基于短消息的自动售货机系统设计【自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书】.zip
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目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪 论11.1研究背景11.2国内外现状研究11.3研究目的和意义21.4研究内容及论文章节安排22 系统总体设计42.1 系统方案论证42.2 系统设计原则42.3系统总体设计方案52.3.1 系统总体结构52.3.2 系统工作原理53 自动售货机技术简介73.1 售货机工作原理73.2 自动售货机控制子系统简述74 GSM相关技术及原理94.1 GSM通信技术94.1.1 GSM简介94.1.2 GSM系统的特点94.2 短消息业务94.2.1 短消息定义94.2.2 短消息业务的特点95 系统硬件设计105.1 硬件结构原理115.2 STC89C52单片机主控芯片简介115.2.1 单片机最小系统115.2.2 单片机主要功能特性125.2.3 单片机引脚功能125.3 LCD1602液晶显示模块145.3.1 LCD1602液晶显示模块简介145.3.2 LCD1602液晶显示模块操作指令集155.4 SIM900A短信模块165.4.1 SIM900A模块简介175.4.2 SIM900A模块接口原理图175.5 单片机与SIM900A硬件连接175.5.1 单片机与SIM900A硬件连接原理185.5.2相关AT指令和SMS编码方式185.6 串口通信模块195.6.1 串口通信原理及协议195.6.2 发送短消息195.6.3 接收短消息216 系统软件设计216.1 系统整体软件设计226.2 主要程序软件设计236.2.1 液晶显示程序236.2.2 矩阵键盘程序246.2.3 串口发送程序267 监控界面实现277.1 开发平台以及开发工具287.2 系统下载与调试297.2.1 系统下载297.2.2 硬件调试307.3 监控界面30参考文献31附 录32致谢34V基于短消息的自动售货机系统设计摘 要 自动售货机是当今社会飞速发展的必然产物,它能够使城市更加美观同时提高经济发展速度。而自动售货机由于本身机械结构复杂、容易发生故障、分布较广泛且易缺货等自身缺点制约了整个行业的发展，大规模的自动售货机管理问题愈发突出。为了解决以上问题,本课题提出了基于GSM短消息的自动售货机系统设计。一方面能够对自动售货机的运行状况做到及时掌控，为自动售货机的经销商提供一种自动化、集约化的经营管理方式，在降低成本的同时提高经济效益，另一方面，该设计也为消费者提供了一个可以随时随地发送短信了解自动售货机的销售情况的平台。本论文主要从以下几个角度研究:1、 介绍GSM短信的相关技术及其原理，对该系统进行需求分析。从功能性和非功能性两个方面具体介绍，做出总体性方案设计，确定系统开发环境。2、 从硬件设计、软件设计两个方面进行设计。硬件部分使用52单片机模拟收集自动售货机终端功能包括：故障数据、缺货数据、命令数据等；接着，选取SIM900A模块作为通信模块，分析串口的AT指令及其编码方式，具体详细地介绍串口通信的通信方法、原理及编程方法；最后，分析PC机监控软件与上位机远程通信过程及介绍生成监控界面的方法，完成软件设计。 关键词：52单片机；GSM模块；串口通信The vending machine system design based on short messageAbstractThe vending machine is the inevitable outcome of the progress in modern society, it beautifies the city life and promotes the economic development. Due to the complexity of mechanical structure, prone to failure, shortcomings such as the wide distribution and easily out of stock restrict the development of the industry, lead to the vending machine management problems become more and more serious. Based on these problems, this topic proposed a vending machine system design based on short message. On the one hand, the function of the vending timely grasp the running situation and provide a intensive and automic way for the vending machine operators.It can also reduce the management cost and improve the economic benefit. On the other hand, the vending machine can also provide consumers with a way that we can know the situation of vending machine goods at any time and be anywhere. This thesis mainly studies the following aspects of content:1.This thesis introduces the principle of GSM technology and the demand analysis. We can make overall design scheme of system and determine the system development environment in two aspects of functional and non-functional. 2.We can design from two aspects of hardware and software. In hardware,we use 52 microcomputer to collect vending machine terminal information such as failure data, out of stock data and command data. Secondly, we can select SIM900A chip as the GSM communication module and analyze the AT command and encoding in a serial port. At the same time, we can introduce the methods of communication, communication theory and programming methods in serial communication. Then, I will analyze the remote communication process of the PC monitoring software and the computer. Finally, I will introduce the method of generate the monitoring interface to complete the software design. Key words: 52 microcontroller; GSM module; a serial port communication1 绪 论1.1研究背景自助服务行业的概念是最近几年才在国内兴起的，相比于其他行业，它算是一个比较新颖的领域了，在它的基础上形成的自助服务行业更是是国际上迅速发展起来的新兴行业，虽然自助形式的服务起步比较晚，但是市场占有率逐年提升，潜力巨大。然而，自助服务业也不是毫无瑕疵的，它在管理数据等方面相比国外有所落后。就拿自动售货机来说，它方便、直观，便捷生活，这些优势使其在全球各商业聚集地甚至街边教室等地方迅速发展普及。而自动售货机本身复杂的机械结构、易发生故障、分布松散且易缺货等缺点制约了整个行业的发展，最后出现管理工作量大、人工投入高、后期维护工作量大等问题，特别地，出现故障或缺货时也不能做到及时处理；虽然可以设置服务电话，但也无法保证及时、准确的补货和故障处理。因此，由于自动售货机普及速度日益加快，它的的管理和维护也日益成为我们需要关心的重难点。1.2国内外现状研究由于技术程度和成长时间等原因影响，国内自动售货机的发展水平与国外的水平还存在着一定的差距，目前，国外的自动售货机行业在性能和功能方面相比国内显得更完善，更能体现人机交互性和智能性。著名的可口可乐公司旗下生产的自动售货机除了可以正常售卖饮料外，还可以与消费者进行互动，互动完成后消费者还能得到相应奖品。特别地，海外的售货机在监控运营管理方面差不多都完成了智能化、信息化的研究开发，远程监控管理系统方面因为经验丰富获得较为成熟的发展。国内的自动售货机行业相比其他领域起步更晚些，但是随着时间的推进，在行业内的进步表现可圈可点。关于货机的终端设计与信息采集，已经做到精确控制，设计工艺和检测识别这两方面做的也较为突出。除此之外，商品显示上，直接从实物显示转变为电子屏幕显示，缓解了消费者产生的视觉负担，展示所有商品的具体信息（如生产日期、商品成分和保质期等），方便购物，富有人性化；支付付款上，国内也有多种支付方法，传统的纸币、硬币，智能IC卡支付和手机网上支付等；本次研究的重点即监控管理方面，也由最开始的人工管理补货、修复的做法渐渐转化为智能化和信息化的方便模式，进阶化为远程终端监控管理系统，在远程监控方面，国内做的比较好的、比较有代表性的公司是金码公司，该公司全新推出的智能自动售货机能够完美地实现远程监控功能，在业界颇受好评。这些监控系统极大地提高了售货机的终端监控效率，有利于促进我国售货机在远程监控方面的发展。1.3研究目的和意义 现代科学技术飞速发展，网络通信技术在各大领域都能有所涉及。自动售货机自身具有便利性同时还具备其余优势，但也存在需要改变完善的方面。一方面，当自动售货机运行使用后，会根据客户人群而分散分布在城市各角落，由此产生的分布松散性缺点对运营商来说是极为不便的。经销商没有办法及时了解分散在各地的售货机的缺省、销售和故障情况，造成消费者无法快捷消费的状况，大大降低了经济收益；另一方面，售货机自身的运行方式也相对复杂，按键选择性多、结算方式多、货币辨认难度大等等，以致售货机内部各部件与主板的程序都不能出现差错，否则就会影响售货机的正常运营。为解决上述问题，我们可以引进GSM技术。借助GSM模块，利用串口通信技术将售机的终端信息如销售情况、缺货情况以及故障信息等传递至GSM串口，再利用GSM模块将该信息传至上位机，做到实施监控，节省了大量的人力和时间，工作人员发现缺货后也能进行供货服务，能快速有效地提高工作效率。就消费者而言，快节奏的生活使我们更倾向于快餐式的便捷服务，而基于短消息的自动售货机就是这种方便的自助服务。当消费者没有电脑或不便上网时，就可以通过手机发送短消息来查询货机目前余留货品的情况并进行选择购买。因此，基于短消息的自动售货机系统可以在单片机端发送短信，在上位机处接收到短信来源及内容等信息，实现货机状态和手机短信的相互通信，实现查询货品销售情况的功能，同时也为运营商提供了一种智能化、集约化的经营管理方式，节约成本同时又能增加经济来源、提高经济效益，最终形成双赢的局面。1.4研究内容及论文章节安排本文主要应用了单片机开发板以及移动数字通信网络结合无线通信模块SIM900A实现对自动售货机的终端远程监控，使用短消息模块进行串口通信，通过手机或PC机就能实时了解货机销售、故障等情况，便利我们的生活。本文由以下几个章节组成：第一章：论述本课题相关背景以及该行业在国内外的发展现状并简要阐述了本次研究的目的和意义。第二章：根据自动售货机设计的需求提出研究方案，确定整个系统的设计方案可行性。第三章：简要介绍了自动售货机的工作流程和硬件框架以及控制子系统的工作模式。第四章：详细论述GSM网络的特点、功能、体系构造以及传输信道,其中重点讨论了短消息系统的传输原理、网络构造，还简单介绍了短消息收发过程，为第五章设计GSM模块的串口程序做铺垫。第五章：系统硬件设计部分，主要介绍了单片机模块基本原理、液晶显示模块对货机终端信息采集原理，讨论了SIM900A模块的外围使用接口设计，说明它的外围电路以及与单片机串口连接情况，通信模块简要介绍了相关的AT指令。第六章：系统软件设计部分，画出系统主程序及子程序整体流程，对串口模块和液晶显示模块软件部分画了流程图并对按键模块程序代码做了说明。第七章：监控界面设计，首先对开发平台以及开发工具的选择缘由做了说明，指出开发平台与开发工具的优势，其次就如何使用进行程序下载与实物硬件调试做出介绍，最后使用Labview编程完成信息接收、指令发送、数据显示保存并设计监控界面。372 系统总体设计2.1 系统方案论证售货机终端方面：售货机功能强大，但其背后蕴含着复杂的逻辑结构，包括通过传感器识别货币真伪、显示货币的面值、饮料出货的货道选择、找零退币等环节，由于技术难度限制，本课题只研究如何模拟购买饮料以及商品出货、故障等方面的设计。硬件主控芯片上，综合考虑到系统对主控芯片性能的要求以及开发成本，本设计货机终端信息的采集的主控芯片选用的是STC89C52芯片。它功耗可以做的非常小，且本系统中所需使用的单片机资源并不复杂，该单片机完全可胜任。商品选择系统上，主要通过按键模拟购买，代替投币系统完成购买。键盘在人机交互中扮演着重要的角色，它有很多优点：价格低廉有利于节约成本，结构简明易懂、方便操作，作为单片机的应用系统在实际使用中得到了广泛地应用。通信选择方面：当前通信服务业务类型多样，常用的是GSM和GPRS，这两种通信方式各有优劣，与现在的非语音服务相比，GPRS能够极大地满足人们对手机上网和语音通话的需求。但是GPRS在很多方面也存在某些局限性和不足之处，比如资费标准高、传输时间慢以及安全无法保障等。因此，相对其他通信系统而言，短消息的优胜于劣：(1)具有双向传输功能，当收到短信后可以对该条信息进行存储、转发等；(2)方便实用，传递信息快，延时时间短；(3)每条短消息资费低，用户适用性高，易于市场推广；(4)安全可靠，技术成熟。2.2 系统设计原则为了保证本次设计成功完成，在本次课题设计阶段必须遵守以下几条原则：(1)数据准确：数据是整个通信过程的基础与核心部分，售货机终端发出的每一位数字都代表不同的含义，数据错误将影响运营商或消费者对货机状态的了解，数据的准确度关乎着整个设计系统能否正常运转。(2)稳定可靠：要建立完备的容错机制使系统稳定运行，同时确保售货机发送的数据不会因为发生意外而造成数据丢失，确保数据完整性。还要建立好故障处理机制，以防发生某些不可预知的情况，同时系统还应提前准备好处理机制和方法。(3)系统安全：确保系统数据不会被随意篡改盗用，不被非法入侵，通过加密等多种方式保护系统的安全。(4)完整可扩展：合理设计系统，同时辅之以集成化和模块结构化等科学方法保证系统的扩展性，因为自动售货机的完整功能还包括货币找零、面值识别甚至人脸识别等高难度技术，远不止本课题所涉及到的这些，因此要使系统扩展性达到理想模式，为未来的扩展发展做准备。2.3系统总体设计方案2.3.1 系统总体结构由上述分析可知，为了解自动售货机的终端销售情况，本课题将着重讨论货物购买与输出并在LCD上显示状态的部分，对于售货机正常的货币识别、找零等功能将不予涉及，同样地，对于货品即饮料等识别、装销系统是如何工作、设计的部分也不做进一步研究，只进行模拟购买饮料设计。实现通信的过程主要采用的是GSM网络，并以短消息为传输载体，构建上位机和下位机，建立了本次基于短消息的自动售货机系统的整体。该系统分为三部分：货机终端、GSM模块、PC机监控端。总体结构如图2.1所示图2.1 系统总体结构自动售货机终端：以52单片机为系统信息传递的载体，以按键形式模拟自动售货机终端，采集货机的销售情况、货品存量、故障情形等，通过串口将模拟出的售货机的终端信息发出，让短消息模块接收到售货机信息短消息模块：串口接收到自动售货机信息后，使用两个短消息模块，一个接收信息后通过GSM网络自动将信息传递至另一个短消息模块并对该信息进行处理。 PC机监控终端：当接收到来自短消息模块串口传递的信息后，监控中心利用软件设计简单的界面直观的反应该系统，展开后续工作。2.3.2 系统工作原理自动售货机终端由各模块组成，按键采集终端信息如销售情况、缺货情况和故障信息，以LCD1602液晶显示模块模拟显示出自动售货机货物的销售、故障及缺货情况，通过串口将该信息传递至短消息模块，再利用GSM模块将该信息传至上位机，PC机与GSM短信模块通过串口连接后，使用Labview软件设计货机的远程监控界面，做到实时监控，节省人力物力，发生故障时可以及时修理和补货，提高工作效率，增加销量，提供自动化、集约化地经营方式。3 自动售货机技术简介3.1 售货机工作原理自动售货机是一种机电一体化的独立售卖机构，它只需要在消费者投币和选中所需商品并进行按键后即可自动出货并及时找零，它的工作流程如下图3.1所示：图3.1 自动售货机工作流程售货机的工作原理是：(1)在货机的投币口送入面额不等的货币，传感器采集到货币的数据信息后对其进行识别判断，鉴别投入货币的真伪并通过红外操作等判断该货币的面值。(2)货币识别器将采集到的信息传送到通讯模块。(3)通讯模块和售货机的主控系统之间进行通信，货币的面值在主控系统中显示，有数据后就自动开启售货机的货物面板键，在顾客界面端显示出商品在哪个货道，同时也会显示某些已经售完的商品货道，显示后顾客就可以根据需要按键选择所需商品。(4)顾客在选择完商品以后，售货机就会自动将商品从货道递出，到达出货口等待消费顾客将其取走。(5)顾客取走货物后，售货机会显示余额，如果顾客剩余的金额还很多的话，就可以选择退回余币或继续进行消费，同样地，如果剩余金额不足再买一个商品的话售货机在倒计时结束之后就会进行退币。(6)系统界面恢复初始状态，完成售货。3.2 自动售货机控制子系统简述完整的售货机系统可以分成三个部分，即自动售货机的内部控制系统设计、通讯模块系统设计、硬币器子系统和纸币器子系统。自动售货机的硬件结构框图如图3.2所示。图3.2 货机硬件结构控制子系统主要囊括了一下四个内容：预设初始系统、消费金额累计系统、售空补货及检测系统、商品销量累计系统。(1)预设初始系统。自动售货机销售的商品有好几个种类，每种商品在进行上架销售之前都要将之前设定好的价格寄放在控制系统中。每种商品的价格是通过按键以及存储器进行设置的，按键选择后会将商品的价格记入存储器中。除此之外，一般普通的售货机由于商品种类不多，会限定只使用一种货币进行购买，这就可以运用硬件设置商品的价格，使用拨码开关，方便快捷。(2)消费金额累计系统。顾客购买商品并使用货币后传感器端会收到货币信号，此信号可以将货币的金额存入金额统计存储器，并沿着串行接口让商品销售的指示灯亮起，通知顾客该商品可以购买。当顾客接收到该信息并按下购买的按钮时，如果金额累计器中的数据和设定的价格一样，就可以在并行扩展接口的驱动下将商品传出，此时累计器会自动清零结束整个售货过程。(3)售空补货及检测系统。当某一种商品全部售空后，行程开关将被打开同时发出无货信号，经串行扩展接口检测让货机的提示售空的指示灯亮起，那么该种商品就会自动停止销售。(4)商品销量累计系统。当自动售货机完成商品的销售后会向售出累计存储器发送数据，在货机内部留有按键，按下按键就能知道累计销售的商品详情。4 GSM相关技术及原理4.1 GSM通信技术4.1.1 GSM简介GSM产自于欧洲，由经严格认证的标准委员会和相关通信厂商设计，探索研究并逐步演化形成核心的通信技术。它的标准化程度较高，进入市场相对较早，因此，GSM用户使用所占比例已经达到全国移动电话用户总人数的79%，该通讯技术已经进阶为当下注册量最多、用户人群涉及面最广的移动通讯技术。最近，GSM开始拓展版图，业务延伸至中国各大地区。4.1.2 GSM系统的特点GSM的蜂窝移动数字通讯系统根据ETSI制定的GSM技术规范开发，它是时下应用相对广泛并且亲民的一种通信系统。它具有以下主要特点：(1)GSM系统有语音功能，此外，它还能开放其他补充业务或者相关其他承载业务，与ISDN相关的也包含在内。(2)GSM系统对于只要是本系统的移动用户，在全球各地都能进入系统网络，无漫游。(3)GSM系统使用方法灵活方便，能承担话务业务且能重复使用。(4)GSM系统保密功能十分强大，能充分保障用户的信息安全。(5)GSM系统拥有较强的抗干扰能力，涉及面广，通讯质量高。4.2 短消息业务4.2.1 短消息定义短消息业务一共包含两种形式：点对点形式和广播形式。广播短消息的形式与当前流行的寻呼有着相似的功能，都能够每隔一段时间广播相应地方的交通、天气以及重大事件等信息。与寻呼机相区别的是短消息是双向通信形式，当发送短消息时，GSM系统可以通过网络端了解被叫用户是否收到消息。由于上述有点以及短消息本身的低廉费用，短消息业务颇受用户青睐，逐渐演变成现代通信中不可或缺的方式。4.2.2 短消息业务的特点短消息业务具有的特点如下：(1)短消息业务工作模式采取的是存储-转发模式。假如目标用户因为某些特殊情况比如关机或者无法接受信号时，SMSC会将这条信息暂时自动保存，一旦接收方出现在服务区或能接收信号时就可以继续发送了。(2)短消息业务正常都会提供面向用户的双向服务，常见的普通呼叫机提供的是单向服务，使用短消息发送时，当该短消息成功发送后会返回一条确认通知，如果没有发送成功，发送方同样能收到无法成功发送的原因。(3)短消息业务不是对称的，因此，就算在通讯业务繁忙的情况下，短消息依旧能成功进行通信，还能够实现国内和国际漫游。5 系统硬件设计5.1 硬件结构原理自动售货机是内部囊括检测控制电路以及通信模块的智能化高科技产品，货机的核心控件是自身内部控制系统，它的内部控制电路较为复杂，各模块间容易产生干扰，易发生故障、信息不通等问题，为了减少设备干扰、保证货机的运行稳定和方便工作人员及时排查故障，本系统将设计硬件控制电路外接GSM通信模块，在单片机端通过按键模拟构成自动售货机终端，硬件结构框图如下图5.1所示。图5.1 硬件结构框图货机终端硬件结构的各模块主要作用如下：矩阵键盘：通过按键形式模拟货机终端信息如饮料售卖情况、存货信息、是否发生故障等；LCD1602液晶显示模块：负责显示当前货机的饮料销售情况、故障情况以及是否缺货情况，并将该信息通过串口发送至短消息模块；SIM900A通信模块：接收货机终端发送的串口信息，经GSM网络传送做到短信的收发。5.2 STC89C52单片机主控芯片简介综合考虑到系统对主控芯片性能的要求以及开发成本，本设计货机终端信息的采集的主控芯片选用的是STC89C52芯片。它能与原有的80C51和80C52芯片较好兼容，其功耗可以做的非常小，且本系统中所需使用的单片机资源并不复杂，该单片机完全可胜任。在相同条件下，选择8位的STC89C52有着降低功耗、节约成本、简化系统设计等突出的优势。5.2.1 单片机最小系统本课题设计的系统所有的电路都是基于单片机最小系统，在该系统上逐步添加模块才能运行起来的，单片机最小系统是指能使单片机运行起来的最基础的外围电路的搭建，通常在单片机的开发中，很多功能性模块在设计及功能实现方面会和单片机最小系统分开设计制作，当功能模块调试结束并实现了相关需求功能后再和单片机最小系统连接形成统一完整的硬件系统，这样做的好处是单片机最小系统可以重复使用，节约了开发成本和开发工作量。该单片机的最小系统如下图5.2所示。图5.2 单片机最小系统5.2.2 单片机主要功能特性STC89C52单片机外围共有40个管脚，其中有32位I/O口，分为4组，负责传输数据，外部中断源有2个，串行中断口2个，串行通道可编程，晶振一般为24MHz，含有3级加密位同时软件设置唤醒和睡眠功能，是反复可擦写的Flash ROM。5.2.3 单片机引脚功能各端口的引脚功能如下表所示(1) P0端口表5.1 P0端口资源分配端口号功能1P0.0数据总线P0.1数据总线P0.2数据总线P0.3数据总线P0.4数据总线P0.5数据总线P0.6数据总线P0.7数据总线(2) P1端口表5.2 P1端口资源分配端口号功能1功能2P1.0超声发射红外发射P1.1超声接收红外接收P1.2字符液晶使能图形液晶使能P1.3DS1302的RST脚P1.41wire总线P1.5下载线：MOSIP1.6下载线：MISOP1.7下载线：SCKDS1302的SCK脚(3) P2端口表5.3 P2端口资源分配端口号功能1功能2功能3P2.0字符LCD信号：RS图形LCD信号：RSI2C总线的SCLP2.1字符LCD信号：RW图形LCD信号：RSI2C总线的SDAP2.28255的A0脚图形LCD信号：串并选择P2.3DS1302的IO脚8255的A1脚P2.4霍尔元件输入P2.5138译码器AP2.6138译码器BP2.7138译码器C(4) P3端口表5.4 P3端口资源分配端口号功能1功能2P3.01，串行输入RXDP3.12，串行输出TXDP3.23，（外部中断0）P3.34，（外部中断1）P3.4T0P3.5T1P3.6P3.75.3 LCD1602液晶显示模块5.3.1 LCD1602液晶显示模块简介液晶显示器可有两种类型：段式和点阵式。前者主要能显示数据、符号以及字段，而点阵式液晶显示器除了能显示上述基本数据外还能显现出汉字和数学图样，界面生动形象，况且它价格低廉、功耗低且寿命长，在实际应用生活中越来越被广泛使用，实物图如图5.3所示：图5.3 LCD1602液晶显示屏本次设计使用的是点阵型液晶，这种芯片在显示屏上会有两行16字，主控电路是全兼容电路，内部有80个字节的RAM，模块结构紧凑，轻巧方便且便于安装，具体引脚功能及与单片机的硬件连接电路如下图5.4所示：图5.4 LCD1602与单片机连接图引脚1：VSS为电源地，接GND引脚2：VDD接5V正电源引脚3：液晶显示偏压信号，当屏幕界面没有显示时，顺时针调动Rb1即可引脚4 RS：选择寄存器，有数据和命令两种形式供选择引脚5 R/W：读/写选择端引脚6 E：E使能，意思是指使能端发生电平跳变时，执行写操作；保持高电平时读模块。714引脚：D0D7，代表8位双向数据线并可进行信息传输引脚15：BLA是指背光电源正极（可以接+5V电源）引脚16：BLK是指背光电源负极（接GND）5.3.2 LCD1602液晶显示模块操作指令集1、 清屏0000000001功能：清DDRAM和AC值。2、 归位000000001*功能：AC=0，光标、画面回HOME位。3、 输入方式设置00000001I/DS功能：设置光标和画面的移动方式。若S=1：读写操作执行完毕后，画面产生平移；若S=0：读写操作执行完毕后，画面不会发生移动。4、 显示开关控制0000001DCB功能：设置光标、显示以及闪烁开关。C：光标开关，若C=1则为开，C=0则为关；D：显示开关，若D=1则为开，D=0则为关；B：闪烁开关，若B=1则为开，B=0则为关。5、 光标、画面位移000001S/CR/L*功能：控制鼠标光标和图形画面的移动，不会影响其他位。若S/C=1，代表画面平移一位；若S/C=0，代表光标平移一位；若R/L=1，代表右移；若R/L=1，代表左移。6、 功能设置00001DLNF*功能：初始化功能。若N=1，液晶显示屏会出现两行数据，N=0，液晶显示屏只会出现一行数据；F表示点阵字符的规格，1代表是510的规格，0表示57的规格。7、 写数据10数据功能：写入程序设计中的对应数据。8、 读数据11数据功能：读出程序设计中想要看到的数据。5.4 SIM900A短信模块5.4.1 SIM900A模块简介如今物联网已经成为热门的新行业，政府也致力于搭建平台使物联网与各行各业相互合作，协同发力。SIM系列大规模出货已成新态，服务广大用户，在智能车表、安防监控、车载跟踪、无线POS等方面均有广泛应用。SIM900A模块尺寸紧凑，外观精巧，性价比高，传输数据速度快，性能强大，支持语音编码与回声抑制算法，用户可以根据自身情况不同调节AT命令消除回应抑制。模块和用户移动设备的物理接口是68片的贴片焊盘，每一个芯片上都包含了与电路板相接的所有硬件接口，包括键盘、SPI显示接口、串口和音频接口等。5.4.2 SIM900A模块接口原理图本次毕设引用的SIM900A的各引脚电路如图5.5所示，相关引脚特征如下：(1)电源：提供单电压供电(2)省电：SLEEP模式下耗费电流仅为1.0mA(3)电路交换：数据上行传输速率最大可以达到42.8kbps；同时支持广播形式支配信道短信传输；(4)短消息：SIM卡是其存储设备，有MT、MO、PDU等模式(5)SIM接口：支持1.8V和3V的SIM卡(6)串口和调试口：串口端支持标准的8线制串行接口，信息的传输速率相当快，同时，用于短信查询获取的AT命令也要在串口端发送，可通过串口助手软件打开或关闭串口，支持串口重复使用和波特率的自动检测；调试口是2线制的，它有调试和软件升级功能。图5.5 SIM900A模块接口图5.5 单片机与SIM900A硬件连接货机终端信息采集完毕后，单片机会与SIM900A模块硬件连接，另一个短消息模块则经电平转换与PC机端相连，从而实现上位机对下位机的远程监控。5.5.1 单片机与SIM900A硬件连接原理SIM900A模块上的串口端拥有很多条控制线，比如数据信号控制线RXD和TXD，控制信号线DCD、DCR、DTR和RI，状态信号控制线CTS和RTS，本次设计只用到了RXD和TXD两条控制信号线。本课题采用5V电源供电，连接时，需将SIM900A 5VTXD连接到单片机的P3.0管脚RXD ，SIM900A 5VRXD连接到单片机的P3.1管脚TXD，模块上的VCC_MCU 接到直流5V 上，GND 与单片机上的GND 相连接。通信过程中，通常会使用USB串口线连接到电脑端，USB-TTL模块分别接短信模块的两个针5VTXD和5VRXD，该模块电路图如图5.6所示。图5.6 TTL转USB电路5.5.2相关AT指令和SMS编码方式PC机与模块通信时，需要在串口发送AT指令来监控模块状态，实现与单片机以及PC机端的通信。相关AT指令集如下表所示。表5.1 与SMS有关的AT指令AT指令功能AT+CMGCAT+CMGDAT+CMGFAT+CMGR读短消息AT+CMGS发送短消息AT+CMSS向SIM内存中发送短消息AT+CNMIAT+CPMSAT+CSCAAT+CSCB选择蜂窝广播消息AT+CSMP设置短消息文本参数AT+CSMPAT+CSQAT+CPIN?AT+COPS?5.6 串口通信模块5.6.1 串口通信原理及协议 接口是计算机CPU与外设进行通信的枢纽，接口电路可以实现CPU和外设的数据交换与传输。由于CPU与外设的信号不兼容，如何高效发挥这两者各自的功能特性，如何高速有效地进行传输数据就成了接口的主要任务。串行口有并行和串行两种通信传输方式，常见的数据接口还有电脑USB接口、硬盘接口以及SCSI接口等。在通信领域中，常用的是串行接口，它的标准有RS232和RS485两种，其中，标准接口RS232已经成了计算机、计算机外部设备、交换机和很多通信设备间的标准接口。串行通信实现的步骤如下：(1)串口初始化。按照协议打开并初始化串行口，通知windows操作系统本应用程序将使用这个串行口，并封锁其余应用程序使用该串口的权限； (2)串口配置。对串行口配置主要是对波特率的设置、端口号的设置以及对传输速率的设置等； (3)串口读写。数据在串口上往返传输，保证过程可靠安全并且传输过程需要通过各种校验方式； (4)串口关闭。当实验设计调试过程中不需要使用到串口的时候，就将串口关闭，此时可以释放系统的COM端口资源以供其他程序共享使用。因此，串行通信编程的整个过程需按照打开通信端口、设置通信参数如端口号、数据传输、奇偶校验、最后程序结束后关闭串口的思路进行。本次设计使用的通信方式是透明的TCP/IP协议，每一份数据都包含三种内容：分别是数据开头、数据内容以及结束符，它们的最长的长度最多为255个字节。数据在传输过程中都能保证数据的安全严密。数据头长度可调，内容可以包含数据的类型、数据的长度以及数据的序列号和对应的校验码。本次设计数据结尾使用特殊字符“x”作为整个数据传输的结尾，保证每次数据传输后都有标志字符出现进行显示。5.6.2 发送短消息正确连接串口后，首先对短消息模块进行信号等检测以保证该短信模块能够正常使用。(1) 发送AT ，如果串口助手返回OK，就说明这条指令是正确的，可以执行下一指令，同时也表明PC端与货机终端可以正常通信。(2) 发送AT+CSQ，这个代表的是信号强度指令的查询。发送后，串口端会回复一个信号强度值，这个值不会超过31，数字越大，信号越好，一般达到10以上就可以正常通信。(3) 发送AT+CPIN?，这条指令主要检测是否有电话卡。如果返回READY就表示模块有电话卡并正确安放了。(4) 发送AT+COPS?，这条指令主要用于判断这个模块是否能够注册到网络，根据返回值查看信号强度。发送后，串口端返回CHN-UNICOM，因为本次课题使用的是中国联通卡，说明该模块已经注册到网络。模块串口整体检测如图5.7所示：图5.7 模块检测注意：当单片机向SIM900A模块发送对应的指令要求上位机实现相关功能后，必须向串口端发送回车符或者换行符保证该条指令发送完毕。如果没有出现0DH和0AH，那么SIM900A模块就不会识别出这条指令。5.6.3 接收短消息接收端消息时的AT指令为AT+CMGR=序号，当收到1或2时就表示收到的是短信编号为1和2的内容，在终端上按下串口数据发送按键S6，等待一段时间后，通信成功，串口助手会收到对应的短信内容，此时发送AT指令回复接收到的对应短信的序号就可以读取相应位置的短信内容，例如，想要读取位置在第22条的短信，就发送AT+CMGR=22查询即可，读取信息如图5.8所示。图5.8 接收短消息6 系统软件设计6.1 系统整体软件设计整个系统的软件设计分为货机终端软件设计和远程监控件软件设计。其中，货机终端使用矩阵键盘模拟饮料销售状况，在1602液晶显示器上显示并通过串口发送到GSM模块；经GSM网络传送将接收到的信息上传到上位机并进行处理。货机终端软件包括LCD显示器初始化、按键识别信息处理、继电器选通以及液晶显示。远程监控软件包括串口初始化以及串口发送程序，系统整体软件设计主程序流程分别如图6.1、图6.2所示。系统主程序流程图：图6.1 系统整体主流程图当检测到对应按键时，程序会进入子程序处理模块，总体流程图如下：图6.2 进入子程序流程图6.2 主要程序软件设计6.2.1 液晶显示程序单片机控制LCD1602一般有两种方式对数据进行采集展示，一种称为直接显示法，另一种叫做间接显示方式，本系统中显示的货机终端信息所采用的获取方式为LCD直接显示法。本系统中将控制芯片89C52单片机的P0口直接和LCD1602的接口直接相连，单片机P0口作为总线向LCD并行输入字符码，这种连接方式能够有效地提高数据的传输速率，本系统中具体的LCD显示流程图如下图6.3。液晶显示流程图：图6.3 LED显示流程图6.2.2 矩阵键盘程序在设计中，利用LCD1602在液晶显示屏上模拟出货机终端货物状态后，便可以实现按键模拟购买场景，再由串口助手将信息发送至上位机即可，按键操作软件设计代码如下：/*/if(k_num = 1) /如果按下按键S1 Drink_A_Left- ; /表示饮料A卖掉一瓶，数量减一 buzz=0;/关蜂鸣器 relay=1;/开继电器 ULN2003_Latch();/锁存 delay_50us(6000);buzz=0;/关蜂鸣器 relay=0;/关继电器 ULN2003_Latch();/锁存 if(Drink_A_Left=0) Drink_A_Left=0;/饮料A卖光后，无论怎么按键，数量一直为0 k_num = None;if(k_num = 2) /如果按下按键S2 Drink_B_Left- ; /表示饮料B卖掉一瓶，数量减一buzz=0;/关蜂鸣器 relay=1;/开继电器 ULN2003_Latch();/锁存delay_50us(6000);buzz=0;/关蜂鸣器 relay=0;/关继电器 ULN2003_Latch();/锁存 if(Drink_B_Left=0) Drink_B_Left=0;/饮料B卖光后，无论怎么按键，数量一直为0 k_num = None; if(k_num = 3) /如果按下按键S3 Drink_C_Left- ; /表示饮料C卖掉一瓶，数量减一buzz=0;/关蜂鸣器 relay=1;/开继电器 ULN2003_Latch();/锁存delay_50us(6000);buzz=0;/关蜂鸣器 relay=0;/关继电器 ULN2003_Latch();/锁存 if(Drink_C_Left=0) Drink_C_Left=0;/饮料C卖光后，无论怎么按键，数量一直为0 k_num = None; if(k_num = 4) /按下S4 Bad_State = R; /Red,表示有故障 k_num=None; if(k_num = 5)/按下S5 k_num=None; Bad_State = G;/Green，表示无故障 if(k_num = 6) /按下按键S6时，向串口发送字符 message_flag = 1; /可以发送message了 k_num = None; /*/6.2.3 串口发送程序在远程端，当串口助手上收到由下位机发来的数据内容后，PC端由串口接收该数据并对其进行处理，数据传送到上位机后利用Labview软件根据需求设计最终监控界面。串口部分软件设计的流程图如下图6.4所示。图6.4 串口发送流程串口部分相关程序代码如下：/*/void Change_Message(void) if(Drink_A_Left 2) message0 = 2 + 0;/表示A饮料卖的特好 else if(Drink_A_Left 5) message0 = 1 + 0;/表示A卖的一般 else message0 = 0+0; /几乎没人买 if(Drink_B_Left 2) message1 = 2 + 0;/表示B饮料卖的特好 else if(Drink_B_Left 5) message1 = 1 + 0;/表示B卖的一般 else message1 = 0+0; /几乎没人买 if(Drink_C_Left 2) message2 = 2 + 0;/表示C饮料卖的特好 else if(Drink_C_Left 5) message2 = 1 + 0;/表示C卖的一般 else message2 = 0+0; /几乎没人买 if(Drink_A_Left 4) Drink_A_Num = 0;message3 = 0 + 0;/表示A饮料缺货 else Drink_A_Num = 1; message3 = 1+0; /A饮料不缺货 if(Drink_B_Left 4) Drink_B_Num = 0;message4 = 0 + 0;/表示B饮料缺货 else message4 = 1+0; /B饮料不缺货Drink_B_Num = 1; if(Drink_C_Left 4) Drink_C_Num = 0;message5 = 0 + 0;/表示C饮料缺货 else message5 = 1+0; /C饮料不缺货Drink_C_Num = 1; if(Bad_State = G) message6 = 1 + 0;/表示该售货机没有故障 else message6 = 0+0; /售货机出现故障/*/7 监控界面实现7.1 开发平台以及开发工具本次软件部分设计是在Windows 2000下完成编制的。这个平台拥有很多优势比如界面美观以及功能强大等。Windows 2000为开发人员创造出众多充足的内部接口函数，极大地简化了程序工作人员的开发步骤，能够节约时间与精力。在本次系统设计中包含图形显示和上位机接口等功能，并且应用系统软件大多要求用户界面图形化，因此该开发环境是不二之选。本软件的开发工具选用Keil uVision4和Labview上位机信息处理软件，分别采用C语言、G语言双重编程。Keil uVision4内部功能十分强大，拥有多个窗口，管理系统灵活方便以及整洁，高效的开发环境。图7.1为Keil4编程界面图。图7.1 Keil4编程界面图另一开发软件Labview性能较传统的编程软件VB、Visual C+强大，该软件的优势可以从以下几个方面看出：(1)使用者开发时，可以自定义某些仪器功能，方便灵活，通过对内部仪器控件的选择重组达到用户理想状态，并且该软件不受制造厂商限制； (2)软件内部空间添加使用灵活性强，对外界数据的采集和分析可以采用多种方式，连接编程的实现方法也不止一种，各程序结构间可以实现灵活转换； (3)硬件功能使用广泛，受限制小，和其他仪器设备连接方便，当连入网络后，还能在上位机上和其他使用者进行数据共享；(4)及时、直观地处理数据，数据传递速度快，直接在总线上进行，保证虚拟仪器内部容量足够从而记录并存储数据；(5)图形界面丰富，可以自定义，也可以添加面板控件等，读取数据可直接在上位机端进行。同时，当在串口端接收到下位机传递上来的数据后，接收者可以方便直观的对数据研究，形象生动的了解界面状态； (6)制造成本低，投入使用后软件维护方面支出少。综合以上优点，Keil uVision4和Labview上位机信息处理软件是本次系统设计的不二之选。7.2 系统下载与调试本课题是基于短消息的自动售货机系统设计，涉及到某些程序代码的编译和下载烧录。本设计中，选用KEIL4作为程序编写软件，STC-ISP作为代码下载软件，首先利用KEIL4将程序代码编写好，然后编译生成hex文件利用STC-ISP软件将其下载到单片机中。硬件连接准确无误后，给系统上电，即可进行硬件调试，逐步修改代码直到达到预期的效果。7.2.1 系统下载利用KEIL4软件编写好程序后，将该程序下载到单片机中。在本次设计中，我们使用的下载调试助手是STC公司出品的STC-ISP烧录器。该软件界面如图7.2所示。首先，选择单片机型号为“STC89C52RC”，选择合适的COM口，COM口的选择需自行查看电脑设备管理器，然后选择与程序设置对应的容易下载的波特率的上下限，通常情况下会选择烧录器原本默认的限定值，最后打开已经保存好的hex文件，点击下载按钮实现与单片机的握手连接。本次主控芯片选用的是STC系列，和传统的AT系列单片机相比，它快捷方便，可重复上电。下载电路采用的是TTL转USB电路，该电路应用广泛，硬件上笔记本也有很多个USB接口，方便实用。图7.2 STC-ISP程序烧录界面7.
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