手持电子导游系统的设计与实现.pdf

第 29卷 第 4期2006 年 8 月鞍 山 科 技 大 学 学 报Journal of Anshan University of Science and TechnologyVol.29 No.4Aug.,2006手持电子导游系统的设计与实现赵 骥,张学东(鞍山科技大学 计算机科学与工程学院,辽宁 鞍山114044)摘 要:本系统以 Sitsang 板为载体,移植了嵌入式 Linux 系统,利用其强大的外置设备和扩展接口,采用Motorola 的 MC68HC908AP64 单片机做红外信号发射控制端,终端通过接收特定的红外通讯信号实现景点定位,完成景点的音频和视频介绍。利用 GPRS 模块实现主机端与移动终端之间的交互通信。本系统已准确的实现旅游景点定位、音视频播放和主机与终端的无线通讯等功能。关键词:电子导游;红外;嵌入式 Linux;GPRS;驱动中图分类号:TP368.2:F590.63文献标识码:A 文章编号:1672-4410(2006)04-0381-03随着人们生活水平的提高,外出参观游览已经成为人们不可或缺的休闲方式。与此同时,人们不仅仅满足于走过、看过,更要对景点的历史渊源、人文背景等做以了解。虽然配置导游是个不错的解决方法,但是导游的存在也在某种程度上影响了游客游玩的自主性。因此电子辅助导游系统应运而生。国内外已有相应的的产品,美国的WDC 公司发明的便携式电子导游系统,国内的 Legend 也是基于GPS技术的电子导游系统。以上这些产品虽然可以实现景点定位和服务设施搜索等功能,但由于技术上的局限性,都存在定位不精确,存储的数据量小和信息不够详实准确等缺点。专门应用于旅游景点,对具体的景点进行详实准确的讲解和对景区内的服务设施进行准确定位和介绍的手持电子设备还没有成型的产品。本系统通过采用先进的通讯技术,弥补了上述产品的不足。一方面,帮助游客享受到更多的游玩乐趣,得到深入、更具底蕴的游览收获;另一方面,还可以帮助景区的管理服务部门更好的掌握景区状况,合理的控制引导游客,有效地利用好景区的设施,并给游客提供及时有效的服务和帮助。1 系统功能描述系统以千山风景区为应用实例设计,以 Sitsang 板为载体,利用其提供的强大运算能力和丰富的外围设备接口,实现了红外景点识别,音频视频播放,无线通信控制等多种功能。可帮助游客自由、自主地完成景区的游览。电子导游系统的主要功能如下:(1)导游功能。展示景区地图、记录游客所走的旅游路线,给出建议路线和下一参观景点。标记景区内固定的和移动的服务场所或设施的位置。能识别游客所到的景点,同时向游客提供该景点相应的影音资料介绍。(2)通信功能。实时掌握景区各景点人流情况,帮助游客避开拥挤景点,合理的安排行程路线。主控端(景区管理部门)可以向各导游终端发送消息或通知来控制、引导景区内的游客。游客可以通过终端向主控端发送求助信息(此信息包含游客所在位置),使得游客能够得到及时的帮助和服务。2 系统方案设计系统的总体结构如图 1 所示,针对嵌入式系统的特点,采用了 Linux 作为操作系统平台。建立了基于Sitsang 板的嵌入式 Linux 操作系统,系统的 GUI 界面由 Qt embedded 2.3.2 实现。与同类产品相比有很高的系统稳定性。收稿日期:2005-09-07。基金项目:鞍山市科技局资助项目(2005DX17)。作者简介:赵骥(1974-),男,辽宁鞍山人,讲师。图 1系统结构示意图Fig.1Diagramatic sketch of system structure 考虑需要传送的数据不是太大,系统设计时,无线通信采用了 GPRS 方式。GPRS 直接利用中国移动的 GSM 网络,大部分情况下不用增加任何基站设备。采用此方式既提高了系统的稳定性又降低了开发成本。其中作为存储设备的 U 盘通过 usb 接口与终端 Sitsang 板相连接。GPRS 模块通过串口挂接在终端上,与已登陆 Intemet 主控 PC 通过网络相连接。板上自带的红外模块与标识景点的红外发射模块通过红外相互通信。终端还可以在主控 PC 处利用 usb 接口方便的升级维护,与同类产品相比,提高了系统的可维护性。3 系统功能的设计与实现3.1音频视频播放的实现 Sitsang 板提供了丰富的硬件资源,完全可以满足进行多媒体开发的要求。本部分的最终成果是完成了一个可以在 Sitsang 开发板上运行的多媒体播放程序。它支持 MP3 音频和 MPEG4 视频,可以实现声音和图像的同步,运行时仅占用 50%左右的CPU 资源。系统音频采用 MPEG-Layer格式,视频采用MPEG4 格式。因为 MP3 格式现在比较流行,资料容易获得,而 MPEG4 则具有很高的压缩比,对于容量有限的 Sitsang 平台,是一个很不错的选择。播放程序嵌在系统内部,只要能为游客播放预先所存的音频视频即可,所以数据文件不需要使用 AVl 格式,而是将音频视频数据分别存放在.mp3 和.cmp 文件中,数据从文件读出后就可以直接送到解码器进行解码。在 Linux 中设备全部被映射成了文件,使用标准的文件操作函数就可以对设备进行读写。在 Sit-sang 板的嵌入式 Linux 系统中与多媒体播放相关的两个设备文件为/dev/dsp 和/dev/fb0,分别对应于Sitsang 板上的 AC97 和 LCD 显示屏。对这两个文件进行操作就可以实现声音图像的输出。主程序流程如图 2 所示。图 2主程序流程图Fig.2Main program flow chart3.2红外定位模块的实现为了达到导游终端能自动识别游客所抵达的景点这一目标,在每个景点入口的必经之处安装了一个红外无线发射器,每个景点的发射器发射不同的地址码(景区 ID,由拨位开关控制),这个无线发射器每隔 1 s自动向外发射一次,移动终端的红外模块始终处于接收状态。当游客携带着终端经过一个新景点入口处的无线发射器时,就会接收到代表这个景点的关键字,终端将会把存储在外部存储器上的与这个景点相关的资料自动调入到内存中而无需游客手工操作,当进入景点时播放的音视频文件就是从内存中调入的当前景点的具体资料,这样在尽可能减小成本的情况下,既解决了内存浪费的问题,又解382鞍 山 科 技 大 学 学 报 第 29卷决了直接从外部存储器上读取信息而影响到播放不连续的问题,提高了系统的性能。红外发射器的设计和在 Linux 下 IrDA 模块的设计:IrDA 是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通信技术,适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接,尤其是嵌入式系统。在设计中,无线发射器的作用只是发射一个景点地址码,以触发 CPU 执行相应的程序去把存储在外部存储器上的与本景点相关的资料调入内存。进一步考虑到成本和可靠性,所以最终在设计中采用通信速率在 9 600 bps的SIR(Serial Infrared,串行红外协议)作为本设计的通信协议。系统采用 MC68HC908AP64 单片机做为红外发射控制端,与其它的 MCU 相比最重要的是它内部集成有 UART 单元及其接口,支持 IrDA 标准,有红外接口可以直接与红外收发体系连接。可以直接驱动 HSDL-3200,片上的其它资源包含了发射机部分的全部需要,并且廉价、低功耗。3.3无线通信控制模块无线通信控制模块采用 GPRS 模块实现,通过它与控制端通讯。使用的 GPRS 模块是深圳倚天科技生产的 ETPro+,该模块内嵌了 TCP/IP 协议栈,并简化了接口设计,屏蔽了 MC35 的复杂接口方式和接口协议栈,取而代之的是通用的 RS-232 接口和简单的 AT 命令交互界面。ETPro+内部由四部分构成:嵌入式 TCP/IP 单片机系统、GPRS 模块、电源部分、外部接口部分。电源部分分为单片机系统和 GPRS 模块提供合适的电源;嵌入式单片机系统内嵌了完整的 TCP/IP 协议,负责将用户数据打包成 TCP/IP 数据,或者将 TCP/IP 包剥离为用户数据;GPRS 模块负责无线数据通讯;外部接口部分包括一个 20 pin 接口、GSC 天线接口、SIM 卡座接口。ETPro+内部包含嵌入式 TCP/IP 单片机系统部分和GPRS 模块,它们之间是串口连接(Serial2),用户上位机与 ETPro+也是串口连接(Serial 1),这两个串口连接可以进行独立配置和操作(例如波特率和流控制方式)。所有的 Internet 参数和 GPRS 通信参数都通过软件设置(AT/AT+i 指令集)实现。3.4控制端说明 电子导游控制端运行于 PC 机上,作为移动端的服务程序,要求该 PC 机具有一个公网的 IP。控制端的作用有:游客的入园登记、景点参观统计(可以给移动端返回景点的人流情况,或者统计游客参观过的景点做最后收费用)、消息发送(由主控端向移动端发送各种类型的消息)、接受紧急求助(移动端可以向主控端发出求救信息)、资料更新等作用。4 结 语本电子导游系统是针对固定区域旅游景点而设计的,可以满足旅客自助旅游的需要,并帮助景区管理部门对整个景区进行管理和调控。系统可以应用于主题公园、游乐场、自然风景区、历史名胜古迹、博物馆、大型的汇展场合。参 考 文 献:1 RUIBINI Alessandro.Linux Device Drivers:2nd Edition M.New York:O RELLY Press,2001:45-116.2 ARM 公司.ARM Developer Suite Version 1.0.1 Debuggers Guide M.Boston:ARM company,2000:8-20.3 ADDISON Darrick.The Application of Embedded Linux M.New York:Computer Application,2001:21-186.4 Intel 公司.Intel XScale Microarchitecture for the PXA255 and PXA210 Application Processor Developer s Manual M.New York:Intel Company,2002:1-49.5 ARM Company.IrDA Data 1.2 Compliant 115.2 kb/s lnfrared Transceiver M.Boston:Birkhauer,1996:2-4.6 GRIFFITH Arthur.KDE2/Qt 编程宝典 M.高寿福 译.北京:电子工业出版社,2002:8-10.7 RUSLING David A.Linux 编程白皮书 M.朱珂 译.北京:机械工业出版社,2001:1.8 李善平.Linux 与嵌入式操作系统 M.北京:清华大学出版社,2002:2-386.9 张友德.M68HC08 系列单片机原理与应用 M.上海:复旦大学出版社,2001:42-45.下转第 390 页383第 4 期 赵骥,等:手持电子导游系统的设计与实现4 结 语随着网络上各种业务(如电子商务、未来 PDA 股票在线交易等)的迅速开展,对网络安全性和机密性的要求越来越高,IPsec 的应用也将越来越广泛,加之 LINUX 平台的开放性和经济性,基于 IPSEC 的VPN 将越来越受到各大公司的青睐。对于具有多级子网的高校、集团公司、政府部门等,本文提出的非对称 VPN 将很有帮助。相信随着 IPSEC 协议规范的完整,VPN 技术的成熟,我国将开创 VPN 的新局面。参 考 文 献:1 戴宗坤,唐三平.VPN 与网络安全 M.北京:电子工业出版社,2002:5,6,9,10.2 DAVIS C R.IPSecVPN 的安全实施 M.周水彬,等 译.北京:清华大学出版社,2001:234-239.3 DORASWAM Y N,HARKINS D,et a1.IPSec:the New Security Standard for the Internet Virtual Private Networks M.New Jersey:Prentice Hall PTR,1998:6-8.4 UNIX-Guo.基于 IPSec 的虚拟专用网在 Unix 上的组建 EB/OL 陈兵,顾其威,丁秋林.非对称 VPN 体系研究 J.小型微型计算机系统,2004(3):27-29.Design on unsymmetrical VPN based IPsec under LinuxLONG Yan-bin,WANG Li-jun(School of Computer Science and Engineering,Anshan University of Science and Technology,Anshan 114044,China)Abstract:In order to solve the problem of high cost and low package transform efficiency in the environmentof multiple subnets,a unsymmetrical VPN security mechanism based on IP security protocols under Linuxstructure was presented,which can provide integration,security,authentication and non-repudiation servicesat the network layer by using authenticaiton,access authority and the routing relay.Furthermore,it can de-crease the system cost and increase the package transform efficiency.Key words:virtual private network;Internet;security protocol;network security(Received October 10,2004)上接第 383 页 10 陈章龙,唐志强,涂时亮.嵌入式技术与系统 Intel XScale 结构与开发 M.北京:北京航空航天大学出版社,2004:2,359-386.Design and implement of palm E-guide systemZHAO Ji,ZHANG Xue-dong(School of Computer Science and Engineering,Anshan University of Science and Technology,Anshan 114044,China)Abstract:E-guide makes full use of the outstanding computing power and a wide variety of hardware inter-face support from Sitsang.Linux was transplanted on the Sitsang as its os.MCU of MC68HC908AP64 wasused to make IrDA module.And the handheld devices distinguish different tour places by receiving specialinfranred codes.With GPRS system,the central administration can achieve real time communication withhandheld devices.The system has achieved the integration of infra-red orientation,multimedia display,wire-less communication and other features.Key words:E-guide;IrDA;Embed Linux;GPRS;driver(Received September 7,2005)390 鞍 山 科 技 大 学 学 报 第 29 卷