（模式识别与智能系统专业论文）自动售货机服务系统与制冷控制板的设计与实现.pdf

摘要 摘要 自动售货机的控制系统由主控制板和制冷控制板两部分组成。主控制板完成销售流 程控制和销售参数设置两大功能，对应销售与服务两种工作模式；制冷控制板作为制冷 系统的控制中心，实现对压缩机，冷凝风机、蒸发风机以及灯的控制。对于数据下载系 统，除自动售货机本身的数据下载接口外，还包括数据下载终端和上位机数据分析软件 两部分，数据下载终端作为数据载体，是自动售货机与上位机之间数据传输的中介；上 位机分析软件完成数据的存储、分析以及友好的用户界面。 本文主要对自动售货机主控制板服务模式软件、制冷控制板、数据下载终端及上位 机数据分析软件的设计与实现进行了深入研究。主要内容如下： l 、自动售货机主控制板服务模式软件的设计与实现。在完成服务模式总体设计的 基础上，探讨了多级菜单的实现方法以及点阵式液晶显示驱动程序的设计，最后阐述了 服务模式各模块的功能与实现。 2 、基于5 l 系列单片机的制冷控制板的硬件设计与实现。通过对硬件系统详细的需 求分析，对器件选择和各部分具体电路进行了深入讨论，并确定以a t 8 9 c 5 5 w d 微控制 器为核心，设计了包括存储器、温度检测调理、m d b 接口及开关量输出等外围电路。 3 、制冷控制板软件系统的设计与实现。首先介绍了m d b 通信协议以及符合m d b 协议的主控制板命令格式，接着按照软件功能模块的划分，详细讨论了各子系统软件的 实现，包括m d b 接口驱动、温度的检测与计算、存储器读写等，最后给出了制冷系统 的总体控制流程。 4 、数据下载系统的设计与实现，该下载系统由三部分组成：售货机自带的下载接 口、数据下载终端以及上位机数据分析软件。 对于售货机自带的下载接口的开发，包括扩展串口的驱动程序、传输数据的准备以 及d e x 数据通信模块的设计与实现。 对于数据下载终端的开发，完成了下载终端的硬件电路设计，以a t 8 9 c 2 0 5 1 为核 心，r s 2 3 2 、存储器等为外围接口电路；在此基础上，设计并实现了下载终端的软件部 分，包括r s 2 3 2 串口驱动、1 2 c 存储器读写以及d e x 数据通信模块。 对于上位机数据分析软件的开发，设计了友好的人机界面，并根据下载数据的分类 设计了数据库表格结构，建立了表间的约束关系。 最后，对本文的工作做了一个总结，并对后续的开发工作指出了方向，对自动售货 机系统的研发做了相关展望。 关键词自动售货机，多级菜单，微控制器，数据交换( d e x ) ，多点下传总线( m d b ) a b s t r a c t c o n t r o ls y s t e mo fa u t o m a ti sc o m p o s e do fm a s t e rc o n t r o lp a n da n dr e f r i g e r a t i o n c o n t r o lp a n d m a s t e rc o n t r o lp a n di m p l e m e n t st w of u n c t i o n so fc o n t r o lo fs e l lf l o wa n d s e t t i n g so fs e l lp a r a m e t e r sw h i c hi sc o r r e s p o n d i n gt ot w ow o r k i n gm o d e so fs e l la n ds e r v i c e a sc o n t r o lc e n t e ro fr e f r i g e r a t i o ns y s t e m , r e f r i g e r a t i o nc o n t r o lp a n e li su s e dt oc o n t r o l c o m p r e s s o r s ，c o n d 【e n s a t i o nf a n s ，e d a p d r a t i n gf a n sa n dl i g h t s f o rd a t al o g g i n gs y s t e m ，b e s i d e s d a t a d o w n l o a d i n g i n t e r f a c eo ft h ea u t o m a t s ，d a t a d o w n l o a d i n g t e r m i n a la n d s u b m i t t e d - m a c h i n ed a t aa n a l y z i n gs o f t w a r ea r ei n c l u d e d a sc a r r i e ro fd a t a , d a t ad o w n l o a d i n g t e r m i n a li si n t e r m e d i a t eo fa u t o m a t ea n ds u b m i t t e d - m a c h i n e s u b m i t t e d - m a c h i n ed a t a a n a l y z i n gs o f t w a r ei m p l e m e n t ss t o r i n ga n da n a l y z i n go fd a t aa n df r i e n d l yu s e ri n t e r f a c e i nt h ep a p e r , t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a tm a s t e rc o n t r o lp a n e ls e r v i c e m o d es o f t w a r e , r e f r i g e r a t i o nc o n t r o lp a n e l ，d a t ad o w n l o a d i n gt e r m i n a la n ds u b m i t t e d - m a c h i n e d a t aa n a l y z i n gs o f t w a r ew e r es t u d i e d t h em a i nc e n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 n ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a tm a s t e rc o n t r o lp a n e ls e r v i c em o d e s o f t w a r e o nf i n i s h i n gt h ew h o l ed e s i g no fs e r v i c em o d e , r e a l i z a t i o nm e t h o d so fm u l t i l e v e l m e n ua n dd e s i g no fl i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ( l c d ) d r i v e rw e r ed i s c u s s e d f i n a l l y , f u n c t i o na n d r e a l i z a t i o no fa l lk i n d so fm o d u l e si n t h es e r v i c em o d ew e r ee l a b o r a t e d 2 r n 坞h a r d w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fr e f r i g e r a t i o nc o n t r o lp a n e lb a s e do n51 s c m o nr e q u i r e m e n ta n a l y z i n go fh a r d w a r es y s t e ma n dd i s c u s s i n go fm a t e d a lc i r c u i td e s i g n a n dp a r t ss e l e c t i o n , h a r d w a r es t r u c t u r ew a sd e s i g n e dw i t l la t 8 9 c 5 5 w dm c ua sc o r ew h i c h i n c l u e d e dm e m o r i z e r , t e m p e r a t u r em e a s u r i n g , m d bi n t e r f a c ea n do n - o f fo u t p u te ta 1 3 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fr e f r i g e r a t i o nc o n t r o lp a n e ls o f t w a r es y s t e m f i r s t l y , m d bc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la n dm a s t e rc o n t r o lp a n e lc o m m a n df o e m a ta c c o r d i n gw i t h m d bp r o t o c o lw e r ei n t r o d u c e d s e c o n d l y , a c c o r d i n gt op a r t i t i o no fs o f t w a r ef u n c t i o nm o d u l e , i m p l e m e n t a t i o no fa l ls u b s y s t e ms o f t - w a r ew e l ed i s c u s s e di nd e t a i lw h i c hi n c l u d e dm d b i n t e r f a c ed r i v e r , m e a s u r i n ga n dc o m p u t i n go ft e m p e r a t u r ea n dm e m o r yr e a d i n g w r i t i n g 税a 1 f i i l a l l w h o l ec o n t r o lf l o wo fr c f r i g e r a t i o ns y s t e mw a sp r e s e n t e d 4 1 f 1 1 cd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fd a t al o g g i n gs y s t e m 1 f 1 地l o g g i n gs y s t e mw a s c o m p o s e do fd o w n l o a d i n gi n t e r f a c eo fa u t o m a t d a t ad o w n l o a d i n g t e r m i n a la n d s u b m i t t e d - m a c h i n ed a t aa n a l y z i n gs o f t w a r e 1 1 1 cd e v e l o p m e n to fd o w n l o a d i n gi n t e r f a c e i n c l u d e dd r i v e ro fe x t e n d e ds e r i a lp o r t s ，p r o v i d eo ft r a n s m i t t e dd a t aa n dd e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fd e xd a t ac o m m u n i c a t i o nm o d u l e f o rt h ed e v e l o p m e n to fd a t a d o w n l o a d h a gt e r m i n a l ，丽n la t 8 9 c 5 5 、dm c i ua sc o r ea n dr s 2 3 2 ，m e m o r y 弱p c r i p h c r y i n t e r f a c ec i r c u i lh a r d w a r ec i r c u i to fd o w n l o a d i n gt e r m i n a lw a sd e s i g n e d i na d d i t i o n , s o f t w a r eo fd o w n l o a d i n gt e r m i n a lw a sd e s i g n e da n dr e a l i z e dw h i c hi n c l u d e dr s 2 3 2d r i v e r , i z cm e m o r yr e a d i n g w r i t i n ga n dd e xd a t ac o m m u n i c a t i o nm o d u l e f o r1 1 l ed e v e l o p m e n to f s u b m i t t e d - m a c h i n ed a t aa n a l y z i n gs o f t w a r e , f r i e n d l yh u m a n - m a c h i n e - i n t e r f a c e ( h m i ) w a s d e s i g n e d ，a n dd a t a b a s es h e e t ss t r u c t u r ea n de s t a b l i s h m e n to fr e s t r i c t i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e n s h e e t sw e r ed e s i g n e dr e s p e c t i v e l ya c c o r d i n gt od o w n l o a d e dd a t a i nt h ee n d ，a l lt a s k so ft h ep a p o rw e r es u m m a r i z e d ，t h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no f c o n t i n u i n gt a s k sa n dd e v e l o p m e n to fa u t o m a ts y s t e m e x p e c t a t i o nw a sp r e s e n t e d k e y w o r d s ：a u t o m a t ，m u l t i l e v e lm e n u , m i c r o c o n t r o l l e r , d a t ae x c h a n g e ( d e x ) ，m u l t i - d r o p b u s ( m d b ) 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。 杪，扩妒9 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。 研究生签名：哗导师签亍。塑茸牛日期： 翘8 q - 9 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 第一章绪论 自动售货机被称为“永不下班的超级营业员”，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交 易。它可以布设在城市商业区、写字楼大厅、风景区、地铁、车站、码头、繁华街道等公共场所， 不仅能方便群众生活，同时也成为了城市各角落的一道亮丽风景线通过自动售货机出售的商品品 种也越来越多，由最初的饮料、香烟等小商品扩展到了电话卡、车票、药品甚至牛仔裤等大件商品。 目前已经有4 0 多个国家广泛使用自动售货机，日本平均每2 3 人就拥有一台，美国是每6 0 人一台， 欧洲则是每4 0 人一刨。在日本，7 0 e 份额的罐装饮料是通过自动售货机售出的，到2 0 0 6 年，美国 可口可乐公司拥有9 8 万台饮料自动售货机分布在日本各地。而在中国，自动售货机数量还较少，平 均几万人一台随着经济的高速发展，自动售货机在中国的普及已是必然趋势。据来自国内自动售 货机市场行情分析报告表明：目前国内自动售货机市场走势已逐渐明晰，自动售货机逐步从沿海经 济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸，逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所 向高中档社区普及，大有星火燎原之势，可以说是市场潜力无限。 1 1 1 国内外研究现状 自动售货机具有技术含量高、销售方式新、市场潜力大、商品货真价实等优点，这决定了它广 阔的发展前景。它是一种集声、光、机电一体化的高新智能化产品，一般由识别系统、找零系统、 传动系统、制冷系统以及软件系统组成。随着防伪技术、数码技术、网络技术以及无线通信技术的 发展和引入，其可靠性大大提高，同时自动售货机行业的广度和深度也会得到进一步的提升 针对自动售货机行业许多国家和地区成立了专门的组织，主要有：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 cm e r c h a n d i s i n ga s s o c i a t i o n ) ，欧洲自动售货协会e v a ( e u r o p e a nv e n d i n g a s s o c i a t i o n ) ，世界自动售货协会w v a o v o f l dv e n d i n ga s s o c i a t i o n ) ，日本自动售货协会 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 sa s s o c i a t i o n ) 他们对推动整个自动售货行业的发展起 了重要的作用。 从上世纪9 0 年代初开始，自动售货机逐渐进入中国，大致历程如下： 1 9 9 3 年，日本、美国、韩国的二手自动售货机进入中国，只能识别人民币硬币 1 9 9 5 年可口可乐、百事可乐开始小量布放使用硬币的自动售冷饮机。 1 9 9 7 年，南开戈德开发出“g d 人民币智能识别系统” 1 9 9 8 年。南开戈德自行研制成功“g d 自动售货机”，成为我国第一家规模生产同时识别纸币硬 币自动售货机的公司。 1 9 9 8 年，加拿大“科汇”公司在广州开始销售、摆放“v e n d o ”等进口机器。 1 9 9 8 年1 0 月，南开戈德组建“天津戈德微超贸易有限公司”( 现“天津戈德移动商务有限公司” 前身) ，成为国内第一家规模经营自动售货机的单位。 2 0 0 0 6 - - 2 0 0 1 年，青岛“澳柯玛”、番禺“智强”、广州“金沙”、长沙。艾博”等相继进入自动 售货机行业。 2 0 0 4 年以后，中国的自动售货机产业实现了快速增长，2 0 0 8 年后将进入又一发展期，尤其是 2 0 0 8 年奥运会和2 0 1 0 年世界博览会将为自动售货机市场带来了巨大商机。届时，自动售货机即将 在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。面对美好的前景，自动售货机制造 商和运营商信心百倍。据粗略估计，目前自动售货机市场已经吸引了国内开发生产商1 0 家，市场运 东南大学硕士学位论文 营商4 0 多家。国内两大巨头南开戈德和青岛澳柯玛投入了大量资金进行自主生产、销售和经营自动 售货机业务。海尔等企业也在盯着这块市场。此外，国外巨头也开始在中国市场排兵布阵。在日本 本土自动售货机市场已趋于饱和的情况下，日本自动售货机行业老大日本富士电气集团、世界 最大的自动售货机运营商日本饮料公司都看好中国的自动售货机市场。与此同时，美国d ea m e r t e k 集团、恒新集团等行业巨头也开始在中国开疆拓土 1 1 2 课题的应用价值 面对巨大商机，国内主营冰箱、压缩机等产品的江苏某知名企业( 下称某企业) 也加入到了自 主研发自动售货机设备的行列中来。对于自动售货机生产厂商来说，只有拥有自主知识产权的产品 才能在参与国际国内竞争中立于不败之地，因此近年来该企业不断加大对研发的投入。 本课题是该企业与东南大学自动化学院合作开发的。在完成传统自动售货机功能的基础上，完善 了自动售货流程，增加了组合商品销售及数据下载等功能，同时在此基础上设计了数据下载终端和 上位机数据分析软件。完善后的自动售货系统更能满足各类客户的需求，从而成为同类产品中的佼 佼者。而数据下载功能更是本课题的一大亮点，目前市面上的大多数自动售货机都没有数据下载功 能，统计商品的销售数和机器发生某类故障的时间、次数等信息都只能通过人工统计的方法，这样 统计商品的销售、供求以及故障等信息非常不便。有了数据下载功能，配合下载终端和上位机分析 软件，能快速而准确地统计并分析这些信息，从而售货机运营商可以及时做出最佳的处理对策。 本课题中使用的技术大多是应用于实际工程项目的成熟技术，开发风险较小。同时，本课题研 究的原理及方法不仅可以用于本项目，还可以应用于其他中小型控制系统中，因此，本课题具有较 高的研究价值。 1 2 课题的研究任务 自动售货机系统由机柜、商品面板、操作面板、商品通道、电源、电机、照明、主控制板、制 冷控制板，制冷压缩机、货币识别器、传感器和检测器等机械、电气设备组成。 该企业负责机械结构设计，提供部分模块设备，包括机柜、商品面板、操作面板、商品通道、 电源、电机、照明、制冷压缩机、货币识别器、传感器和检测器等设备。 由我们负责自动售货机的电子控制模块、驱动器等设备的开发，包括如下内容： 主控制板硬件 主控制板软件，分为三部分：销售模式，服务模式，数据下载接口 制冷控制板硬件 制冷控制板软件 数据下载终端 上位机数据分析软件 图1 - 1 自动售货机软件总体框图 2 第一章绪论 自动售货机软件总体框图如图1 1 所示。销售模式完成销售流程，在顾客投币( 或插卡) ，并对 货架上的商品进行选择后，通过电机带动执行机构将货物送出，然后顾客从取物口取出所选商品， 得到找零( 或拔卡) 后完成一次销售过程。在此过程中，由于健康安全检查、折扣、禁售、促销、 多次销售、组合商品等条件的不同售货机将作不同的处理。 报警模式是销售模式与服务模式的中间状态，当门开时，如未按模式按钮，进入报警模式，屏 幕提示门已开并连续响十声报警。此时，按模式按钮，进入服务模式，关门则进入销售模式 自动售货机软件的总体流程如图l - 2 所示，其中，模式标志是通过模式按钮触发中断而改变的， 模式按钮接单片机的外部中断烈t l 。 图1 2 自动售货机软件总体流程图 主控制板硬件和主控制板软件的销售模式由我的同事完成，本人完成主控制板软件的服务模式 和数据下载接口、制冷控制板硬件、制冷控制板软件、数据下载终端以及上位机数据分析软件 本人完成模块的功能概述如下： 服务模式 服务模式包括诊断、测试、销售记录查询以及设置各种参数，是面向操作人员的。可设置的参 数主要包括：商品价格、销售选项( 退币开关、强制销售开关、最大找零、多次销售、免费商品间 隔等) 、p o s 信息、健康安全检查、停售、折扣以及制冷控制板的运行参数等。 主控制板数据下载接口 自动售货机与数据下载终端或上位机进行的通信是通过主控制板的数据下载接口来进行的。下 载接e l 包括数据准备和数据传输两部分，当下载接e l 收到下载终端或上位机的询问( e n q ) 时，自 动售货机将进入数据下载模式，接着开始准备数据并与下载终端或上位机进行通信，通信完成后自 动退出下载模式回到正常状态。 制冷控制板 制冷控制板包括硬件和软件两部分。制冷控制板作为自动售货机制冷系统的控制中心，可以检 测两个温度探头，通过控制压缩机、蒸发风机和冷凝风机的启停，使系统处在设定的温度范嗣内， 另外还可以控制荧光灯用于照明。制冷控制板与主控制板v m c 之间通过m d b i c p 总线进行通讯， 可以在v m c 中设置制冷控制板运行的各种参数，如开灯时间、压缩机的最短运行时间、箱温设定 值等，同时v m c 也可以从制冷控制板获得门开关状态、测量温度值和压缩机、蒸发风机的工作情 况。 数据下载终端 数据下载终端是数据下载的过渡装置和数据载体。一方面，它可以接受来自自动售货机的报告 数据并传送至上位机，另一方面，它也可以接受来自上位机的配置信息并传送至自动售货机售货 3 东南大学硕士学位论文 机、下载终端和上位机之间的通信协议遵循e v a - d t s6 0 。 上位机数据分析软件 通过数据下载获取文件的格式都是a s c i i ，具有较好的可读性，但此文件仅是一文本文件，售 货机运营商希望看到的是更为清晰明了的数据报告。上位机数据分析软件把历次下载数据保存在数 据库中，并通过友好的用户界面显示包括m d b 外设现金情况、各类销售情况、事件记录、单个商 品的销售记录等。 1 3 本文的章节安排 本文先从自动售货机服务模式的软件设计开始，再进一步探讨制冷控制板的硬件及软件的设计 与实现，最后叙述自动售货机数据下载系统的设计。具体的章节内容安排如下所示： 第一章是绪论，介绍课题的背景和意义以及课题研究的任务和本文的章节安排。 第二章实现对自动售货机服务模式的设计，具体包括总体设计、多级菜单的实现、液晶显示驱 动的实现以及服务模式各部分功能模块的具体实现。 第三章分析了制冷控制板的硬件需求，给出了基于单片机系统方案的制冷控制板硬件的设计与 实现在分析了需求的基础上，阐述了器件的选择，之后详细论述了各部分硬件电路的设计方案。 第四章给出了制冷控制板的软件设计首先介绍了主控制板与制冷控制板之间进行通信的规约 b i d b i c p 协议，然后介绍了主控制板的命令格式，最后对主要的软件模块进行阐述。 第五章对数据下载系统进行设计与实现，首先介绍了自动售货机、下载终端及上位机软件之间 的通信规约，然后分别介绍自动售货机上的数据下载接口、下载终端的软硬件以及上位机数据分析 软件的设计与实现 最后一方面对本文所做研究工作进行总结，另一方面针对自动售货机系统尚待完善的地方及其 未来发展方向提出了展望。 4 第二章自动售货机服务模式的软件设计与实现 2 1 概述 第二章自动售货机服务模式的软件设计与实现 正如前面1 2 节提到的，销售模式完成实际的销售流程，直接面向顾客，而服务模式完成诊断、 测试销售记录查询以及各类销售相关参数的设置，是面向操作人员的。根据客户需求，本系统使用 的是2 1 6 的字符点阵序列液晶显示模块，输入采用3 * 5 键盘，因此如何基于相对简单的人机界面 设计出方便操作人员使用的软件是本章首先要考虑的问题。 服务模式的软件功能模块主要包括： 一、驱动层 1 液晶显示驱动 2 多级菜单的实现 二、应用层 1 故障诊断 2 电机相关 3 设置价格 4 设置销售选项 5 设置制冷控制板运行参数 2 2 服务模式的总体设计 2 2 1 方案设计 本软件是依托于单片机运行的，因此我们选用了目前主流的8 0 5 l 应用系统程序开发工具k e i l u v i s i o n 2 这是一个集成了软件项目管理、源代码辅助设计、编译器、连接器、软仿真器、优化器和 各种设备驱动程序的完整开发工具。u v i s i o n 2 的编译器能够支持8 0 5 l 汇编语言( a s s e m b l y ) 和c 5 1 语言，以及这两者的混合编程。c 5 1 是一种基于c 8 9 规范的c 语言，并针对8 0 5 1 的特点进行了扩 充。在大多数情况下能够取得与汇编代码相近的执行效率，而且c 语言有很好的层次结构，也更符 合人们的思考习惯，所以它比汇编程序更容易理解和维护考虑以上因素，本系统的所有代码都是 由c 5 1 编写的【3 l 【4 1 。 从软件系统的结构上看主要有前后台系统和嵌入式系统两种前后台系统中，系统程序由后台 运行的无限循环程序和前台的中断处理程序组成。后台主要完成对数据进行读取、处理和显示等操 作，它甚至可以是一个空循环。而运行在前台的中断处理程序主要负责处理时间要求相对严格的操 作。前后台系统适用于运行复杂程度不高的软件系统中小型工业测控系统的软件一般都是使用这 种结构，因为与p c 的软件开发不同，这种软件的特点是代码规模较小，开发人员的编程工作直接基 于硬件寄存器完成，所依赖的只有编译器针对语言的解释和优化，而几乎与“操作系统的应用程序 接口a p i ”或其他开发工具无关。在嵌入式系统中，系统程序由嵌入式操作系统和应用层程序组成。 嵌入式操作系统主要完成系统硬件资源的管理，包括时钟、存储空间管理等，并向上层应用软件提 供接口( a p i 函数) ：上层应用软件只需调用操作系统提供的a p i 函数，实现系统的各个具体功能 嵌入式系统比较适用于复杂的控制系统的设计，另外，它对相应的控制器也有较高的要求哺1 本系统属小型测控系统，软件设计虽具有一定的复杂性，但采用前后台结构已完全能满足要求， 5 东南大学硕士学位论文 故我采用了前后台系统的设计方案。 2 2 2 多级菜单的实现原理 对服务模式的操作实际上就是对多级菜单的操作，根据用户需求，我们设计了如图2 1 所示的 菜单主结构。 图2 1 服务模式菜单主结构图 在c 语言环境下，基于单片机的多级菜单的设计方法非常多，而目前最为流行的是。以函数指 针为结构元素，+ 把整个菜单结构拉伸成一个结构数组”的方法这种方法实际上就是面向对象的设 计方法。 一、面向对象的原理 面向对象坤填实是现实世界模型的自然延伸。从世界观的角度看，面向对象的基本哲学是认为 世界是由各种各样具有自己的运动规律和内部状态的对象所组成的；不同对象之间的相互作用和通 讯构成了完整的现实世界从方法学的角度可以认为：面向对象的方法是面向对象的世界观在开发 方法中的直接运用。它强调系统的结构应该直接与现实世界的结构相对应，应该围绕现实世界中的 对象来构造系统，而不是围绕功能来构造系统。而从程序设计的角度来说，面向对象的程序设计必 须有描述对象及其相互之间关系的成分。这些程序设计可以归纳为以下几类：系统中一切皆为对象； 对象是属性及其操作的封装体；对象可按其性质划分为类，对象成为类的实例；实例关系和继承关 系是对象之间的静态关系；消息传递是对象之间动态联系的唯一形式，也是计算的唯一形式；方法 是消息的序列。 如果说传统的面向过程式编程语言是以过程为中心以算法为驱动的话，面向对象的编程语言则是以 6 第二章自动售货机服务模式的软件设计与实现 对象为中心以消息为驱动。用公式表示，过程式编程语言为：程序= 算法+ 数据；面向对象编程语言为： 程序= 对象+ 消息 面向对象设计是建立在如下主张之上的，即：一个程序模型越是真实地反映了实际问题，那么， 由此产生出的程序质量越好，在多数情况下，关于项目的数据定义要比功能稳定得多，因此应象面 向对象设计一样，根据数据来进行设计，这可以使设计更稳定。 二、多级菜单的设计思想 虽然在前面提到本项目的软件是用c 5 1 语言编写，而c 5 1 并不是面向对象的编程语言，但在软 件设计中同样可以使用面向对象的设计思想和方法。 本文实现多级菜单【7 】【8 】的基本设计思想是对多级菜单的每个菜单项编号，通过索引号贯穿，整个 菜单可以看成是一条链。每一个菜单项作为一个对象，而在程序中，对象定义为结构，所以整个菜 单即为一个结构数组。访问每一个菜单项时，只需获得菜单的索引号，通过索引号找到结构数组中 和该菜单相关的条目，由此可以查询到当前菜单项的数据和所要执行的功能函数。 根据需求，这个对象的组成结构如图2 - 2 所示。 数据 按向下键后的索引号：字节型 按确认键后的索引号：字节型 按取消键后的索引号：字节型 保留数据i ：字节型 保留数据2 ：字节型 按向下键有效标志：位域( 1 位) 按确认键有效标志：位域( 1 位) 按取消键有效标志：位域( 1 位) 保留标志：位域( 1 位) 字符串指针1 字符串指针2 存储器地址：无符号整型 图2 - 2 对象的组成结构 消息是面向对象编程的另一要素，在这里消息就是不同的键盘按键。键盘上除了o - 9 十个数字 键和a b 两个字母键外，还有【向下】、【确认】和【取消】三个功能键。不同菜单时，可以根据不 同的功能键做相应的操作。 2 3 多级菜单的实现 2 3 1 数据结构 一，字节型 字节型数据包括按向下确认取消键后的索引号和两个保留数据。 1 索引号 “按向下确认取消键后的索引号”表示在当前界面，如“按向下确认取消键标志”有效，按 向下确认取消键后的进入菜单项的索引号。值得注意的是，这里把索引号定义为字节型( 即u n s i g n e d c h a r 型) 是因为本软件中实际菜单长度小于2 5 5 ，所以用字符型已经足够，如果实际应用系统的菜单 索引号超过2 5 6 ，则需把索引号定义为无符号整型。 7 东南大学硕士学位论文 2 保留数据 保留数据的作用是为了提高程序设计的灵活性。一般情况下不使用，而在某些菜单项中可作为 特殊参数来使用下面是一个典型的使用保留数据的情况 在实际的多级菜单中，往往存在相邻菜单完成功能类似而仅仅是显示内容和操作数据不同的情 况，如图2 3 所示，典型的例子是连续设置一组开关值。 索引号y 复用 索引号y + i 复用长度n 1 索引号y + 2 复用到底向下索引号 图2 - 3 可复用菜单示例图 菜单x 的下一级菜单包含有可复用菜单( 菜单x 2 菜单xn ) ，复用长度为n 1 ，即有n 1 个菜单 项对应一个索引号。用一个复用偏移变量来标记具体到是在哪个复用的菜单项，每按一次向下键， 这个偏移量就会自动增加，从而达到了操作不同的复用菜单项的目的。 当“复用偏移变量f i g 复用长度”时按向下键，索引号就变为“复用到底向下索引号”在实际 应用中，可能存在如下情况： 菜单x ( n + 1 ) 不存在，这时“复用到底向下索引号”为菜单x 1 的索引号y ； 菜单x i 不存在，“复用到底向下索引号”仍为y + 2 ； 菜单x l 和菜单x ( n + 1 ) 都不存在，“复用到底向下索引号”为y + l ，复用偏移变量置0 。 采用此种设计，有效地缩短整个菜单结构数组的长度，尤其是当复用菜单下还有子菜单的时候， 结构数组的长度会更显著变短，节省了代码空间 这里，保留数据l 作“复用到底向下索引号”用，而保留数据2 作复用长度用 9 1 。 二、位域数据 位域数据包括“按向下确认】玟消键有效标志”和一个保留标志。因为这些标志均只有o l 两个 状态，所以把它们定义为长度为l 的位域是最节省资源的方式 1 有效标志 只要需求确定了，各个菜单界面的按键响应也是确定的。在进行软件设计时，可直接利用这些 标志判断是否响应当前按下的功能键。同时，这些数据是直接体现在结构数组的初始化表中的，因 此各菜单功能键的有效与否是一目了然的。若需求有变化，如要使某菜单的确认键由有效变为无效， 只需把该菜单项对应条目的“按确认键有效标志”设为无效。因此，这种设计使程序结构更加清晰， 也更有利于软件的维护 2 保留标志 同保留数据一样，保留标志的作用是为了提高程序设计的灵活性。在本软件中，主要用作“是 否是复用标志”，它同上面提到的用作复用数据的保留数据l 和2 配合使用。 三、无符号整型 无符号整型数据为存储器地址。系统要求配置一定容量的非易失存储器，而我们选用的单片机 华邦的w 7 8 e 5 1 6 b 本身并没有提供，所以我们用单片机的集成并行总线外扩了一个a t 2 8 c 6 4 。这是 一种使用e e p r o m 工艺制造的2 k b 容量的存储器，能够直接进行字节读写，符合我们的设计要求。 由于地址是1 6 位的，所以采用无符号整型定义。根据地址译码计算得e e p r o m 的基地址为0 x 0 c 0 0 0 ， 地址范围为：0 x 0 c 0 0 0 0 x 0 d f f f 。存储器e e p r o m 中的地址分配情况如表2 1 。 s 第二章自动售货机服务模式的软件设计与实现 表2 1 存储器中的地址分配情况表 模块 地址范围说明 故障诊断0 x 0 c 0 ( ) o 一d x o c 0 0 b 包括主控制板、硬币器、纸币器及读卡器的故障信息 电机的配置信息，0 超时退出，l 正常，2 低电流故障，3 过 电机0 】0 o ( 钒0 ( 、0 5l 流( 堵转) ，共7 0 个电机对应7 0 个字节 账单0 x o i ：0 5 2 0 x o c 0 5 3销售记录范围，注，其他销售金额等存储在d s l 2 8 8 7 中 包括单个商品价格和组合商品设置，其中，每个价格占三位， 价格 0 x o c 0 5 4 - - 0 x 0 c 2 4 8 低地址存高位 硬币器 0 x 0 c 2 4 9 - 4 ) x 0 c 2 4 b 无条件接收值，格式同价格 测试 0 x 0 c 2 4 c 销售测试开关 包括退币、强制销售、最大找零、多次销售、免费价格及促 选项 0 x 0 c 2 4 d , - o x 0 c 2 5 7 销等参数 默认机型值 默认设置 0 x 0 ( 2 5 8 0v cc o l d ，lt dc o l d ，2s n a c k c o i d p o s 信息0 x 0 c 2 5 蛐o c 2 5 a包括p o s 信息的语言种类和待机界面的显示内容设置 停售设置o x o c 2 6 7 奴o c 2 8 0 停售设置参数，包括起停时间及开关等 健康安全检查设置，包括检查开关，温度设定点，延时及检 健康检查0 x 0 c 2 8l - - o x 0 c 2 8 6 查范围等 包括折扣总开关、每日开关、折扣起止时间、折扣范围以及 折扣设置0 x o ( 、2 8 他o c 2 9 7 折扣值，其中折扣值格式同价格。 自动恢复 0 x o c 2 9 8 ) x o c 2 9 a 包括自动恢复开关及自动恢复范围 红外检测 0 x o c 2 9 b - - o x 0 c 2 9 d包括红外检测模式及红外检测范围 制冷控制板 相关 0 x 0 c 2 9 b 加x o c 2 8 2包括日光灯设置值、压缩机运行参数以及化霜温度设置值 数据下载区 0 x 0 c 2 8 3 - - 0 x 0 d f f f分配给数据卜载接口，包括各种销售记录及系统事件日志 四、字符串指针 本项目选用的液晶显示器是2 行显示的，每个菜单项可能需要用到两个固定的字符串，所以在 数据结构中设置两个字符串指针。液晶显示器驱动程序的入口均是字符串指针，在调用显示功能时 直接可使用字符串指针。在初始化整个菜单的结构数组时，可以直接在字符串指针位置处填上界面 所要显示的字符串 五、函数指针【l o l 可以用指针变量指向整型变量、字符串、数组，也可以指向一个函数。一个函数在编译时被分 配给一个入口地址，这个入口地址即为函数指针。函数指针是本数据结构的重中之重，它是对象的 操作函数的地址可以通过函数指针变量来访问它指向的函数，因此采用函数指针可方便地实现用 户程序和菜单的接口 2 3 2 实现多级菜单的流程图 实现多级菜单的总体流程如图2 _ 4 所示。值得一提的是，按当满足确认键标志无效且向下索引 号不为零时，置已按确认键标志，同时索引号不变。做这样的设计，原冈如下： 在正常浏览菜单时，按确认键即直接进入下一级菜单，此时直接把索引号变成“按确认键后索 引号”。但是在编辑界面，按确认键是先做保存操作，然后再返回上一级菜单，所以此时不能马上把 9 东南大学硕士学位论文 索引号变为按确认键后索引号( 9 】 图2 - 4 实现多级菜单的总体流程 其中，按向下键的处理流程如图2 5 所示，首先需考虑当前菜单是否是复用状态，若是复用， 则只需改变当前复用偏移量，索引号不变如果当前不是复用状态，则还分为两种情况：下移为复 用和下移非复用。下移非复用时，只需改变当前索引号，而下移为复用时，除改变索引号外，还需 置复用偏移量为1 图2 - 5 按向下键的处理流程 1 0 第二章自动售货机服务模式的软件设计与实现 2 4 液晶驱动的设计与实现 根据客户要求，我们选用厦门英睿达电子有限公司的一款型号为a t m l 6 0 2 s 1 1 1 1 模块内部具有两 个8 位寄存器：指令寄存器( 瓜) 和数据寄存器( d r ) 。用户可以通过i t s 和r w 输入信号的组 合选择指定的寄存器，进行相应的操作，表2 - 2 中列出了组合选择方式 表2 - 2 选择内部寄存器的组合方式 e骼删说明 l0 将d b 0 d b 7 的指令代码写入指令寄存器中 0 l 一0 1 分别将状态标志b f 和地址计数器( a c ) 内容读到d b 7 和d b 6 - - d b 0 将d b 0 - - 一d b 7 的数据写入数据寄存器中。模块的内部操作自动将数 l0 据写到d d i