自于 KDE 的 KHTML 和 KJS，当年苹果比较了 Gecko 和 KHTML 后，仍然选择了后者，就因为它拥有清晰的源码结构、极快的渲染速度。Webkit是苹果公司自己的内核，也是苹果的Safari浏览器使用的内核。 Webkit引擎包含WebCore排版引擎及JavascrptCore解析引擎，均是从KDE的KHTML及KJS引擎衍生而来，它们都是自由软件，在GPL条约下授权，同时支持BSD系统的开发。所以Webkit也是自由软件，同时开放源代码。QT内部包含有调用Webkit引擎的API，以实现网页浏览。本系统中调用webkit时主要的信号：webView = new QWebView;建立一个继承QwebView类的对象；webPage = webView-page();webview对象显示页面的变量。本项目的网络主要运用于天气预报功能。5.7 旅游导航流程设计旅游导航模块可分成查询游览美景、美食、高校和酒店四个子模块，来介绍当地的旅游信息和指南，方便游客出行参考，并有图片浏览的功能查看美图。开始旅游导航表达式=常量表达式1景点搜寻BREAK美食搜寻珠海高校BREAK表达式=常量表达式4表达式=常量表达式3酒店查询BREAKBREAK表达式=常量表达式2NYNNYNYY图5-5 旅游导航流程图5.7 图片浏览功能设计此部分的开发就涉及到了Qt 4中2D的绘图系统。它由三个主要的类支撑起整个框架：QPainter,QPaintDevice和QPainterEngine。QPainter 用来执行具体的绘图相关操作，QPaintDevice是用来绘图的绘图设备。QpaintEngine类提供了不同类型设备的接口，它对程序员不透明，由QPainter,QPaintDevice类与其进行交互。 Qt提供了4个处理图像的类，QImage,QPixmap,QBitmap和QPicture。它们有着各自的特点，QImage优化了I/O操作，可以直接存取操作纵像素数据；QPixmap主要用来在屏幕上显示图像；QBitmap从QPixmap继承，只能表示两种颜色；QPicture是可以记录和重放QPainter命令的类。在本项目中使用QPixmap绘图设备来绘制相片。QPixmap主要完成屏幕后台缓冲区绘图。通常QPainter在设备的坐标系统上绘制图形，但QPainter也支持坐标变换，它提供了多个图像格式转换函数，这些函数的使用也比较直观。可以通过QPainter：scale()函数进行比列变换，可以使用QPainter：rotate()函数进行旋转变换，平移变换则使用QPainter：translate()函数，不同的变换矩阵可以使用堆栈保存，用QPainter：save()保存变换矩阵到堆栈。6 交叉编译与环境配置6.1 Linux内核裁剪与烧写本系统使用Linux2.6内核，要进行内核裁剪，进入内核目录后输入命令： make gconfig 或make menuconfig 裁剪内核添加相关驱动： 1. 使目标平台上能够使用usb鼠标，选择、修改如下： Mmc support 选中 mmc block device driver 选中 intel pxa270 multimedia interface support 2. 使得目标平台上能够使用