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浙江工业大学硕士研究生论文 互联网技术在自动售货机中的研究和应用 摘要 针对自动售货机多故障、易缺货、分散性和货币单一支付等缺点，本文 设计了一种基于t c p i p 通信的自动售货机监控系统( 含有线和无线两种方 式) ，在分析相关技术的基础上，给出了系统的总体设计方案、设计了系统 的硬件和软件。 首先详细分析了基于t c p i p 的s o c k e t 通信、g p r s 网络体系结构、 j a v aw e b 和支付宝支付接口介绍。系统以基于t c p i p 的s o c k e t 通信作 为自动售货机与中心计算机的传输方式，并通过x m l 格式传输数据。j a v a 线程池技术的引用使得多台自动售货机与中心服务器实时在线通信成为了 可能。支付宝接口的引入使得自动售货机只要输入账号密码即可完成网上支 付。 其次，本文在分析货机营运行业需求的基础上，提出了系统的整体设计 方案。系统硬件的核心部件采用t c 3 5 ig s m 通信模块jd m 9 1 6 1 a 以太网通 信模块和l p c 2 3 8 8a r m 芯片。货机终端和监控中心既可以选择通过串口控 制g p r s 模块进行数据的收发，也可以选择直接通过以太网通信模块进行通 信。系统中心软件架构采用j 2 e e 架构，数据库则采用开源的m y s q l 。这样 运营商既可在任意计算机上通过w e b 浏览器来查看各个自动售货机的运营 状况，并可以远程对自动售货机进行控制。监控中心实时监控系统在e c l i p s e 环境下设计完成。自动售货机终端部分则在k e i lu v i s i o n3 2 4 开发环境下设 计完成，并采用了u c o s 2 作为操作系统来简化软件设计。 实践证明，将互联网技术引入自动售货机中带来不仅是管理上的方便， 更带来效益的提高。 关键词：自动售货机，g p r s ，s o c k e t ，j 2 e e ，多线程，支付宝 浙江工业大学硕士研究生论文 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f i n t e r n e tt e c h n o l o g yi n v e n d i n gm a c h i n e s a b s t r a c t a i m i n ga tt h ed e f e c t so ft h ef r e i g h t e rm u l t i p ef a u l t s ，e a s yo u t ，d e c e t r a l i z e d n a t u r ea n dt h es i n g l ec u r r e n c yp a y m e n t ss h o r t c o m i n g so nv e n d i n gm a c h i n e ，a c o m m u n i c a t i o n sv e n d i n gm a c h i n em o n i t o r i n g s y s t e m w h i c hi sb a s e do n t c p i p ( w i r e da n dw i r e l e s s ) i sd e s i g n e d t h eo v e r a l ld e s i g no ft h es y s t e m ， h a r d w a r ea n ds o f t w a r ew e r eg i v e nb yt h ea n a l y s i so fr e l a t e dt e c h n o l o g i e s f i r s b t c p i p s o c k e tc o m m u n i c a t i o n s ，g p r sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，j a v a w e ba n di n t r o d u c e da l i p a yp a y m e n ti n t e r f a c ew e r ea n a l y z e dd e t a i l y s y s t e m b a s e do nt c p i p s o c k e tc o m m u n i c a t i o n sa sav e n d i n gm a c h i n ea n dc e n t r a l c o m p u t e r m e a n so f t r a n s m i s s i o n ，a n dt r a n s f e r d a t a t h r o u g ht h ex m l f o r m a t j a v at h r e a dp o o lt e c h n o l o g ya l l o w sm u l t i p l er e f e r e n c e st oav e n d i n g m a c h i n ew i t ht h ec e n t r a ls e r v e r ，r e a l - t i m eo n l i n ec o m m u n i c a t i o nh a sb e c o m e p o s s i b l e b e c a u s et h eu s eo fa l i p a yf o rv e n d i n gm a c h i n e ，y o uc a nj u s te n t e ry o u r a l i p a ya c c o u n ta n dp a s s w o r dt oc o m p l e t et h eo h l i n ep a y m e n t s e c o n d l y ，t h es y s t e m so v e r a l ld e s i g nw h i c hw a sb a s e do nt h ea n a l y z e so f i n d u s t r yd e m a n df o rc a r g oa i r c r a f to p e r a t i o n s i si sp r o p o s e d t h ec o r ec o m p o n e n t o f t h es y s t e mh a r d w a r ei su s i n gt c 3 5 ig s mc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，d m 9 1 6 1 a e t h e r n e tc o m m u n i c a t i o nm o d u l ea n dl p c 2 38 8a r mc h i p c a r g ot e r m i n a l sa n d c o n t r o lc e n t e r sc a nc h o o s eg p r sm o d u l et h r o u g ht h es e r i a lp o r tc o n t r o ld a t a t r a n s c e i v e r ，b u ta l s oc a nc h o o s et od i r e c t l yt h r o u g ht h ee t h e r n e tc o m m u n i c a t i o n m o d u l et oc o m m u n i c a t e s y s t e mc e n t e rs o f t w a r eu s ej 2 e ea r c h i t e c t u r e ，a n dt h e d a t a b a s ei so p e n s o u r c em y s q l s u c ho p e r a t o r sc a no na n yc o m p u t e rt h r o u g h 1 1 浙江工业大学硕士研究生论文 t h ew e bb r o w s e rt ov i e wt h eo p e r a t i o n a ls t a t u so fe a c hv e n d i n gm a c h i n e ，a n d c a nc o n t r o lr e m o t e l yt ot h ev e n d i n gm a c h i n e m o n i t o r i n gc e n t e rr e a l t i m e m o n i t o r i n gs y s t e md e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n ti s e c l i p s e ，a n d t e r m i n a l d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ti sk e i lu v i s i o n3 2 4 b r i n gi n t e r n e tt e c h n o l o g yi n t ov e n d i n gm a c h i n eh a sb e e np r a c t i c a l l yp r o v e d t h a tn o to n l ye a s yf o rm a n a g e m e n tb u ta l s oi n c r e a s i n gr e v e n u e k e yw o r d s ：v e n d i n gm a c h i n e s ，g p r s ，s o c k e t , j 2 e e ，m u t i t h r e a d ，a l i p a y 1 1 1 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的 法律责任。 作者签名：励刍顾 日期明年三月觅日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密酬 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：镙缝乐民 导师签名：冢启棚k 日期：纱孵p 月2 谬e t 日期：沙c ，7 年，口月胡日 浙江工业大学硕士研究生论文 第一章绪论 1 1 研究背景 如今，自动售货机在全球已经是十分普及，机场，学校，车站等地方随处可见自动 售货机的身影。根据不完全统计，目前在杭州市区的自动售货机数量都超过千台，而这 个数量还不足以满足各个写字楼，商场密集区的摆放。自动售货机出现不仅给人们的生 活带来了极大的方便，而且也成为现代化城市的一道亮丽的风景。 1 1 1 自动售货机的起源及发展历程 自动售货机最早出现在2 0 世纪6 0 年代的欧美，当时在美国的地铁系统中，人们可 以用1 美分在自动售货机上买到一块口香糖【1 1 ，这便是最早的自动售货机。 自动售货机的发展是围绕着其核心技术“货币识别技术的演进而展开的【2 1 ，其发展历 程如图1 1 所示。 图1 - 1自动售货机的发展历程 原始自动售货机：只能识别硬币，由于采用物理手段，识别低； 近代自动售货机：初步能够识别纸币了； 现代自动售货机：运用控制论、系统论和信息论等现代科学理论的最新成果，并且 集成电子技术、传感技术、精密机械制造技术、计算机技术、通讯技术、网络技术于二 体的高科技产品。除了能够有传统硬纸币识别外，还实现了对各种形式电子货币的识别， 并逐步过渡到利用信用卡和无线移动工具等进行结算，使自助结算手段更加简捷，快捷； 全自动商店：在欧美等一些发达国家，自动商店( s m a r t st o r e ) 正在兴起。所谓自动 商店其实就是一个超级规模的“自动售货机”。在这台“超级自动售货机”内，顾客可以在 完全自助的方式下，也实现商品信息的查询、挑选、获取和货币支付。 浙江工业大学硕士研究生论文 1 1 2 国内外研究现状及发展趋势 自动售货机虽然在西方发达国家以及日韩等已发展成为一个相对成熟的零售业，但 是在中国却起步不久。从日本、韩国引进自动售货机并投放市场以来至今已有l7 年了， 但发展缓慢。虽然最近有很多中国的企业参与到自动售货机的研发，生产中，但是与国 外相比还是有大的差距。 互联网，通信，半导体等技术快速发展，促使着自动售货机也提高其科技含量。为 了应付复杂的环境，原本在计算机领域专家系统都已经运用在自动售货机中1 3 j 。据报道， 荷兰近年来出现了一种能防止不满1 6 岁的未成年人购买香烟的自动售货机，在购买前， 首先通过一个“年龄卡”验证顾客的年龄，如果不满1 6 周岁，则机器被锁定，而只有年龄 大于1 6 周岁，才能通过现金或信用卡购买香烟【4 】。我国研制出了销售液体软包装商品 的双螺旋体出货结构【5 】。据统计，日本自动售货机消耗的总电力是两个核反应堆总能量 之和，s a k a i 等针对这一问题，研究了基于模糊逻辑的自动售货机预测系统，根据预测结 果，仅仅冷却所需的罐装饮料，采用这种方法可使能耗降低到原先的1 1 0 1 6 j 。 将互联网技术和电子商务技术引入自动售货机中，国内外目前正在进行这方面的试 验研究。采用嵌入式i n t e r n e t 技术可对自动售货机实现有效的管理和控制【7 j ，国内外很多 自动售货机研制企业也已经着手这方面的研究。 1 2 研究目的和现实意义 自动售货机有其自身特点：分散性( 分布在城市各处) 、工作过程比较复杂( 如货币 识别、结算、找零、退币等操作) 、故而极易发生各种故障而停售。如果这些故障不能被 及时发现并排除，将会严重影响营销额，而且还有些故障如果不能及时消除，甚至会对 系统造成破坏。除此之外，传统的采用硬纸币单一支付方式也会大大制约自动售货机的 发展，本人在学校经营自动售货机的一段日子发现由于硬币不够导致销售停止的状况时 常发生。因此，本课题的现实意义在于：根据市场变化、商品的变化以及季节的变化， 利用g s m 无线网络或有线网络，在监测中心对自动售货机的货物售价、工作模式和参 数进行远程设定和控制可大大提高工作效率，并可利用中心服务器这个桥梁将电子商务 与自动售货机结合起来，使得自动售货机也可以使用支付宝这些网络支付工具。 这些年来来，远程抄表系统，地质监测系统等利用互联网技术到传统行业中取得了 很大的成功。本系统在借鉴这些应用案例的基础上，设计了基于t c p i p 的自动售货机监 控系统，目的是为自动售货机运营商提供了一种集约化、自动化的经营管理方式，降低 管理经营成本，堵塞销售漏洞，给自动售货机管理模式带来历史性的变革，支付宝等网 络支付工具的使用也使得自动售货机真正能和电子商务结合起来。 2 浙江工业大学硕士研究生论文 1 3研究内容及章节安排 1 3 1 研究内容 本课题结合当前自动售货机管理模式上的不足和支付方式的单一，提出了一种基于 t c p i p 通信的中心服务器系统( 含有线和无线) ，具有十分重要的现实意义。课题的研 究主要内容有以下几个方面： 1 基于多线程t c p i p 的客户端服务端设计； 2 基于j 2 e e 的w e b 服务端设计； 3 基于u c o s 2 实时操作系统的自动售货机端软件设计； 4 g s m 通信模块外围电路和以太网模块外围电路的设计： 5 支付宝在自动售货机中的应用。 1 3 2 章节安排 本文共分为七章，各章节内容安排如下： 第一章介绍了自动售货机的产生和发展历程，分析了当前国内外自动售货机行业技 术的研究状况，指出了本课题的研究目的和现实意义。 第二章研究了基于t c p i p 的s o c k e t 通信，g p r s 网络，j a v ew e b ，支付宝接口 介绍，奠定全文的理论基础。 第三章提出了系统的整体设计方案。 第四章介绍了系统采用的主要芯片，给出了g s m 通信模块外围电路的设计和以太网 通信模块外围电路以及其他电路的设计。 第五章设计了基于u c o s 2 实时操作系统的自动售货机终端软件。 第六章设计中心服务器系统，包括多线程s o c k e t 服务器的设计和w e b 服务器的 的开发。 第七章：总结和展望。 1 4本章小结 本章介绍了研究背景，研究内容和现实意义，并给出了研究内容和章节安排。 浙江工业大学硕士研究生论文 第二章相关技术及原理 2 1基于t c p i p 的s o c k e t 通信 2 1 1 t c p i p 协议简介 t c p i p 协议( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 中文译名传输控制协议 网际协议，是计算机系统接入互联网i n t e r n e t 的标准协议，它规定了互联网中主机之间 进行通信的标准和方法【8 】。它的历史可以追溯到2 0 世纪7 0 年代中期，然而真正的推广 应用却是在8 0 年代，1 9 8 3 年伯克利大学推出的第一个内含t c p i p 协议的b s du n i x ， 当时立刻在美国各大学的局域网建设中体现出了它的优越性，从而得到广泛应用。 t c p i p 协议体系和o s i ( 开放系统互连参考模型) 参考模型一样，也是一种分层结构。 它是由基于硬件层次上的四个概念性层次构成，即链路层、网络层、传输层和应用层。 图2 1 ( a ) 、( b ) 表示了o s i 参考模型和t c p i p 模型的对应关系。 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 宁 啊 吾 蚤 呈 z2 呈 毛3 亨 一 呻 2 叼 t c pu d p i c m 口i g m p i p a i 冲r a r p 以太网 令牌网 帧中继 a t m ( a ) o s i 模型( b ) t c p i p 模型( c ) t c p d p 协议族 图2 io s i 模型和t c p i p 模型 从图2 1 ( c ) 中可以看出，t c p i p 可以用在各种各样的信道和底层协议( 例如以太网、 令牌网、a t m 以及t 1 和x 2 5 ) 之上，这也是t c p i p 协议之所以流行的原因之一；在网 络层上主要包括i p 、a r p 、r a r p 、i c m p 、i o m p 协议，实际中常用的p i n g 功能就是基 于i c m p 协议的；在传输层包括t c p 和u d p 协议；在应用层有t e l n e t 、f t p 、h t t p 、 d n s 等高级应用层协议。 网络层的a r p 协议主要用于查询目标机的物理地址，即发送端在需要时发送接收端 的i p 地址请求接收端宣布它的物理地址，这是个从i p 地址到物理地址映射的过程。 i p 协议( 网际协议) 是t c p i p 协议族使用的传输机制，它是一种不可靠的无连接数据报协 4 浙江工业大学硕士研究生论文 议，由于其自身的不可靠性，所以i p 协议一般都与其他协议配合使用，如，i c m p ，t c p ， u d p 等。 传输层的u d p 协议叫做无连接的、不可靠的运输协议，它除了提供进程到进程的 通信外，就没有给i p 服务添加任何东西，此外它还完成非常有限的差错检验。u d p 的 优点是它是个非常简单的协议，只有最小的开销，若进程想发送很短的报文而不关心可 靠性，它就可以使用u d p 。像u d p 协议一样，t c p 也是进程到进程之间的协议，与u d p 不同的是，t c p 是面向连接的协议，它在两个t c p 之间创建了一条虚线连接，此外，t c p 在传输层使用流量控制和差错控制机制，它给i p 服务添加了面向连接和可靠性的特点。 应用层一般是面向用户的服务，如：f t p 、t e l n e t 、d n s 、s m t p 。f t p 是文件传输 协议，一般用于文件上传下载用；t e l n e t 服务是用户远程登录服务，使用名吗传送，保 密性差；d n s 是域名解析服务，提供域名到i p 地址之间的转换；s m t p 是简单邮件传输 协议，用来控制信件的发送、中转。 2 1 2s o c k e t 连接 s o c k e t 是使用标准系统文件描述符和其他程序通信的一种方式【9 】，是基于 t c p u d p 协议之上的一种通信方式。 目前，用于网络连接的模式主要有c s ( 客户端服务器模式) 和b s ( 浏览器服务端模 式) 这两种。其实b s 这种模式实际上也是c s 模式的一种变种，因为浏览器充当了客户 端，从而隐藏了s o c k e t 连接的一些细节。在这c s 模式下，在相互通信的网络程序中， 一方称为客户端程序( c l i e n t ) ，另一方称为服务端程序( s e r v e r ) 。服务程序总是被动地 等待连接，服务程序一启动，初始化完毕就进入等待连接状态；而客户程序启动后，向 远程服务程序发出连接请求，服务程序收到请求后，按照一定的规则建立连接，连接完 成后，两个程序之间就建立了一个虚拟的数据通信链路。这些程序可以直接从自己打开 的套接口读入和写出数据，而不用关心实际的数据链路。 s o c k e t 通信主要可以分为两类：是有连接的服务；二是无连接的服务。有连接的 服务又称t c p 服务，客户机和服务器在彼此间发送数据之前要先建立3 次握手，以确保 发送端的数据最终按顺序完整无误地传送给接收端，因此对数据性传输可靠性要求高可 采用此项服务。无连接服务则又称u d p 服务，发送端和接收端在传送数据之前不需要进 行握手，因而不会带入任何延迟，对于数据传输要求不高的如q q 通信可采用此项服务。 t c p 是一种基于连接的通讯协议，当客户机和服务器之间需要进行可靠的数据传输 时，它们通过网络建立起一个稳定可靠的连接。这种连接是点对点的，通讯的双方则通 过这条数据连接来回传送数据。t c p 客户机服务器程序的工作流程如图2 2 所示。 浙江工业大学硕士研究生论文 月艮务器 图2 2t c p 客户机服务器程序的工作流程 在无连接u d p 模式下，客户程序没有把套接字固定连接到一个指定的远程端点上， 而是每次发送数据报是指定远程目的地。u d p 由于没有跟t c p 那样进行严格的校验机制 如三次握手等，数据可靠性大大下降。尽管如此，u d p 在d n s 解析、i p 电话、实时视 频会议、可存储的音频视频流等应用程序大受欢迎。 2 2g p r s 移动通信技术 2 2 1g p r s 网络概述 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用无线分组业务) ，是在g s m 基础上的分 组交换的资料承载和传输方式。提供端到端的、广域的无线i p 链接，具有充分利用现有 的网络、资源利用率高，始终在线、传输速度快等特点。g p r s 网络的技术核心是在g s m 网络中传送分组数据业务，它的技术优势主要体现在两个方面，即实现了用户数据与无 线网络资源的最佳结合，实现了i p 协议的透明传送。与原有的g s m 比较，g p r s 在数 据的承载和支持上具有明显的优势：通过多个g s m 时隙的服用支持数据传输的速率更 改，理论峰值达1 7 1 k b i t s ；不同的网络用户共享同一组g p r s ，但只有当某一个用户需要 发送或接受数据时才会占用资源。这样，通过多用户的业务服用，更有效地利用了无线 网络的信道资源，特别适合突发性、小流量数据传输：g p r s 计费方式更加灵活，支持按 数据流量来进行计费；与w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c o l ，无线应用协议) 技术不同， g p r s 能够随时为用户提供透明的i p 通道，可直接访问i n t e r n e t 中的所有资源【l 。 2 2 2g p r s 网络与自动售货机 从整体角度来看，采用c s 结构来组网。c s 模式主要由客户程序c l i e n t 、服务器管理 程序s e r v e r 和中间件m i d d l e w a r e3 个部件组成。客户应用程序是系统中用户与数据进行交 6 浙江工业大学硕士研究生论文 互的部件。服务器程序负责有效地管理系统资源c s 的优点主要就是交互性强、提供 丁安全的存取模式及网络通信量低。基于g p r s 移动网络的自动售货机可分为售货机终 端、g s m g p r s 网、i n t e r n e t 网络和服务器四大块i 。如图2 - 3 所示。 一二j 二二= 二二? i 。三一 墓乏壁二- 1 箩i 围2 3g p r s 两络与自动售货机 23j a v a 相关技术 随着互联技术和半导体行业的快速发展，硬件成本急剧下降，而软件成本急剧上升， 创建可复用的软件变得越来越重要。j a v a 面向对象，跨操作系统平台，开源项目社区众 多的特点使得其成为开发的首选语言。跟c 相比，其面向对象的特性使得团队开发更加 容易，跟c + + 相比，其虚j j ：l 机内存管理的机制使得程序更加健壮，跟c # 相比，其在l i n u x 和m a c0 s 上自由运行的特点使得软件用依附与m i c r o s o f t ，从而更加安全和建立成本优 势， 目前，在j a v a 开发平台中主要可以分为以下几个方面。一针对手机等嵌入式行业 的j 2 m e 平台，我们在n o k i a 手机中编写的小程序可以十分密易在a n y c a l l 的手机中运行。 二针对桌面的j 2 s e ，我们在l i t 2 t l x 下编写的j a v a 程序，也可以非常容易的在w i n d o w s 下运行，典型如集成开发环境e c l i p s e 。三针对企业应用的j 2 e e 平台，其丰富的基于软 件工程经验总结的开源框架和其本身开放分层的特点，应用使得巨型w e b 系统的设计成 为了可能，e b a y ，淘宝，阿里巴巴，以及电信银行等系统都不约而同的选择了j 2 e e 平台。 本文所研究的j a v a 技术主要也是基于j 2 e e 平台，其规范定义了以下四个层次 典型的j 2 e e 四层结构如图2 - 4 所示： 浙江工业大学硕士研究生论文 客户埔屡w e s t 业务层企业信息系统层 p u ，c h t m l j a v aj s p l e 帕 a p p l e t lll s e r v l e t 数据库 a 鼍甚器“ j 2 e ej 2 e e p l a t f o r mp l a t f o r m 却黜舞” c ：o n t a i n e r 5 ，。l 图2 - 4j 2 e e 四层体系结构 ( 1 ) 客户端层( c l i e n t t i e r ) 客户端层用来实现操作界面和显示层，可以是浏览器，也可是桌面软件。 ( 2 ) w e b 层( w e b t i e r ) w e b 层由w e b 组件组成，其主要包括j s p s e r v l e t ，主要用来处理客户请求，调用相应 的逻辑块，并把结果以动态网页的形式返回到客户端。 ( 3 ) 业务层( b u s i n e s s t i e r ) 业务层使用处理业务逻辑的一层，我们可以在这一种编写不同的业务逻辑程序。这一 层的剥离，可以很大程度上保护我们以前写的程序的复用性。 ( 4 ) 企业信息系统层( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m t i e r ) 企业信息系统层用来对数据库的封装，避免业务层直接调用数据库，这样做不但提 高了安全性又提高了可维护性。 j 2 e e 将来的版本支持连接架构( c o n n e c t o ra r c h i t e c t u r e ) 。它是连接j 2 e e 平台和企业 信息系统层的标准a p l l l 2 】。j 2 e e 定义了丰富的技术标准，符合这些标准的开发工具和a p i 为开发企业级应用提供支持。这些技术涵盖数据库访问、分布式通信、安全等。为分布 式应用提供支持的多方面【1 3 1 。 2 4支付宝接口介绍 2 4 1 引入支付宝的意义 由于过分依赖硬币，自动售货机经常会因为硬币数量不足而无法正常工作，这也制 约了自动售货机的进一步发展。目前，对自动售货机的其他支付方式的研究主要集中在 i c 卡支付方式和手机支付方式两种【1 4 】。 i c 卡支付方式因为i c 卡本身使用范围的局限性造成无法大面积推广。而手机支付 方式因为手机短信收发的延时使得销售时间变得无法确定。随着互联网和信息技术的普 8 浙江工业大学硕士研究生论文 及，网络日益平民化、大众化。人们的消费观念发生巨大转变，以支付宝为首的第三方 支付方式使得网上购物变得非常简单1 5 1 。如果能在自动售货机中输入支付宝账号密码从 而完成购物，这样不仅销售时间能够得以控制，而且也能大面积推广，跨地域使用。 2 4 2 支付宝与中心服务器的集成 根据标准支付宝交易服务接口规范，支付宝的接口是基于h t t p 协议或h t t p s 协议 请求响应模式。其基于h t t p 协议网关接口为 h t t p ：w w w a l i p a y c o m c o o p e r a t e g a t e w a y d o 【1 6 】 因此，我们中心计算机可以利用j a 、後的h t t p u r l c o n n e c t i o n 【8 】与支付宝的网关建立 基于h t t p 协议的连接，如图2 5 。 图2 5 中心计算机与支付宝通信示意图 基本的处理流程可以归纳为： ( 1 ) 中心计算机构造请求数据：其请求数据包括合作伙伴i d ，商品名称，商品描述，外 部交易号，商品单价，交易金额，购买数量，卖家i d ，卖家e m a i l ，超时时间，支 付类型，买家i d 等。 ( 2 ) 中心计算机发送请求数据：发送数据只需采用h t t p 协议的g e t 提交方法即可，即 在u r l 后跟随变量名即可，如 h t t p ：w w w a l i p a y c o m c o o p e r a t e g a t e w a y d o ? p r i c e = 1 & q u a n t i t y 2 l 表示价格为1 块，数量为1 ，变量之问使用& 隔离。 ( 3 ) 支付宝系统处理请求交易：根据提交的信息对买卖双方支付宝账户的数据库进行一 系列的逻辑操作。 ( 4 ) 支付宝系统返回响应数据：根据逻辑操作结果返回基于x m l 格式响应数据。如返 回： f s e l l e r _ n o t ，e x i s t 表示交易不成功，原因是卖家不存在。 9 浙江工业大学硕士研究生论文 ( 5 ) 中心计算机对响应的数据进行处理：对响应返回的x m l 数据进行解析，对其结果 做出逻辑判断后，给对应的自动售货机做出响应。如成功，自动售货机则进行正常 销售，反之，给出提示信息。 2 5本章小结 本章对基于t c p i p 的s o c k e t 通信，g p r s 移动通信技术和支付宝接口等做了简 单介绍，为本文下几章打下基础。 1 0 浙江工业大学硕士研究生论文 第三章系统总体设计方案 3 1系统需求分析 本课题设计之初，我们在本校摆放一台自动售货机进行了将近半年的运营，同时对 在杭州的自动售货机运营商进行了广泛调研。在总结归纳各方面信息的基础上，概括出 目前自动售货机行业对中心系统的两大需求，即功能性需求和非功能需求。 3 1 1 功能性需求 功能性需求是是刚性的需要，是系统能够正常运行的前提条件，自动售货机要求中 心系统具有如下几方面的功能： 1 数据查询和输出：系统能够根据客户的要求查询数据库数据，查询方式要求简便、 灵活、快速，并通过图形界面或打印形式输出数据，用户可以设定数据输出格式： 2 远程控制：中心系统不但要能及时地接收来自自动售货机的各类消息，而且要求能 在必要的时候通过网络来控制自动售货机的动作； 3 自动报警：要求系统能够自动将故障、缺货、缺币等情况及时地在w e b 中显示， 管理员可以在任何一个可以上网的地方得知情况，能够及时做出处理； 4 权限管理：系统能够设定用户权限，提高安全性和防止误操作。 5 支付宝支付：自动售货机终端输入支付宝账号密码后，经中心服务器判断完成扣款 后，从而完成销售动作。 3 1 2 非功能性需求 根据分析结果，系统的非功能性需求，具体有以下几个方面： 1 性能稳定，能够长时间运行； 2 安装方便，能够适合各种环境； 3 有效降低成本，提高性价比； 4 系统设计需要冗余功能，方便以后扩展。 3 2 系统设计方案 3 2 1 系统总体结构 根据以上分析，系统借助成熟的i n t e r n e t 网络及g p r s 网络，以t c p i ps o c k e t 通讯为载体，构建了自动售货机中心服务监控系统( 含有线无线两种方式) ，并利用w e b 技术增大中心服务半径 1 1 浙江工业大学硕士研究生论文 系统由三部分构成：分布在各地的自动售货机终端，中心服务系统以及支付宝系统 系统框图如图3 1 所示 图3 1 系统结构图 互联网作为通信平台，将中心系统，自动售货机以及支付宝系统地结合在一起，使 它们能够及时地传递和处理信息，构成一个整体 自动售货机终端：一方面j 自动售货机终端将销售情况、货物数量、货机状态等信 息，通过与主板相连的g p r s 模块或以太网模块，通过互联网发送给监控中心。同 时，在接收到监控中心的控制命令消息时，货机将根据命令的要求实现各种动作； 中心系统：根据从自动售货机终端接收到消息进行处理。如：中心系统接收到售货 机传过来的支付宝账号密码，通过与支付宝系统的通讯交互认证后，马上通过发送 销售命令给货机。与此同时，运营商可以通过w e b 浏览器来访问中心系统获取相应 的信息 支付宝系统：根据中心系统提供的支付宝账号密码进行相应验证，扣款等支付宝是 阿里巴巴用于网上电子商务而开发的，其接口是基于h t t p 协议或h t t p s 协议请求 响应模式，因此，我们中心计算机可以利用j a 、，a 的h t t p u r l c o n n e c t i o n 【1 7 】与支付宝 的网关建立基于h t t p 协议的连接。 1 2 浙江工业大学硕士研究生论文 3 2 2 系统开发环境 1 自动售货机终端： 软件开发环境：k e i lu v i s i o n3 2 4 ： 开发语言：c 操作系统：u c o s 2 p c b 设计环境：p r o t e ld x p 2 中心系统： 软件开发环境：e c l i p s e 3 5 开发语言：j a v a 数据库：m y s q l 5 0 使用的主要框架：s t r u t s 2s p r i n gh i b e r n a t ee x e c u t o r ss w i n g 系统使用环境：l i n u x w i n d o w s 3 3本章小结 本章对整个系统进行了需求分析，提出了基于t c p i p 通信的自动售货机( 无线有 线两种方式) 监控系统的总体设计方案和整体框图，分析了系统各组成部分的功能，最 后给出了开发环境。 浙江工业大学硕士研究生论文 第四章货机终端硬件设计 4 1货机硬件整体结构 货机的硬件设计采用了主板与控制板分开，采用c a n 总线相连的设计方式。整体 功能框图如图4 1 所示： 图4 1 货机整体框图 1 4 浙江工业大学硕士研究生论文 采用主板和控制板分离的方式不但能够提高系统的抗干扰性，而且使得系统的可维 护性和扩展性也大大提高。主板和控制板通讯引入了消息机制，使得两者的耦合性大大 降低。如果系统需有扩展，可以引入第二块控制板做其他功用。 主板的主要模块如下： 1 液晶模块。我们采用3 2 0 * 2 4 0 的点阵式液晶s e d l 3 3 5 ，它具有以下特点：较强功能的 i o 缓冲器，指令功能丰富，四位数据并行发送，图形和文本方式混合显示。在图形 方式8 * 8 点阵大小下，整屏可显示3 0 行4 0 列，可以进行丰富的菜单设计，同时 l p c 2 3 8 85 1 2 kf l a s h 内存为字模库的建立提供了容量保证。 2 键盘模块。键盘模块可以选用专用键盘芯片来作为键盘接口，也可以采用通用i o 口 和程序扫描方式来实现按键识别。本系统中，采用7 4 h c 2 4 0 t 2 0 】和7 4 h c 5 7 4 2 1 1 锁存芯 片构建按键控制电路，采用g p i o 口逐行逐列扫描方式来实现4 * 4 的矩阵键盘，为了 节省主处理器i o 口的数量，采用了总线复用。 3 存储模块。货机在工作时，需要保存一些工作参数，例如制冷机的上下限值、日光灯 自动开关时间值、升降货架层数设置值、商品价格、销售统计等。当货机只工作于通 用的现金支付方式下时，该模块可使得货机脱离网络化管理以单独的个体独立完整运 行。根据对实际存储空间需求，我们选择具有4 k b i t 存储容量的f m 2 4 c 0 4 2 2 】静态存 储芯片，它与容量更大的同系列存储器兼容，如：f m 2 4 c 0 8 和f m 2 4 c 0 9 ，替换十分 方便。f m 2 4 c 0 4 是2 线制串行e e p r o m 存储器，支持1 2 c 总线数据传输协议，l p c 2 3 8 8 带有2 个高速的1 2 c 控制接口，可直接对其进行访问控制。 4 支付模块。直接面向客户，货机系统中至关重要的一部分，可以说，该模块的稳定性 和可靠性，直接影响着货机的销售前景。本货机配置多支付功能，具有硬纸币、支付 宝两种支付方式，分别通过m d b 总线，1 2 c 总线和以太网或g p r s 。 5 c a n 模块。用来与控制板进行通讯。 6 g p r s 模块和以太网模块。g p r s 模块和以太网模块是自动售货机利用无线或有线方 式连接中心服务系统关键模块，也是本论文的一个重点，在4 3 和4 4 做详细介绍。 控制板的主要模块如下： 1 出货模块。本货机的一大特色，独特的出货机构，实现了货机销售多类商品的可行性。 螺旋推送器、升降货架和霍尔传感器三者紧密合作，完成出货。 2 制冷模块。制冷模块由温度采集模块和制冷机控制模块两部分构成。在本系统中，温 度采集模块采用单总线数字测温芯片d s l 8 8 2 0 2 3 1 ，仅需一个端口就可实现与单片机 的双向通信且操作简单。压缩机作为制冷系统的核心部件，功率较大，在启动时带来 浙江工业大学碰士研究生论文 的电源波动和干扰远比其他部件大，在设计时采用光耦和固态继电器双重隔离，线路 板布线时尽量将该接口置于板子边缘，在整机布线时2 2 0 v 交流线和普通直流信号线 分开走线，尽量减少干扰。 3 测试模块。用来测试各个螺旋电机，升降电机压缩机等功能，如果测试不通过，则 发消息给主板。 4c a n 模块。用来与主板进行通讯。 42g p r s 通信模块 g p r s 通信模块种类繁多。国外的有m o t o r o l a 公司的d 1 0 、d 1 5 系列，s i e m e n s 公司 的m 2 0 i 、t c 3 5 i 系列等，国内的有华为g t m 系列，中辨m e m g 系列。无论是国内还 是国外的，g p r s 模块安装标准都能在恶劣的环境中工作，具有语音，短消息，数据传 输等功能。 由于自动售货机需要在长期在低温工作，对稳定性要求比较高，综合各种因素， 对各类产品进行对比之后，选择了西门予公司型号为t c 3 5 i 的o p r s 通信模块。 4 2 1t c 3 5 i 模块简介 t c 3 5 i 模块是s i e m e n s 公司推出的g s m 通信模块，其实物外观如图4 - 2 所示。 图4 - 2t c 3 5 i 模块实物外观图 t c 3 5 i 模块频段为双频g s m 9 0 0 g s m l 8 0 0 ，r s 2 3 2 数据口符合e t s i 标准。该 模块集射频电路和基带于一体，向客户提供标准的a t 命令接口为数据语音、短消息 和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户开发和设计。 4 2 1i 模块组成 t c 3 5 i 的内部功能框图如图4 - 3 所示，主要由g s m 基带处理( g s mb a s eb a n d p r o c e s s o r ) 、g s m 射频模块( r a d i o ) 、供电模块( p o w e rs u p p l y a s i c ) 、闪存( f l a s h ) 、 z i f 连接器( z 1 fc o l l n c c t o rp i n s ) 、天线接口( a n t e n n a c o n n e c t o r ) 六部分组成。 g s m 基带处理器：由一个c 1 6 6 c p u 和一个d s p 处理器内核组成，控制着各种