基于GPRS的自動售貨機無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、基于GPRS的自動售貨機無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)                        摘要：本設(shè)計利用通訊領(lǐng)域的前沿技術(shù)GPRS網(wǎng)絡(luò)，采用能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程測控的GPRS模塊，以實現(xiàn)自動售貨機的遠(yuǎn)程管理。 關(guān)鍵詞：自動售貨機；MDB；GPRS；SIM300C 引言： 自動售貨是20世紀(jì)70年代在日本、歐美發(fā)展起來的一種全新的消費方式，自動售貨機又被稱

2、為24小時營業(yè)的微型自助超市，它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機在國內(nèi)迅速普及，逐漸被越來越多的消費者所接受。但由于售貨機分布零散、范圍廣闊的特點，自動售貨機在為消費者帶來方便的同時，也為經(jīng)營者在監(jiān)控、管理、維護等方面帶來很大的不便。目前售貨機運行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機機械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費時費力，又無法及時準(zhǔn)確獲取自動售貨機狀態(tài)報告，給經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費者的正常消費造成不便。 本系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)可以使自動售貨機的經(jīng)營者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計的銷售狀況進行商品銷

3、售狀況分析，預(yù)測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，以期獲得最高的投資回報率。同時售貨機的一些故障信息和警報信息可以實時的傳送到相應(yīng)運營人員，從而可以在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題。 1 GPRS通信 1.1 GPRS通訊技術(shù)優(yōu)勢 在自動售貨機無線管理系統(tǒng)實現(xiàn)的前期，大部分都是采用GSM（Global System for Mobile Communications）通信技術(shù)來實現(xiàn)的，GSM是一種電路交換系統(tǒng)，通常使用短信形式傳送數(shù)據(jù)：用戶發(fā)出的短消息首先被發(fā)送到短信息中心的服務(wù)器中，然后短信中心的服務(wù)器對所收到的短消息進行排隊處理，按順序再發(fā)送給相應(yīng)的接收用戶終端，很容易發(fā)生短消息擁塞，造

4、成短消息丟失，同時短消息在短消息中心服務(wù)器中保留的時間也有一定的期限，無法做到“實時在線”、“按量計費”，另外每一條短消息只能傳送140個字節(jié)，大大限制了使用的靈活性和應(yīng)用范圍，增加了通信成本。 GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的簡稱，是在GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的分組數(shù)據(jù)承載和傳輸業(yè)務(wù)。GPRS與GSM系統(tǒng)最根本的區(qū)別是，GSM是一種電路交換系統(tǒng)，而GPRS是一種分組交換系統(tǒng)，具有"高速"和"永遠(yuǎn)在線"的優(yōu)點。與GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢，更有效的利用無線網(wǎng)絡(luò)信道

5、資源，特別適用于間歇、非周期數(shù)據(jù)傳輸、少量的數(shù)據(jù)傳輸，較大容量數(shù)據(jù)不頻繁傳輸?shù)取PRS的技術(shù)優(yōu)勢資源利用率高，接入時間短，支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議，收費合理等。 GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中增加 GGSN和SGSN 來實現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1.2 GPRS通信模塊的TCP/IP協(xié)議及AT指令 目前市場上的主流通信模塊大都內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，只要通過幾條AT指令就可連接到INTERNET，實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送，如果使用APN網(wǎng)還可以維持終端的IP地址和端口，實現(xiàn)實時的雙向通信，現(xiàn)將筆者采用的SIMCOM公司的SIM300模塊中常用的AT指

6、令列表如下： 如果數(shù)據(jù)中心有數(shù)據(jù)發(fā)送到通信模塊，數(shù)據(jù)將自動的接收，通過串口發(fā)送到單片機系統(tǒng)，如果需要還可以通過上述的AT+CIPHEAD指令來設(shè)置數(shù)據(jù)的禎頭信息。 2自動售貨機接口 售貨機是通過MDB協(xié)議協(xié)調(diào)主控制器（VMC）與多個外設(shè)之間通信，本系統(tǒng)也是通過MDB協(xié)議同售貨機通信的，以下介紹一下MDB協(xié)議。 2.1 MDB協(xié)議的實現(xiàn) MDB接口實際上是工作于9600波特率的主從型串行總線接口，所外圍設(shè)備（例如硬幣機、讀鈔機、讀卡器等）均為主控制器（傳統(tǒng)上稱售貨機控制器VMC）的從機。所有外圍設(shè)備與VMC之間的通信方式都一致。 MDB協(xié)議的串行位格式為：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個方式位與1個

7、停止位，共11位。位傳遞的順序如圖2所示。其中方式位根據(jù)傳遞的方式不同置0或置1。在MDB總線上，VMC通過廣播方式向外發(fā)送命令。第一字節(jié)為地址字節(jié)（實際上只有高5位尋址信息，低3位為對外設(shè)的指令），該字節(jié)被所有的外設(shè)讀取，但只有符合地址字節(jié)所指定的外設(shè)才處理其后的數(shù)據(jù)字節(jié)，并做出反應(yīng)。在VMC到外設(shè)的數(shù)據(jù)中，地址字節(jié)的方式位被置1，數(shù)據(jù)字節(jié)的方式位被置0，外設(shè)通過檢驗接收到的方式位確認(rèn)是地址命令還是數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)從外設(shè)發(fā)送到主機時，最后送出的字節(jié)方式位被置1，標(biāo)志著數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。 VMC向外設(shè)傳送的指令由一個地址字節(jié)、一些可選的數(shù)據(jù)字節(jié)與一個校驗和（CHK）字節(jié)構(gòu)成。發(fā)送指令后，外設(shè)應(yīng)答VMC

8、的通信塊可以由一個數(shù)據(jù)塊和一個CHK字節(jié)組成，或者一個應(yīng)答字節(jié)（ACK），或者一個無應(yīng)答字節(jié)（NAK）。如果外設(shè)應(yīng)答數(shù)據(jù)塊的話，VMC將通過一個應(yīng)答字節(jié)（ACK）、無應(yīng)答字節(jié)（NAK）或得發(fā)字節(jié) （RET）應(yīng)答外設(shè)傳回的數(shù)據(jù)。 圖3至圖6為幾個典型的會話例子，其中“*”表示傳送時方式位置1，“ADD”表示地址字節(jié)，“CHK”表示傳送數(shù)據(jù)的校驗和。 2.2主要功能的實現(xiàn) 管理員設(shè)置模式檢測：當(dāng)維護員進行維護時，要先將主板上的撥碼開關(guān)撥至維護模式；維護完成后再撥回銷售模式。否則主板會檢測到模式錯誤并及時通知控制中心。 故障信息和檢測：若售貨機終端的主要機械部分出現(xiàn)故障而不能及時發(fā)送特定的信號給控制

9、中心，就說明該部分設(shè)備處于不工作或不正常的工作狀態(tài)。如當(dāng)紙幣機、硬幣機出現(xiàn)故障時，主板CPU會接收到相應(yīng)的錯誤信息，并對錯誤信息解析后發(fā)給控制中心。 缺貨、缺幣報警：當(dāng)售貨機料道的某種商品臨近缺貨或硬幣機內(nèi)的硬幣數(shù)量少于一定值時，系統(tǒng)會及時發(fā)送報警信號通知控制中心，以便得到及時的補充。 售賣信息：當(dāng)有售賣操作發(fā)生時，中空板將相應(yīng)的信息按照MDB協(xié)議數(shù)據(jù)。 3 系統(tǒng)組成和實現(xiàn)方式 3.1 硬件部分 （1）硬件組成 自動售貨機接口系統(tǒng)部分的硬件主要由單片機部分、GPRS模塊部分、數(shù)據(jù)存儲部分、電源部分以及時鐘部分。 單片機部分：選用美國Cygnal公司的C8051F023，該芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個單

10、片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件，為設(shè)計小體積、低功耗、高可靠性、高性能的單片機應(yīng)用系統(tǒng)提供了方便。 GPRS模塊部分：選用SIMCOM公司的SIM300C，且操作非常簡單，價格便宜，內(nèi)嵌TCP.IP協(xié)議，大大降低了開發(fā)時間。 數(shù)據(jù)存儲部分：選用美國ATMEL公司的AT24C256，該芯片可以進行100，000次擦寫，斷電后可保存數(shù)據(jù)100年，可以有效保存通信參數(shù)，售賣信息，故障等相關(guān)信息。 電源部分：為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)給SIM300C單獨供電，SIM300C采用NS公司的LM1085-ADJ，3.6V供電，單片機等其他部分用LM1085-3.3供電。 &

11、#160;                            時鐘部分：選用DALLAS公司的DS12C887，可以利用其周期性中斷和多頻率輸出的方波來控制數(shù)據(jù)的定時發(fā)送。 3.2 軟件部分 該軟件采用C語言完成，主要有初始化模塊，中斷服務(wù)模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送，接受數(shù)據(jù)處理五個部分組成： 初始化模塊：設(shè)置通信參數(shù)（I

12、P,端口，APN），有無未發(fā)送的售貨機信息等，設(shè)置通信模塊的初始參數(shù)，定時器、串口、中斷、時鐘芯片等的初始化工作。 中斷模塊：定時器中斷，串口數(shù)據(jù)發(fā)送接收中斷，時鐘芯片中斷等。 數(shù)據(jù)處理：售貨機售賣信息，貨物狀態(tài)信息，料道故障信息，紙幣器、硬幣器故障，以及售貨機和本系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)處理。 數(shù)據(jù)發(fā)送：將售貨機相關(guān)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，如果采用公網(wǎng)作為通信載體，還需要發(fā)送維持網(wǎng)絡(luò)連接的脈沖信息等。為了保證數(shù)據(jù)發(fā)送的可靠性，數(shù)據(jù)發(fā)送部分還包括在未收到數(shù)據(jù)中心的應(yīng)答信息所采用的重發(fā)機制。 數(shù)據(jù)接收：接受來自數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，并根據(jù)協(xié)議解析、處理。 在數(shù)據(jù)傳輸可靠性方面，我們對數(shù)據(jù)采取先存儲后轉(zhuǎn)發(fā)的機制，并且

13、在數(shù)據(jù)傳輸時采用握手協(xié)議，控制中心在收到上行數(shù)據(jù)幀后，應(yīng)在約定的時間內(nèi)發(fā)送回應(yīng)信息給接口模塊，如果模塊在約定的時間內(nèi)未收到回應(yīng)信息，則應(yīng)該繼續(xù)發(fā)送該幀數(shù)據(jù)，直到收到為止。 4控制中心部分部分設(shè)計 4.1 系統(tǒng)運行環(huán)境 OS: Windows 2000 server 數(shù)據(jù)庫：SQL SERVER 硬件要求：CPU:PIII 800M以上 內(nèi)存：128M 硬盤：10G以上 4.2 系統(tǒng)運行設(shè)計上的限制 自動售貨機無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)必須遵循B-S-S三層架構(gòu)。 為提高數(shù)據(jù)庫訪問效率，服務(wù)器端必須采用ODBC數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)。 軟件開發(fā)必須遵守公司的ISO 9001規(guī)范。 數(shù)據(jù)通信模塊通過UDP協(xié)議接收

14、發(fā)送數(shù)據(jù)。 軟件的外部數(shù)據(jù)接口必須基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如Txt、DBF、XML或API、COM+等。 4.3 系統(tǒng)外部接口要求 （1）軟件接口 嚴(yán)格參照：VMCTX中所規(guī)定數(shù)據(jù)接口 （2）通訊接口 運營商及其業(yè)務(wù)客戶端通過Modem、DDN、ADSL或?qū)拵ЬW(wǎng)接入Internet； 服務(wù)器（計算機控制中心）通過DDN,ADSL、光纖、或?qū)拵ЬW(wǎng)掛接Internet； 自動售貨機通信模塊通過GPRS無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)掛接Internet； 自動售貨機通信模塊通過UDP通信協(xié)議完成和系統(tǒng)服務(wù)器（計算機控制中心）的數(shù)據(jù)傳輸。 4.4 系統(tǒng)實現(xiàn)功能 控制中心軟件主要部分和實現(xiàn)功能如下： 實時監(jiān)控，實現(xiàn)基本信息管理：

15、以數(shù)字、表格、圖形等方式顯示售貨機的狀態(tài)， 實現(xiàn)對自動售貨機基本信息、商品基本信息、貨幣基本信息、自動售貨機的料道基本信息等的管理。 聯(lián)網(wǎng)通信模塊，實現(xiàn)報警檢測和任務(wù)調(diào)度：監(jiān)控中心通過GPRS通信模塊自動查詢售貨機終端的運行狀態(tài)。當(dāng)售貨機出現(xiàn)故障時，除報警外，還以短信的形式將報警信息發(fā)送給維護員以便及時得到處理。 接收通信數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、核對、解析和深層挖掘:通過對售貨機銷售情況的實時檢測，實現(xiàn)按商品、售貨機、營業(yè)地區(qū)、營業(yè)時間段等為分類條件的多種組合查詢或統(tǒng)計，并進行核對和解析，并可進一步進行深層次的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，為商家提供隱藏在大量積累數(shù)據(jù)中的商業(yè)信息。 實現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制和維護：如控制關(guān)機、吐貨、各種控制參數(shù)