（模式识别与智能系统专业论文）自动售货机控制系统的设计与实现.pdf

摘要 自动售货机控制系统的设计与实现 硕士研究生：丁昊导师：叶桦教授 东南大学 摘要 自动售货机作为一种智能化产品，最核心部分是其控制系统，主要负责监控各种外 设，协调各个部分相白i 配合，按照软件设置的销售方式来完成整个销售过程。目前在自 动售货机控制系统的研发领域出现了一系列新的设计思路和发展方向，并且m d b 协议 也在事实上成为该领域中的主流通信协议。本课题设计的基于m d b 协议的自动售货机 控制系统，充分参考和借鉴了国外先进设计的成功经验，提出了一系列新的设计思路和 解决方法。 本文首先对课题进行了详细的需求分析，在对自动售货机的应用背景进行研究的基 础上，分析了目前图家和行业的相关设计规范和用户的具体要求，并将其细化为具体的 功能和性能指标，从向根据这些需求信息提出了系统的总体设计方案。 接着，经过原理设计、器件选型、p c b 制版和电路调试等一系列步骤，设计完成了 以w 7 8 e 5 1 6 b 微摔制器为核心，由扩展存储器、实时时钟、串行通信电路、信号检测和 处理电路、电机驱动电路、人机接口电路等外围电路组成的自动售货机控制系统硬件。 并且根据实际需要，还专门设计出能够对硬件外围电路进行自动测试的软件，以利于在 批量制造时提高生产效率。 随后，设计并实现了自动售货机控制系统的软件。这部分工作包括：1 ) 针对控制 系统的硬件设计了相应的底层驱动程序；2 ) 根据m d b 协议实现了控制系统与硬币器、 纸币器和读卡器等m d b 外设之间的会话程序；3 ) 完成了对应用程序的设计，使得控制 系统能够实现预期的功能。基于本课题的特点，还特别对软件设计和实现中如何保证交 易的安全性和可靠性问题进行了研究。 。本课题设计的自动售货机控制系统完全能够达到相关技术标准和规范的要求，智能 程度较高，具有支持m d b 、d t s 等行业主流协议，支持d e x 数据的统计及下载，销售 控制功能丰富，兼容性好等特点。这些优势在现场测试和验收的结果中也得到了很好的 体现。采用该系统的自动售货机目前已经投入生产，并且出口到多个国家和地区，具有 良好的应用前景和商业价值。 最后对本文的工作做了总结，并为后续的研发方向进行了展望。 关键词：自动售货机，微控制器，多点下传总线( m d b ) ，数据传输标准( d t s ) ，数据 交换( d e x ) a b s t r a c t t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fv e n d i n gm a c h i n ec o n t r o l l e r m a s t e rc a n d i d a t e ：d i n gh a o s u p e r v i s e db yp r o f e s s o r ：y eh u a s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t t h ec o n t r o l l e ri st h em o s ti m p o r t a n tp a r to fav e n d i n gm a c h i n ew h i c hi sat y p eo fi n t e l l i g e n tp r o d u c t t h e v e n d i n gm a c h i n ec o n t r o l l e r ( v m c ) i sd e s i g n e dt om o n i t o rt h ep e r i p h e r a l s , t oc o o r d i n a t ew i t ht h eo t h e r p a r t s ，a n dt oa c h i e v et h ec o m p l e t ev e n d i n gp r o c e d u r ea c c o r d i n gt ot h ed e s i g n e ds o f t w a r e r e c e n t l ym a n y n e wd e s i g ni d e a sh a v eb e e nd e v e l o p e di nt h ev m cr e s e a r c ha r e a f u r t h e r m o r e , t h em u l t i d r o pb u s i n t e r n a ic o m m u n i c a t i o np r o t o c o i m d b i c p ) h a sa l r e a d yb e c o m et h ep r i m a r ys t a n d a r di nt h i sf i e l d t h e p r o j e c td e s c r i b e di nt h i st h e s i si sb a s e do nm d b e p s e v e r a ln o v e li d e a sa n ds o l u t i o n sf o rv m cd e s i g n i n g t h o u g h t sa n dm e t h o d sh a v eb e e np r o p o s e di nt h i st h e s i s f i r s to fa 1 1 t h ec o m p l e t ea n a l y s i so ft h er e q u i r e m e n to ft h i sp r o j e c ti sd e s c r i b e di nt h i st h e s i s w eh a v e a n a l y z e dt h ep r e s e n ti n d u s t r i a is t a n d a r d sf o rv m cd e s i g n i n ga n dt h ec l i e n t sr e q u i r e m e n t s ，a n dc o n v e r t e d t h e mi n t ot h ed e t a i l e dl i s t so ff u n c t i o n sa n df e a t u r e s b a s e do nt h i si n f o r m a t i o n w ep r o p o s et h eb l u e p r i n t o ft h ed e s i g nf r a m e w o r kf o rv m c i nt h es e c o n dp a r to ft h i st h e s i s ，w ed e s c r i b et h ep r o c e d u r e sf o rt h ev m ch a r d w a r ed e s i g n i n g t h e y i n c l u d ea n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n t sf o rt h eh a r d w a r e , s e l e c t i n gt h ep a r t s , d e s i g n i n gt h es c h e m a t i co fa n e l e c t r i cc i r c u i t ，m a k i n ga n dd e b u g g i n gt h ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d ( p c b ) ，a n dt h ef i n a lt e s to fh a r d w a r e 1 1 1 e v m ch a r d w a r e ，w h i c hc o n t a i n saw 7 8 e s l 6 bm i c r o - c o n t r o l l e r , i sc o m p o s e do ff o i l o w i n gp a r t s ：t h ee x t e n d m e m o r y , t h er e a l - t i m ec l o c k , t h es e r i a ic o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，t h es i g n a ld e t e c t i n g & p r o c e s s i n g m o d u l e ，t h em o t o r - d r i v i n gm o d u l e ，a n dt h eh u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e t h ea u t o m a t i ch a r d w a r e d e b u g g i n gp l a t f o r mi si n t r o d u c e da tt h ee n do ft h i sc h a i p t e r i na d d i t i o nt ot h eh a r d w a r ew o r k , t h ep r o c e d u r e sf o rv m cs o f t w a r ed e s i g n i n ga r ea l s od e s c r i b e d t h e s o f t w a r ec o n t a i n s ：1 jt h ed r i v i n gp r o g r a mi na c c o r d a n c ew i t ht h eh a r d w a r e ；2 lt h es e s s i o np r o g r a mb a s e d o nm d b i c pb e t w e e nt h ev m ca n dt h ep e r i p h e r a l si n c l u d i n gt h ec h a n g e t h eb i l iv a l i d a t o ra n d r d r e a d e r ；3 ) t h ea p p l i c a t i o np r o g r a m a tl a s t ，t h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h es o f t w a r ea r ed i s c u s s e d s p e c i f i c a l l y t h i sn e wv e n d i n gm a c h i n eh a sb e e ns u b j e c t e dt oa l lt h er e q u i r e dt e s t s 1 1 1 er e s u l t sa n dt h ef u t u r e d i r e c t i o na r ed i s c u s s e di nt h el a s tp a r to ft h i st h e s i s t h en o v e l t yo ft h i sv e n d i n gm a c h i n ec o n t r o l l e rs y s t e ml i e si nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：l li ts u p p o r t st h e d o m i n a n tp r o t o c o l sw h i c hi n c l u d em d b i c pa n de v a - d t si t h ee u r o p e a nv e n d i n ga s s o c i a t i o n - d a t a t r a n s f e rs t a n d a r d ) ；2 ) i th a sm o r eo p t i o n si nv e n d i n gc o n t r o l ；3 ) i ts u p p o r t st h ed o w n l o a d i n ga n d p r o c e s s i n go fd e x ( d i r e c te x c h a n g e ) d a t a ；4 ) t h i ss y s t e mh a sm u c hi m p r o v e dc o m p a t i b i l i t y c u r r e n t l y , t h e v e n d i n gm a c h i n e se q u i p p e dw i t ht h i sv m ch a v eb e e ne x p o r t e dt om a n yc o u n t r i e sa n dr e g i o n s t h i s d e m o n s t r a t e st h a tt h en e w l yd e s i g n e dv m cs y s t e mh a sg r e a te c o n o m i cv a l u ea n di t sa p p l i c a t i o nh a sa b r i g h tf u t u r e k e v w o r d s ：v e n d i n gm a c h i n e ，m i c r o - c o n t r o l l e r , m u l t i d r o pb u s ( m d b ) ，d a t at r a n s f e rs t a n d a r d ( d t s ) , d i r e c te x c h a n g e ( d e x ) 目录 图1 - 1 图1 2 图1 - 3 图2 - 1 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 - 8 图3 - 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 一1 3 图3 一1 4 图3 1 s 图3 1 6 图3 1 7 图3 1 8 图3 1 9 图3 2 0 图3 2 1 图3 2 2 图4 _ l 图禾2 图4 - 3 图4 4 图4 5 图4 - 6 图4 7 图4 图4 - 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 图目录 m d b 协议的串行通信位格式2 自动机状态转移图4 自动售货机的系统组成s 自动售货机控制系统总体设计方案1 3 中央处理器模块电路原理图l s 地址锁存和译码电路原理图1 6 看门狗和复位电路原理图1 7 扩展存储器电路原理图1 8 d s l 2 8 8 7 的寄存器定义1 9 实时时钟电路原理图2 0 m d b 通信接口接插形式2 0 m d b 通信接口电路原理图2 l 扩展串口电路原理图2 l 售货检测装蜀和接口电路原理图。2 3 n t c 热敏电阻温度传感器2 4 n t c 热敏电阻的特性曲线2 5 测温电路的温度输 信号电压关系2 6 测温电路的温度耗散功率关系。2 6 温度检测电路原理图2 8 自动售货机的 h 货装置2 9 电机驱动电路原理图3 0 电流检测电路原理| 冬l 3 l 键盘接口电路原理图3 2 液晶模块接口电路原理图- 3 3 自动调试软件流程罔3 6 自动售货机控制板硬件实物3 7 总体流程图一3 8 程序文件的组织结构3 9 控制器和m d b 外设之间的典型会话过程4 0 md b 通信程序流程图4 0 电机驱动程序流程图4 1 m c p 3 0 0 2 的模数转换时序4 2 键盘驱动程序流程图4 6 g s m 短消息发送程序流程图4 7 硬币器初始化程序流程图：s 1 硬币器杏询程序流程图5 2 硬币器找零程序流程l 冬l 。5 3 纸币器仞始化程序流稃图5 5 纸币器查询程序流程幽s 6 表目录 图4 1 4 图4 1 5 图4 1 6 图夸1 7 图4 1 8 图4 - 1 9 图4 - 2 0 图4 - 2 1 图4 2 2 图5 1 读卡器的状态转移示意幽s 7 读 器初始化程序流程i 矧6 0 读卡器查询程序流稃图6 l 制冷控制板夜询程序流程图6 3 自动售货机的两种基本状态，6 4 空闲状态程序流稃图6 5 销售过程的状态转移尔意图6 7 销售程序流程图。6 8 无线数据终端模块7 l 自动售货机现场测试一7 4 v 目录 表2 - 1 表2 2 表2 - 3 表2 4 表3 - 1 表3 2 表3 3 表3 - 4 表3 s 表乒l 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表4 6 表4 7 表4 - 8 表4 9 表4 1 0 表4 1 1 表4 1 2 表4 1 3 表4 1 4 表4 1 5 表5 1 表5 2 表5 3 表目录 需要主控板提供的端口列表8 销售中使用的术语定义表8 自动售货机的功能参数列农1 l 需要统计的销售数据1 2 微控制器端口功能定义1 6 m d b 通信接口线序定义2 0 热敏电阻的电阻温度特性2 4 液晶模块寄存器功能定义3 3 控制板主要器件功耗3 4 电机的3 种运行方式4 2 摄氏温度与a d c 转换结果的对应表4 4 华氏温度与a d c 转换结果的对应表4 4 m d b i c p 协议对地址的分配4 7 l e v e l - 2 和l e v e l - 3 硬币器的功能比较4 9 硬币器指令列表的 l e v e l - 1 和l w r l - 2 纸币器的功能比较5 3 纸币器指令列表s 4 各级别读卡器的功能比较5 7 读卡器指令列表s 9 读卡器的销售指令序列6 l 制冷控制板指令列表6 2 销售控制功能的逻辑关系表6 8 报管和提示信息列表。7 0 自诊断故障信息列表7 2 现场测试项目1 - - 一m d b 通信测试7 4 现场测试项目卜外设功能测试7 s 现场测试项目3 啪售功能测试7 s v i l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 ri | 研究生签名：斗叁 日期：坦窆：垡! 受 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 第1 章绣谂 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景和意义 鑫动辫赞极络秀襻橇电一体纯熬高掰智栽产瑟，娥翠逡璇予鼗本、羹爨等舔方发达罄家。 年代以后，随着防伪识别技术、数玛技术、软传技术和测冷技术的发鼹，爨动售货枧的霉靠蠛大大 提离，逐澎成为髓提供鞠常生活用懿襁骧努的薪黧无入瘸铺。褥到年代看期，自动倦货机秣能 够畿接蓐l 卡溃费，焉曼葵提供鹃服务功能魄蠢益多群纯，嚣裁经过钓多年鹣发膜，骞麓售货橇这 种薪鍪零磐形式溅经登黼了世界上鳓多个篷家和缝区，特剐怒在美，嚣、欧等黼家和麓融区，掰动 售赞概凡擎无娃誉在。根据爨率自动售货橇协会j v m m a ( j a p a nv e n d i n gm a c h i n em a n u f a c t u r e r s a s s o c i a t i o n ) 的统计，翻本国内有大约5 5 0 万台自渤售货梳l l l ，其中脊2 6 0 万台用涞销售饮料，通过 囊动餐货辘瀣售麴商燕多达6 0 0 0 余种，平均每2 3 入裁攘有薹螽蠡动售货橇。耱魄之下，嚣蓠豳蠹 的自动售货机规模并不太，且必分布在大城市中。但是2 0 0 8 筇奥运会和2 0 1 0 年馓博会的目益临近 为串黧鑫动售货瓿产盈豹发鹾带来了历史魅戆枫逡，羲计裂戒熬麓辩巾懑熬鑫动焦货视市场骞袋将 达到3 0 0 了了台，融此带动的年生产总值将达到6 0 0 亿元之巨溺。 箍着科技嚣不断迸渗，新裂自动售货橇芷赣蓊筵加糟能霉艺、人性化和网络纯的方向缴矮，饿新 经酶凌缝设誊 屡爨苓穷，绘入稻生活带来充分豹缆剃帮舞瓣技约享受。转统鳇自动售货撬般港害 饮料 糨零食等小潴品，德是可黼可系公司的款数码自动售货梳除了饮料之舛，还融售游戏、照片 甚至是手鞔铃声，并支持颓客逶过移麓运营藏强玎d o c o m o 公霭豹手梳进纷季孝费，数吸学 年轻消费 者淄。据撮邀，m 售数码榴机、香水和i p o d 播放器等高档消费i 矗的自瀚售赞祝最避也在燕国的机场 霸夭卖场鬃税身了喇。 隽了缫护未成年入，一般镌售滔类琴f l 煺孳夔爨渤售爨规都赛装有身份谈苗# 装鬟，逶过羟搂诸鲣 驾驶执照等身份诞鞲来稔查颥鬻靛年龄，箍f t l l l t a 地公溺更楚推出了其有入脸识嬲装置的香滔销售 枧，遵过瑟部特缓来判簌矮客楚否已缝藏年i s 。此终，铆d od r i n c o 公蠲还撩窭了其育人工藿戆，爵 酸和顾客进行简荦语言交流的魏动售赞橇。富士啭器零倦系统公司( f u j le l e c t r i cr e t a i ls y s t e mc o ) 熬纯教品叛卖视麓够现场掏摄弗合成数码稳舜，瑕震示黩客使耀菜种纯妆菇螽静形象，帮助女榷选 择最适合的亿妆样式。猩不久的未来，甚至还会磁现能搬据顾客的偏好和健康状况提供意觅的自动 售货撬缓。 凝型鳃自动袋货撬增艇了对信舅母、佬慎卡，代金卡等饕瑗金支付模式戆支持，这就使交易过 程交褥更熬安全黎l 使稠。据统计，磊祷美圜鲶1 1 5 0 万台趣动辔货辊中懿有l ，2 万鸯左右髓够支持卡 溥费，最避该匡最大豹魂子交器设备测造裔u s a t 公司( u s at e c h n o l o g i e s , l n c 二) 室蠢将袋手秀攀达 国际( m a s t e r c a r dw o r l d w i d e ) 和哥辩酊乐公司抱它的e - p o r t 嚣现念支付终端安装到全甍豁鞫o o 台叁动售货撬上戮。无线警梳纣赞嘲、赣瑗金卡嚣费等支纣手段将镪底蔽变人靛在蠡动售赞辊土蕊溃 费习惯。 鼹终鞴对成熟赫技漆与孛隰自动锵赞瓿帘场熬快速发展，凳拜发鬻产自旗簧赞税控销系统瓣供 7 一令良好的契巍。我隧从1 9 9 3 年弹始是e t 本秽韩困零l 避盘渤售货桃，1 9 9 5 年掰割出筹一台溺产： 自动鹊货税攀今，已经商数家公鼋移科研謦位对自动售嫠杌迸季子自主耩发鞠生产瀚。镪赫，潮辩金 码公司与中南大学会 笙，在货搿识戮设备、鑫动袋烫枫熬爹研发每制造、管遴系统平台等方巍均畜 产晶推向帮场，膏穗奥氍玛商用设备商限公镯开发出能够实现避程管蠖和手机购物等功簸的远耧控 l 东南大学硕上学位论文 制模块，天津南开戈德公司的自动售货机在整机方面占据了相当的市场份额。 但是相比前述的国外先进设计，我们必须承认目前国内的研发水平还相对落后。例如，国产自 动售货机大多功能简单，几乎没有任何智能化设计，机器j 能接收硬币和小额纸币，使用起来不方 便，而且更关键的是没有任何促销功能商晶价格同周围的便利店相比没有优势。而国外的自动售 货机商品售价町以浮动，促销策略也t 。分灵活，与便利店为邻的自动售货机出售的商品反而更便宜。 因此，中国消费者。般对自动售货机的町靠性、易用性心存疑虑，这就更使得自动售货行业在中国 发展缓慢。 如果能够开发出一种智能化程度更高，更加可靠易用的自动售货系统，将有助于自动售货机的 进一步推广和应用，有利于生产，家提高产品的技术含量，抢占市场份额，创造更多的价值。 l 。2 课题的主要理论和技术 1 2 1 自助设备领域的通信协议和数据规范 针对自动售货机行业的快速发展，世界各个地区与国家纷纷成立了专门的组织，主要有世界自 动售货协会w v a ( w o r l dv e n d i n ga s s o c i a t i o n ) 、美国自动售货协会n a m a ( n a t i o na u t o m a t i c m e r c h a n d i s i n g a s s o c i a t i o n ) 、欧洲f 1 动售货协会e v a ( e u r o p e a n v e n d i n g a s s o c i a t i o n ) 、日本自动售货 机协会n m m a 、欧洲自动售货制造商协会e v m m a ( e u r o p e a nv e n d i n gm a c h i n em a n u f a c t u r e r s a s s o c i a t i o n ) 等。这些组织在该领域制定了一系列的标准或规范，对推动整个自动服务行业的发展 起了重要的作用。 1 m d b i c p 协议埘 目前，在f j 助设备领域普遍采用内部通信协议一一m d 8 l c p 协议( m u l t i d r o pb u s i n t e r n a l c o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 作为控制器与外设之闻的通信协议。该协议由n a m a 、e v a 和e v m m a 三 家组织共同制定，实际上是波特率为9 6 0 0 的t 从犁串行总线协议，并且为每一类外设都分配了固 定的地址。根据m d b i c p 协议，通信格式为每字节儿位：1 位起始位+ 8 位数据位+ l 位模式位+ l 位 停j ：位，如图1 1 所示。 l s b m s b s t a r t01234567m o d e s t o p 图1 - 1m d b 协议的串行通信位格式 控制器在总线上以广播方式发送命令，第一字节为地址( 高5 位地址+ 低3 位指令) ，该字节被 所有的外设读取，但只有符合地址的外设才处理其后的数据字节。控制器向外设发送时，模式位置 1 表示发送地址，置0 表示发送数据；外设向主机发送时，模式位置1 表示发送完毕。控制器向外 设发送的一条完整指令一般由1 个地址字节+ 若干数据宁节+ 1 个校验和( c h k ) 字节构成，外设的应 答有以下几种情况：确认( a c k ) ，未确认( n a k ) ，重发( r e r ) ，数据( 若干数据字节+ 1 个c h k 字 节) 。m d b i c p 协议的优点足简单明了，可靠性高，易于扩展，并且有众多的外设厂商支持。为了提 高兼容性，开发主控板时麻参照该协议设计与外设的接口。 2 e v a - d t s 数据标准1 l j 自动售货机在为消赞者带来方便的同时，其分布零散的特点也为经营者在监控、管理、维护等 2 第1 章绪论 方面带来很大的不便。为了解决这一问题，一方面，控制器应该具仃较为完泞的管理_ 手i l 数据统计功 能，这些数据具体包括商品销售情况、运营收入、异常报告以及运行设簧等，并h 能够提供简睢易 用的数据下载接日；另一方面，随着无线通讯技术的发展，采用无线网络管理系统将是自动售货机 行业应用发展的方向，可在很大程度上节省人力资源，降低管理成本，提高工作效率。但是这样。 来又产生了一系列新的问题：需要传送的数据到底有哪蝗? 具体的定义如何? 不同厂商提供的设备 之间能否兼容这些数据? e v a 组织制定的e v a - d t s ( d a t at r a n s f e rs t a n d a r d ) 标准就着眼予解决以【：阀题。该数据标准详 细研究了自动售货机在销售过程中产生的各种数据，并对其具体意义和数据类型等都做f i 了明确的 规定。遵循该标准设计数据统计和发送模块，即使是不同厂商之问的设备，也可以实现数据栩互传 送，这样就使自动售货机运营商在维护管理起来更加方便。 可以做一个形象的比喻，如果说m d b i c p 协议解决了自助设箭领域内语言的统一问题，那 么e v a d t s 标准就解决了该领域内度量衡的统一问题，让沟通变得没有障碍。 1 2 2 无线g s m 网络和短消息业务 g s m ( g s ms y s t e m sf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 全球数字移动通讯系统足园家投资建设的移动 蜂窝通讯系统。g s m 系统除提供话音业务外，还提供数据业务、短消息、i p 务s m s ( s h o r tm e s s a g i n g s e r v i c e ) 等多项功能。本课题将要使用的就是其短消息业务1 2 j 。 g s m 的短消息业务分为两种：点对点短消息业务和短消息小区广。播q k 务，但h 前短消息小区广 播业务还没有开放。点对点短消息业务能使g s m 数据移动通信网的用户可以发 l ：或接收长度有限的 数据或文字信息，并且短消息的收发小影响通话：短消息业务1 叮以使网络端知道被叫方是畲已经收 到短信息，如果发送失败，被叫方没有回答确切消息，网络一侧会保留所传的消息，一旦网络发现 被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被l i 方能收到。发送和接收短信息有一种方式：b l o c km o d e , t e x tm o d e 和p d um o d e 。b l o c km o d e 日前已经很少使用：t e x tm o d e 是纯文本方式，可使用1 i 同的 字符集，从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，丰要用于欧荚地区。t e x t m o d e 比较简单，而且不适合做自定义数据传输。p d um o d e 被所有手机支持，可以使用任何字符集， 这也是手机默认的编码方式。 g s m 短消息业务利用信令信道传输。它不用拨号建立连接，直接把要发送的信息加上目的地址 发送到短消息服务中心，由短信息服务中心再发送给最终的信宿。短消息服务其有以下特点： 短消息服务是一种存储转发型的非电路犁通信方式，每次通信j 传输一条消息，从消息发 送到接收一般大约需要几秒到十几秒的时间； g s m 中的短消息最大报文长度由报文传送单元( m t p ) 最大帧长度直接得到，为1 4 0 字节， 即1 6 0 个7 比特a s c i i 码编码。 g s m 短信息服务不占用通话信道，通信费用低，通信时不需要拨号，因此特别适用丁通信 频率较密，但不需要建立直接电路连接的应用场合。 1 2 3 有限状态自动机 自动机理论”l 【1 4 1 研究抽象计算装置或者“机器”，起源于2 0 世纪3 0 年代图灵的研究。起初研 究者用自动机理论为人脑功能建立模型，后束发现这些自动机对于其它一些领域也极为有用。特别 是有限状态机，是研究许多重要类型的硬件和软件的有用模型，它的一些重要的应用包括：数字电 3 东南大学硕士学位论文 路的设计和性能检查软件，典型编译器的“词法分析器”，文本手= l 描与识别软件，通信协议或安全交 换信息协议的验证软件。等等 有限状态机包括了一些状态和在响应输入时发生的状态之问的转移，具体是指： 有限的状态集合q ，其中包括了初始状态q o 和结束状态f ； 有限的输入符号集合： 状态转移函数，以一个状态q 和一个输入符号a 为变量，返回一个状态p ，通常记作： p = a ( q ，口)( 1 1 ) 因此，有限状态机a 可以表示为： 彳= ( g e , 6 , q o ，d ( 1 2 ) 状态转移图是对有限状态机进行描述的一种直观方法。状态转移l 冬i 定义如下： 对q 中每个状态，存在一个顶点； 对c l 中每个状态q 和中每个输入符号a ，设p = 8 ( q ，a ) ，有从顶点q 到顶点p 的箭弧a 。 如果有几个输入符号导致从q 到p 的状态转移，则转移图有一个由这些符号列构成的箭弧。 根据上述定义，( 1 2 ) 式可以用如图1 2 所示的状态转移图描述。 图1 2自动机状态转移图 通过对自动售货系统的分析，可以恰当地建立起它的有限状态机模型，然后利用自动机理论中 的概念和方法，就能够对模型进行分析和优化。 1 - 3 课题研究内容 本课题是自动售货机控制系统( v m c ，v e n d i n gm a c h i n ec o n t r o l l e r ) 的设计与实现，最终口标是 设计完成控制系统的硬件电路实物，编写出相应的控制软件，最后完成系统的调试工作。 一个典型的自动售货系统如图1 3 所示，整个系统由主控板、制冷控制板、货币i ；f ! 别装胃、商 品输送装置、传感器和检测器、入机交互装置和数据处理装置等部分组成。其中主控板是自动售货 机的核心。主要功能是协调各外设实现销售功能，具体包括： 保存相关的运行参数，设置各种工作方式： 查询货币识别装置，如读卡器、硬币器和纸币器等，获得顾客的投币值； 查询键盘，得到顾客选择的商品序号； 在显示器上显示相关信息，协助顾客完成购买； 控制商品输送装置中的电动机运转，并且检测i ； i 品是含被送出； 记录指定的销售统计数据，并且能够以有线或者无线的方式发送给运营商。 4 第1 章绪论 岛 焉客 图1 3自动售货机的系统组成 自动售货机使用的货币识别装置由其它厂商生产，都支持m d b i c p 协议，而课题所研究的控制 系统也参照m d b i c p 协议标准设计对应的接口，以便与它们通信。因此本课题并不涉及货币的识别 技术、射频卡通信技术等领域的内容，而是研究如何通过通信协议获得货币外设返回的信息，例如 顾客的投币金额，以及如何操作货币外设完成如找零、退币等功能。 系统的控制对象足自动售货机中包括商品输送系统、照明系统、制冷系统、货币识别系统等电 气设备在内的诸多部件，并且还要对温度、光线等环境参数进行监测，在硬件上要设计出对应的驱 动电路、接几电路以及信号检测和调理电路等。由于包括机柜在内的所有外围设备均由课题的合作 单位提供，因此这些外围设备的具体功能原理，例如商品如何被送出自动售货机，制冷设备的工作 原理等内容并不在本文的研究范围之内，后文只在涉及到时才进行简要的介绍。本文研究如何使这 些控制对象协调运作以实现整体功能。 本课题的自动售货机控制系统，从硬件上可以分为主控板和制冷控制板两部分。其中主控板完 成了大部分的控制功能，而制冷控制板只用来对压缩机、风机等制冷设备进行控制，并且通过 m d b i c p 协议和丰控板通信，以获取设置的运行参数并报告运行状态。这种分开设计方式一方面是 为了提高系统对制冷设备控制的可靠性，另一方面允许运营商可以根据用途不同来自由选装制冷设 备和制冷控制板，增强了自动售货机配置的灵活性。制冷控制板的具体设计由本课题的合作者另文 介绍，因此本文不再涉及对制冷系统的操作和控制，但是对于主控板和制冷控制板之间的通信以及 如何进行数据传送和数据同步等问题，仍将将霞点讨论。 自动售货机控制系统的软件也包括两部分：面向维护人员的服务模式软件和面向顾客的销售模 式软件。在服务模式下停止销售商品，维护人员设置自动售货机运行的一系列参数：在销售模式下 顾客能够购买商品，这也是自动售货机的默认_ t 作模式。由于课题分工的关系，本文设计和实现了 自动售货机销售模式的软件功能，即默认所有的运行参数都已经存在，并4 i 涉及如何修改和保存这 些参数。服务模式软件南本课题的合作者另文完成。 s 东南大学硕士学位论文 自动售货机的先进性和钾能化程度在很大程度上取决于其控制软件的设计。本课题研究的自动 售货机具有丰富的销售控制选项和完善的销售统计功能，这些都有赖于软件实现，因此对自动售货 机控制系统软件的设计和实现是本课题的重要内容。 1 。4 本文章节安排 本文基于对一个实际的新璎自动售货机控制系统的设计和实现展开研究，介绍整个系统的设计 思路、方案选择、实现方法和测试过程，具体内容安排如下： 第一章作为引言，介绍课题的背景和意义，目前行业的发展现状以及尚需要解决的问题，同时 简要介绍了此类课题需要涉及的主要理论和技术。 第二章详细介绍课题情况，包括对硬件设计和软件设计方面进行细致的需求分析，并在此基础 上进行方案论证，确定最终的技术实施方案。 第三章叙述了自动售货机控制系统的硬件设计。包括从器件选型、原理设计、p c b 制版，直到 最后硬件调试的整个过程。在本节的最后还根据工程需要，结合具体情况，设计实现了硬件自动调 试环境。 第1 l l 章对控制系统的软件设计实现过程进行了介绍。控制系统的软件分为三个部分：底层驱动 程序、m d b 会话程序和应月 程序。最后对软件设计中如何保障安全性和可靠性进行了特别的讨论。 第五章介绍系统的现场测试和验收情况。 第六章对本文的工作做了一个总结，并且为后续的研发工作迸行了展望。 6 第2 章需求分析和总体方案设计 第2 章需求分析和总体方案设计 对项目进行完备的需求分析是课题成功的基础。如果对用户的需求把握不清楚就急于开始设计 工作，到最后往往达不到设计要求，只能够返工重来，极大地浪费了时间和人力物力。因此，需求 分析工作对整个课题的成功至关重要【1 5 l 【1 6 1 。 2 1 硬件需求分析 自动售货机控制系统的硬件电路是自动售货桃的核心，设计出的最终产品是一块成品p c b 电路 板，外形尺寸规格为1 8 4 0 m m t 4 0 0 m m ，净高小超过5 0 0 m m ，四角各有一个直径4 2 r a m 的安装 孔，孔中心距离边缘8 0 m m 。该电路板需要提供以卜功能： 通过m d b 总线与硬币器、纸币器和读卡器等外设相连，定时查询投币或插卡，符合m d b i c p 3 0 标准，有2 个以上的m d b 接u ； 提供必要的人机接口，如键盘和显示器等，显示方式采用数码显示或液晶湿示； 执行机构方面，应能够提供一定数量的电动机驱动接口。在自动售货机中电动机用来驱动 货道里出货装置旋转，使商晶送剑顾客手中，晟大可扩展到1 2 8 个货道： 能够对以下状态进行检测和处理：商品是否被送出、商品存储温度、机柜门开关、模式按 键切换、电