（计算机应用技术专业论文）基于gprs的学生奶自助服务系统.pdf

摘要 基于g p r s 的学生奶白助服务系统以国家推行的“学生饮用奶计 划”为背景，使用自动售奶机来出售牛奶，并通过g p r s 网络对自动 售奶机进行实时监控，解决人工管理中的成本高、工作量大、不能及 时处理故障等问题，为学生创造了一个自助售奶的环境，提高了学生 的营养和健康水平，增加了企业售奶的销售额。 本文在研究了无线监控系统及其相关技术的基础上，对基于 g p r s 的学生奶白助服务系统进行了整体的设计，并分别设计和实现 了自动售奶机通信终端、监控中心以及两者之间的传输协议。 首先设计自动售奶机通信终端的软硬件。通过在自动售奶机中加 入g p r sd t u ，使其具有了无线通信的功能，并介绍了g p r sd t u 的硬件组成和工作模式，利用u c l i n u x 串口函数和g p r sd t u 的通 信协议，设计了自动售奶机与d t u 通信的软件。 接着设计了自动售奶机和监控中心之间的传输协议。通过对两种 t c p i p 传输层协议的对比，选择了适合本系统的传输协议，设计了 应用层的通信模式和数据包结构，提出了自动注册i p 方法来解决传 输中监控中心无法识别终端的问题。 最后设计和实现了监控中心的软件。根据系统的需求分析和c s 结构的优点，设计了以c s 为架构的监控中心软件，并通过v b 的数 据库访问、网络通信、串口通信等技术，实现了该软件，该软件主要 完成接收自动售奶机发来的销售信息、状态信息和故障信息，并对这 些信息进行处理和显示。 本系统为企业提供了高效的自动售奶机管理，大大提高了服务质 量，降低了运营成本，并对研究无线监控系统有一定的参考价值和现 实意义，具有广泛的应用前景。 关键词g p r s ；自动售奶机；监控中心；d t u ；协议 a bs t r a c t b a c ko nt h ei m p l e m e n t a t i o no fn a t i o n a l “s c h 0 0 1m i l ks c h e m e ”t h e s c h o o lm i l ks e l f - s e r v i c es y s t e mb a s e do ng p r sw a sb u i l ti nt h i sp a p e r u s i n gm i l kv e n d i n gm a c h i n ea n dt h en e t w o r ko fg p r s ，t h es c h o o lm i l k s e l f - s e r v i c es y s t e mc a ns e l lm i l ka n dm o n i t o ro nr e a l t i m e i tc a ns o l v e m a n yp r o b l e m so na r t i f i c i a lm a n a g e m e n to fm i l kv e n d i n gm a c h i n e ，s u c h a sh i g hc o s t s ，l a r g ew o r k l o a d ，u n a b l et od e a lw i t hf a i l u r e s i tc r e a t e sa s e l f - s e r v i c ee n v i r o n m e n tf o rs t u d e n t s a n di r e p r o v e st h el e v e lo fs t u d e n t s h e a l t ha n dn u t r i t i o n m e a n w h i l e i ti n c r e a s e st h es a l e so fe n t e r p r i s e s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h er e s e a r c ho fw i r e l e s sm o n i t o r i n gs y s t e m a n di t sr e l a t e dt e c h n o l o g y , t h ew h o l ea r c h i t e c t u r eo fs c h o o lm i l k s e l f - s e r v i c es y s t e mb a s e do ng p r sw a sd e s i g n e d i na d d i t i o n ，t h em i l k v e n d i n gm a c h i n ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l ，t h em o n i t o r i n gc e n t e r sa n dt h e t r a n s m i s s i o np r o t o c o lb e t w e e nt h e mw e r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e d r e s p e c t i v e l y f i r s t l y , t h e m i l k v e n d i n g m a c h i n ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l s s o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g nw a sd e s i g n e d b ya d d i n gg p r sd t u ， w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o no fm i l k v e n d i n g m a c h i n ew a s r e a l i z e d t h e n ，h a r d w a r ec o m p o s i t i o na n dw o r km o d eo fg p r sd t u w e r ei n t r o d u c e d b yu s i n gt h es e r i a lf u n c t i o no fu c l i n u xa n dt h e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fg p r sd t u ，t h es o f t w a r eo fm i l kv e n d i n g m a c h i n ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a lw a sd e s i g n e d s e c o n d l y t h et r a n s m i s s i o np r o t o c o lb e t w e e nt h em i l kv e n d i n g m a c h i n ea n dt h em o n i t o r i n gc e n t e rw e r ed e s i g n e d a n dc o m p a r e dt ot w o k i n d so ft c p i pt r a n s m i s s i o np r o t o c o l s ，af i t t e rt r a n s f e rp r o t o c o lw a s c h o s e n t h e n t h ec o m m u n i c a t i o nm o d e la n dd a t ap a c k e t s s t r u c t u r ei n a p p l i c a t i o nl a y e rw e r ed e s i g n e da n dad e t a i l e dc o m m u n i c a t i o ni n s t a n c e w a so f f e r e d t h ep r o b l e mt h a tt h em o n i t o r i n gc e n t e rc a n tr e c o g n i z et h e t e r m i n a la u t o m a t i c a l l yc a nb es o l v e db yt h ea u t o m a t i cr e g i s t r a t i o no fi p b e s i d e s f i n a l l y , t h es o f t w a r e o fm o n i t o r i n gc e n t e rw a sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d a c c o r d i n gt ot h es y s t e m sr e q u i r e m e n ta n a l y s i sa n dt h e i i a d v a n t a g eo fc sa r c h i t e c t u r e ，t h es o f t w a r eo fm o n i t o r i n gc e n t e rw i t hc s a r c h i t e c t u r ew a sd e s i g n e d b yu s i n gt e c h n o l o g yo fv bd a t a b a s ea c c e s s ， n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，t h e s o f t w a r eo f m o n i t o r i n gc e n t e rw a si m p l e m e n t e d t h i ss o f t w a r eh a sl o t so ff u n c t i o n s ， s u c ha sr e c e i v i n gt h es a l ei n f o r m a t i o n t h es t a t ei n f o r m a t i o n a n dt h e f a i l u r ei n f o r m a t i o nf r o mm i l kv e n d i n gm a c h i n e ，a n dd e a l i n gw i t ht h e i n f o r m a t i o n t h i ss y s t e mc a ni m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h em i l kv e n d i n gm a c h i n e m a n a g e m e n t ，i m p r o v eq u a l i t yo fs e r v i c e ，a n dr e d u c et h eo p e r a t i n gc o s t i t h a ss o m er e f e r e n c ev a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rt h er e s e a r c ho n w i r e l e s sm o n i t o r i n gs y s t e m i tc o u l db ea p p l i e dw i d e l yi nt h ef u t u r e k e yw o r dsg p r s ，m i l kv 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 r ， d t u ，p r o t o c o l i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论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 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：王霜屉 日期：2 口c 7 年岁月，g 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 导师签名：鲤日期：文7 呷年厂月f 矿日 硕十学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论弟一早三百t 匕 牛奶是一种营养丰富的理想食品。科学检测表明，每1 0 0 克牛奶中含热能 7 0 5 千卡、蛋白质3 4 克、脂肪3 7 克以及维生素b 2 、维生素a 等。牛奶中的 蛋白质具有人体生长发育所必须的各种氨基酸，消化率在9 8 以上。1 0 0 克牛奶 中钙含量为1 2 5 毫克，且容易吸收，是人体中钙的最好来源。发达国家以及一些 发展中国家大力推广“学生奶 ，来提高青少年的身体素质，取得了良好的效果。 例如日本就提出“一杯牛奶强壮一个民族”，大力推广学生奶，使日本人平均身 高比上一代人增长了1 1 厘米，身体变得更强壮。据调查显示我国青少年总体身 高矮于日本。所以有关专家认为，为了我国青少年学生营养健康问题，通过专项 计划向学生提供专用的“学生饮用奶”，提高学生营养和健康水平，是一项造福后 代、迫在眉睫的大事。 为了改善我国中小学生营养情况，保证青少年的健康成长，经国务院领导批 准，2 0 0 0 年由农业部等几个部委联合下发了关于实施国家“学生饮用奶计划” 的通知【1 】和国家“学生饮用奶计划 暂行管理办法【2 1 。其中决定实施以在 校中小学生为主的国家“学生饮用奶计划”，并规定学生饮用奶必须“安全、营 养、方便、价廉”，必须由国家有关部门认定的定点企业生产符合国家标准、专 供中小学生饮用的灭菌牛奶等一系列要求。这项计划已纳入中国儿章发展纲要 ( 2 0 0 1 - - 2 0 1 0 年) 。 在部际协调小组各成员单位的共同努力下，在地方各级政府和有关部门、学 校、定点生产企业以及社会各界的积极参与下，国家“学生饮用奶计划”工作进展 较快，曾取得了较好成绩。 1 2 研究背景 1 2 1 自动售奶机的引入 从2 0 0 4 年丌始，我国的学生饮用奶计划遭到严重挫折，日供奶量急剧下跌。 据相关部门的数据显示，全国“学生奶”的饮用人数不到在校中小学生的1 。 曾经轰轰烈烈的“学生奶”为什么寂然无声? 这还要从售奶的方法说起，学生奶 的一般发放流程是：学校统计各班购奶的学生人数，并上报给国家指定的售奶企 业，该企业每天上午l o 点前派人将牛奶送到学校，各班主任陆续到总务处领走 牛奶，并在第二节课下课时将其发到学生的手中，学生喝完牛奶后，清洁人员处 硕士学何论文 第一章绪论 理空奶袋，对于学校剩余的牛奶由企业派人收回。 这种人工售奶方式带来了很大的弊端：在发放牛奶的过程中没有冷链条件的 支持，企业只能出售超高温消毒奶，这种牛奶在消毒时，破坏了牛奶中很多的营 养物质，降低了使用的价值；学校在订奶时为了避免发放麻烦，统一订购一个品 种的牛奶，学生没有其他选择；在订奶价格上，有些学校使用中介身份赚钱，导 致学生奶的价格高；在发放过程中，学校要代收奶费、分发奶、清扫奶袋等，增 加了学校的负担；企业在售奶时，全部通过人工操作，不方便进行销售管理、财 务管理等一系列业务的处理工作。 为了挽救学生引用奶计划，解决人工售奶的种种弊端，引入了自动售奶机代 替人工售奶的方式。主要售奶方法为：在学校放置几台自动售奶机和充值机，为 每个学生办理一张购奶i c 卡，通过购奶i c 卡在自动售奶机上购买牛奶，每张购 奶i c 卡与学生的银行卡绑定，可以通过银行卡对购奶i c 卡充值，学校不得代收 缴现金。通过使用这种“自助饮奶”方式带来四个方面的好处：一是学生自愿购 买，自由消费，老师不再接触钱币，不再经手奶品，消除了乱收费嫌疑，克服了 “学生奶”收费难的问题；二是一台自动售奶机可供8 个品种，两台则可供1 6 个 品种，品种增加了，学生可选择的口味也增加了，可有效地与市场进行抗衡，完 全可满足不同学生的需要；三是价格方面，由教育部门予以限制，比市场上的同 类产品要低1 0 1 5 ，让学生在获得实惠中养成长期的饮奶习惯；四是自动售 奶机具有冷藏消毒功能，在保证奶品的卫生状况同时可以学生喝到鲜牛奶。 长沙市从2 0 0 7 年5 月份开始在部分学校进行学生饮用奶自助供应方式的试 点工作。该供应方式是由指定生产企业在学校免费安装自动售奶机，由学生自愿 在银行缴纳饮奶费，根据自己的爱好习惯，选择品种，选择时间，选择数量刷卡 饮奶。该项目经过三个学期在全市1 8 所学校的试点，取得了成效，受到了学校、 学生、家长的肯定和欢迎。为了进一步推进实施国家学生饮用奶计划，长沙市政 府在2 0 0 8 年1 2 月份出台了关于推进实施国家学生饮用奶计划推广学生饮用奶 自助服务系统的通知的文件，文件中具体的规定了各相关部门的职责，为学生 饮用奶自助服务系统进入学校提供了条件和支持。 1 2 2 自动售奶机的管理 自动售奶机虽然给学生奶带来了新的生机，但是自动售奶机的运营存在着许 多问题，如机器运转故障严重，刷卡后机器取货口不出货，制冷器不工作导致牛 奶坏掉，人为破坏机身，出现故障排除不及时，缺货现象频繁发生等。以前自动 售奶机主要依赖人工巡视补货检查，通过“边补货、边检查”的方式来跟踪其运 行情况。人工巡视补货检查效率低，有无需要都要开机检查，巡视间隔也受人工 成本的限制，不能及时发现问题【3 1 。 2 硕士学位论文第一章绪论 随着网络技术、管理技术的飞速发展，国内外自动售奶机开始慢慢的使用网 络来对其进行管理，解决人工巡视带来的不便。就监控技术来说，主要采取电话 线、a d s l 或专线接入i n t e m e t 进行管理，如日本富士电机公司早先研究开发出 了利用因特网接收、发送各种信息的自动售奶机。在这种售奶机的内部安装了微 型计算机、简易便携式电话系统和内部信息通信网。操作员可使用电脑对售奶机 进行信息管理和各种功能、文字广告显示等设定。对老式售奶机，在安装有关备 件后也可以与因特网联网。但是自动售奶机分布在城市的各个角落，使用这种有 线连接的方式，需要大量的人力、物力和财力来布线，给企业带来了很大的麻烦。 无线技术的引入，给自动售奶机的管理带来了新的生机，使用 g s m 4 5 】【6 ) ( g l o b a ls y s t e mm o b i l e c o n u n u n i c a t i o a s l 和g p r s 7 ( g e n e r a lp a c k e tr a d i o s e r v i c e ) 传输信息成为了可能。当g s m 出现后，人们将它所带来的新技术应用到 各个领域，例如在城市照吲引、电网调度【9 1 、环境检测【10 1 、城市交通【1 l 】、矿井瓦 斯检测【l2 j 等。当g p r s 出现后，人们又争先恐后的把g p r s 带来的新技术在这 些领域得到了充分的利用。但在自动售卖行业发展似乎比别的领域迟一步，直到 近l 、2 年才把g p r s 技术引进该领域。从目前来看，国内外利用g p r s 对自动 售奶机的监控尚未进入一个成熟的阶段，很多面向运营商的软件系统需要开发。 香港大学开发了一个m o v e r i i i ( m o b i l ea n do n l i n ev e n d i n ge n a b l e r ) 管理系 统。该系统通过g p r s 网络，实时监控机器的运营状况，并可以通过移动运营商 或存储电话卡的分账系统，实现手机或存储卡购物。从根本上实现了自动售货机 的远程控制和在线支付，大大提高了销售和运营的效率，为自动售卖行业提供了 电子商务技术的支持。 青岛澳柯玛商用设备有限公司，与国内著名的科研院所、电信等机构进行合 作，利用通信领域的前沿技术g p r s 网络，共同开发能够实现远程控制的网络化 模块，以实现远程管理和手机购物等功能。 国外著名公司恒新集团与万事达国际组织携手共同研发推出了全新e 时代 智能自动售货平台。该平台具有新颖别致的外观设计、智能化操作，还拥有基于 无线通讯技术的实时库存管理系统、电子结算、l c d 互动广告等业界领先的几 大功能，集商品销售、广告展示、数据采集、交易结算多功能于一身。给运营商 带来了极大方便。 本课题利用国内外已研究出来的成熟技术，使用g p r s 网络来管理自动售奶 机，解决学校的自动售奶机管理难的问题。 1 3 研究的意义 本课题以国家推行的“学生饮用奶计划”为背景，使用自动售奶机在学校出 3 硕十学位论文第一章绪论 售学生奶，满足小学生每天喝一杯奶的需求，并利用g p r s 网络，进行自动售奶 机和监控中心之间的双向数据传输，从而实现监控中心对自动售奶机实时的管理 和监控。具有以下意义： ( 1 ) 学生自助服务系统为“学生饮用奶计划”注入了新的活力。它解决了以 往人工售奶中只能出售超高温消毒奶、学生奶价格高、品种单一等问题，使学生 饮用奶保管冷链系统延长，减少了学校工作量，消除了乱收费嫌疑，具有自助饮 用、安全卫生、自助购买、品种多样、价格便宜、方便高效等特点。 ( 2 ) 学生自助服务系统为售奶企业构建了新型无线管理服务平台。它解决了 人工管理中的成本高、工作量大、不能及时处理故障等问题，使企业能够对自助 售奶机进行远程集中管理，实时跟踪牛奶销售状况、设备运行状况，大幅度降低 运营成本，提高经营效益，并创造新的利润增长机会。 1 4 论文主要内容与章节安排 本文共分为七章，各章节内容安排如下： 第一章介绍了课题研究的背景及意义。分析了自动售奶机引入牛奶业的重要 性和意义，研究了自动售奶机在管理方面的缺陷和囡内外的现状，提出了使用 g p r s 来实现自动售奶机的管理。 第二章阐述了学生奶自助服务系统的总体设计方案。通过对系统的业务流程 和功能的分析，设计了系统的网络结构和主要组成。重点是系统的组成和网络结 构。 第三章详述了自动售奶机通信终端的软硬件设计及相关技术。介绍了系统的 自动售奶机结构，加入了一个g p r sd t u ，使其具有与监控中心进行无线通信的 功能；详细介绍g p r sd t u 的工作原理和参数设置，并利用u c l i n u x 的串口通 信函数和g p r sd t u 的通信协议，设计了自动售奶机通信终端的软件。重点是 自动售奶机通信终端的软件设计。 第四章阐述了自动售奶机和监控中心之间的远程传输协议。介绍了t c p i p 传输层两种协议的优劣，然后根据系统的实际需求，选择了适合本系统的传输层 协议；通过对系统的业务和功能分析，设计出应用层的通信模式和数据包结构， 并给出了一个详细的通信实例；分析了传输中监控中心无法识别终端的问题，提 出了自动注册i p 的方法；通过数据加密来保障了传输中信息的安全性。重点是 应用层协议的设计和自动注册i p 的解决方案。 第五章阐述了监控中心软件的设计。通过对两种软件体系结构的分析和比 较，决定对监控中心软件采用c s 结构，并设计了监控中心软件要实现的功能模 块；阐述了数据库设计的理论，设计了信息管理子系统的物理模型，建立了监控 4 硕士学位论文第一章绪论 中心的数据库，并对数据库进行了优化。重点是功能模块和数据库物理模型的设 计。 第六章详述了监控中心软件的实现。介绍了v b 的数据库访问技术，网络通 信技术和串口通信技术，使用这些技术实现了信息管理子系统、g p r s 服务器和 通信子系统，给出了部分功能的程序流程图和运行界面。重点是监控中心软件功 能的实现。 第七章对全文进行了总结和展望，并对下一步的工作进行了规划和建议。 硕士学位论文第二章系统的总体设计方案 2 1 问题描述 第二章系统的总体设计方案 “学生饮用奶计划 是通过政府给予财政和行政支持在学校推广学生饮奶， 从而提升青少年身体素质的营养计划。该计划曾在各个城市推广了很多年，取得 了一定的成绩。但是由于人工售奶过程中的种种弊端，从2 0 0 4 年丌始，我国的 学生饮用奶计划遭到严重挫折，日供奶量急剧下跌。随着自动售奶机的引入，给 “学生饮用奶计划”带来了新的生机，恢复了学生奶的市场。但是，由于自动售 奶机分散在各个学校、工作过程复杂、无人看管等缺点，使得企业必须定期派人 去巡查。这种采用人工方式管理自动售奶机，存在着很多的弊端。例如：无法及 时的发现机器的故障，不能及时的查询售奶情况( 是否缺货，是否过期) ，不方 便结算、进货等业务处理。 基于以上的弊端，本文丌发了一个学生奶自助服务系统，该系统使用自动售 奶机来销售牛奶，并通过g p r s 网络来传送信息给监控中心，方便企业及时了解 自动售奶机的情况，控制和管理自动售奶机，解决了人工管理的弊端。 2 2 系统需求分析 2 2 1 业务流程 本系统主要是通过在学校放置自动售奶机，销售学生奶，解决人工发奶的种 种不便，给学校、企业、学生带来很大的好处。从图2 1 可看出，系统的业务流 程是：由售奶企业为学生开办一张购奶i c 卡，学生通过购奶i c 卡在自动售奶机 上刷卡购奶，并通过学校放置的充值机对i c 卡进行充值和查询；自动售奶机保 存每天的销售信息和状态信息，并于规定的时间自动将这些信息通过网络，上传 给监控中心，便于企业及时的了解机器的销售情况和牛奶的剩余量；当自动售奶 机出现电机不转、制冷失灵、刷卡不掉货、整机缺货等故障，将发送报警信息给 监控中心，企业监控中心收到报警信息，根据报警的类型，发送相关的控制命令， 必要时派人去维修和处理。 6 硕士学位论文第二章系统的总体设计方案 企 上传销售、状态和故障信息 自 动 ，a人 业 下发控制命令、 售 刷卡购奶 夕 学 奶 机 的 l 监 控 中 生 心 上传充值信息 充 值 机 图2 - 1 系统交互图 2 2 2 功能分析 通过对系统的业务流程分析，在总结归纳各方面信息的基础上，概括学生奶 自助服务系统应具有以下功能： ( 1 ) 信息传输：系统传送间歇的爆发式数据，偶有大量的数据，所以要求选 择的网络能够快速、准确地接收和发送，以便售奶机的各种信息能够得到及时地 反馈和处理。 ( 2 ) 自动上传：要求自动售奶机能够自动将销售信息、状态信息、故障信息 上传给监控中心，以便企业能及时的解销售情况、牛奶剩余量、故障问题，并能 派人第一时间赶到现场维修故障，保证牛奶的正常销售。 ( 3 ) 远程控制：监控中心不但要能及时地接收来售奶机的各种信息，而且要 求能在必要的时候通过发送命令来控制售奶机的动作和状态。如设置上传时间、 消毒时间、制冷温度，发送停机命令等。 ( 4 ) 卡务管理：要求系统能对购奶i c 卡进行开卡、充值、挂失、解挂、注 销等操作。 ( 5 ) 进销存管理：根据自动售奶机传来了信息，监控中心能进行销售管理、 库存管理、结账管理、采购管理等业务。 ( 6 ) 用户管理：监控中心能够设定用户权限，对各模块实施权限管理，防止 越权破坏。 2 3 系统设计方案 2 3 1 系统总体结构设计 1 网络媒介的选择 7 硕十学位论文第二章系统的总体设计方案 自动售奶机与监控中心之间网络可以通过有线或者无线连接，如果机器设在 企业旁边则使用有线较好，因为有线毕竟受干扰较小，相对稳定。但是售奶机分 散的放置在各个学校，有些学校之间的距离很远，不方便布线，所以采用无线网 络是系统的必然选择。 本系统采用g p r s 网络来传输数据。g p r s 1 3 】【1 4 】【1 5 】作为第二代移动通信技术， 是由英国b tc e l l n e t 公司在1 9 9 3 年提出的，是g s mp h a s e 2 + ( 1 9 9 7 年) 规范实现 的内容之一，是一种基于g s m 的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的 i p 或者x 2 5 连接。g p r s 在现有的g s m 网络基础上叠加了一个新的网络，同时 在网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端 到端的、广域的无线i p 连接。它在许多方面都具有显著的优势： 一是通信费用低：按流量计费，迅速降低服务成本。 二是实时性强：由于g p r s 具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可 以同步接收、处理多个或所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集 和传输实时性的要求。 三是通讯范围广：g p r s 覆盖范围广，在无线g s m g p r s 网络的覆盖范围 之内，都可以完成对售奶机的控制和管理，而且扩容无限制，接入地点无限制， 还能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。 四是建设成本低：由于采用g p r s 的无线公网平台，只需安装好设备就可以， 无需建设专用无线通信网络，因此节省了数量庞大的通信网络建设费用，同时缩 短了建设周期，设备连接后即可传输数据。 五是传输容量大：监控中心要和每一个售奶机保持实时连接。由于数量较多， 系统要求能满足突发性数据传输的需要，而g p r s 技术月 - 匕l a z t k e l 好地满足传输突发性 数据的需要【1 6 。 2 网络安全性和可靠性保证 由于基于g p r s 的学生奶自助服务系统的特殊性，系统需要在信息传输过程 中保证信息的安全，不能被别人恶意的篡改和截取，传送过来的信息必须是准确 的，否则将影响企业的业务处理。因此网络通信的安全性与可靠性十分重要，在 本系统中通过下面的方法来保证系统的安全： ( 1 ) a p n 专网模式 a p n 1 1 刀( a c c e s sp o i n t n a m e ) 是基于g p r s 的一种新型高效通讯模式，用来标 识g p r s 的业务种类，目前分为两大类：一是c m w a p ，通过g p r s 访问w a p 业务；二是c m n e t ，除了w a p 以外的服务目前都用c m n e t ，如连接因特网 等。这两个a p n 是所有丌通g p r s 业务的手机卡都能登陆的a p n 接入点。企业 可以申请一个专用的a p n 接入点，只有本企业买的卡才可以登陆该接入点，这 硕士学位论文 第二章系统的总体设计方案 样通过专用a p n 可以把企业的卡管理起来，同时也保护了企业的网络不受外界 干扰。也就是说，虽然不申请专用a p n 可以实现数据通信( 使用c m n e t 接入 点) ，只是c m n e t 接入点是普通用户上网的一个公用接入点，该接入点用户庞 大，所得到的动态i p 变化快，会造成对下通信不畅；还有所有通过c m n e t 接 入点登陆的用户都可以对终端进行通信，这样系统就存在一定的安全隐患，申请 了专用a p n 后，只有企业的卡才可以登陆专用的a p n ，外面的i p 用户很难对 系统造成威胁【1 8 】【1 9 】。 ( 2 ) 数据加密：可对整个数据传送过程进行加密保护。 ( 3 ) 网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功 能，保障系统安全。 3 系统的总体结构 经过上面的分析，可以得出系统的总体结构如图2 2 所示。在系统中，自动 售奶机和充值机内置了g p r s 通信模块( d t u ) 来接入g p r s 网络。企业向移动 公司申请开通专用的a p n ，移动公司在g g s n 节点上为系统专门分配了一个域， 并将系统为各个终端申请的s i m 卡绑定在此域内，同时移动将企业的路由器， 通过专线光纤与a p n 接入路由器相连。 厂川奶栅画 。 0 g p r s 骨干网，j 搁 自动售奶机1 剧 自动赢画惫 灌支矗火西 缈 ，胡k 、 充值机 划l6a 翕圆 寸伏 自动售奶机l 醐j 多。i l 吣sf 刁 自动赢团 臼蝈i 充值机 学校n ， 图2 2 系统总体结构图 系统的工作流程是：学校的自动售奶机和充值机将销售信息、故障信息、状 态信息和充值信息按事先订好的数据格式封装后，通过串口传给g p r sd t u ， g p r sd t u 打包后将其发送到基站，根据内部的s i m 卡号和接入的a p n 名称， 由s g s n 向移动d n s 服务器发出查询请求，找到与监控中心连接的g g s n ，并 将数据包封装送给g g s n ，然后通过系统专用的a p n 接入路由器，经专线光纤 9 硕士学位论文 第_ 二章系统的总体设计方案 接入企业路由器，由监控中心的通信服务器将数据解包，并按照一定的格式存入 数据库中，这样企业就可以通过访问数据库来对信息进行查询、修改和删除等操 作。同样，监控中心发送的控制命令可以逆向的传给自动售奶机。 2 3 2 系统组成 基于g p r s 的学生奶自助服务系统主要由三部分组成：终端、g p r s 网络和 监控中心。 1 终端 终端包括放置在学校的自动售奶机和充值机。自动售奶机为了能接入g p r s 网络，加入了g p r sd t u 。d t u 是g p r s 的数据传输单元，内嵌g p r s 模块和 互联网控制器，集成t c p i p 协议栈，为用户提供高速、永远在线、透明的数据 传输 2 0 】。它将自动售奶机传来的信息按照t c p 的格式封装成t c p 数据包，加上 i p 报头封装成i p 数据包，最后将i p 数据包按照p p p 帧格式装成p p p 帧，发送 到g p r s 网络上，由监控中心接收、解包、保存和处理。同时，它会接收由监控 中心发过来的命令传给自动售奶机，自动售奶机对数据解包后根据命令的内容执 行相应的动作 2 1 1 。 自动售奶机除了有无线传输的功能，还具有售奶、制冷消毒、故障诊断、出 货检测、温度分层、刷卡支付、销售数据存储、统计、查核等功能，这些功能很 好的满足了系统的要求。 每个学校都有一台充值机，该充值机也内詈了d t u 模块，能够实现对学生 的购奶i c 卡充值、向监控中心发送充值信息等功能。 2 g p r s 网络 自动售奶机的数据经g s m 网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处 理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的g p r s 无线数据网络进行传 输，最终传送到监控中心i p 地址。由于g p r s 通信是基于i p 地址的数据分组通 信网络，所以该系统的监控中心由移动分配固定的i p 地址，各个自动售奶机和 充值机使用动态的i p 地址通过g p r s 与监控中心进行通信。 3 监控中心 监控中心的通信服务器申请配置固定i p 地址，采用移动公司提供的专线光 纤，与g p r s 网络相连。专线可提供较高的带宽，当自动售奶机的数量增加时， 监控中心不用扩充容量也可满足需求。 监控中心的软件采用c s 结构，可接收和保存销售数据、报警数据、状态数 据和充值数据，并对这些数据进行校验、查询、计算、分析、管理等。通过查询 报警数据和状态数据，来实时的监控售奶机的运行情况；通过销售数据和充值数 1 0 硕十学位论文第二章系统的总体设计方案 据来实现企业内部的进销存管理；并且可以对购奶i c 卡进行管理，包括开卡、 充值、挂失、解挂、注销等操作。 2 4 本章小结 本章首先提出了学生奶自动服务系统要解决的主要问题，然后通过对业务流 程和具体要实现的功能的分析，设计出系统的整体网络结构和工作流程，最后详 细叙述了系统的主要组成。 硕+ 学位论文 第二章白动传奶机通信终端的没计 第三章自动售奶机通信终师& t i l l 的设计 3 1 自动售奶机通信终端硬件设计 3 1 1 自动售奶机结构介绍 系统中自动售奶机要实现的功能是：为顾客提供刷卡购奶操作；冷藏要出售 的牛奶，保证牛奶的质量；获取机器的状态信息、售卖交易信息以及各种故障信 息，对这些信息进行存储，并将它们发送到监控中心；响应监控中心发送的控制 命令和配置命令，对机器进行控制或配置。 为了实现上述功能，系统所使用的自动售奶机应主要由主控制器( 内嵌操作 系统) 、刷卡器、数据存储模块、冷藏模块、出货检测模块、键盘模块、电机模 块、显示模块、g p r sd t u 等设备组成，基本结构如图3 1 所示。 数据存储模块 冷藏模块 出货检测模块 键 盘 模 块 电 机 模 块 显 一 不 模 块 串口1 。悉c 4 5 1 0 b ，雕兰 主控制器 i ( s 3)i 中口z ， 刷卡器 图3 1 自动售奶机的结构图 主控制器是自动售奶机最重要的部分，通过控制和协调各个设备的操作，来 完成牛奶的冷藏、出售以及与外界的通信功能。主控制器v m c 选用三星公司的 基于a r m 7 t d m i 2 2 】处理器内核设计的$ 3 c 4 5 1 0 b 芯片【2 3 】，它具有两个全双工异 步串口，可以经过电平转换分别与刷卡器、g p r sd t u 的r s 2 3 2 串口相连；刷 卡器选用深圳峰华科技有限公司的非接触i c 卡读写器，可以读写购奶i c 卡中存 贮的数据，并与主控制器通信来协助完成售奶操作；g p r sd t u 选用北京嘉复欣 科技有限公司生产的g f 2 0 0 8 a wg p r sd t u ，它具备完整的t c p i p 协议栈及功 能强大的透明传输保障机制，可以很方便的实现自动售奶机和监控中心之间的通 信。 1 2 硕十学位论文第二章自动售奶机通信终端的设计 3 1 2g p r sd i u 1 功能介绍 自动售奶机要通过g p r s 网络与监控中心互相通信，必须安装g p r s 通信模 块。目前市场上的g p r s 通信模块种类很多，这罩使用d t u 系列作为通信模块。 d t u ( d a t at e r m i n a lu n i t ) 是一款专门为需要无线数据传输的设备丌发的无线数 据传输协议转换器。d t u 实现了g p r s 协议栈的转换，与之相连的终端设备无 需支持g p r s 协议处理能力，只要提供r s 2 3 2 接口的设备都可以通过d t u 实 现无线g p r s 数据传输【2 4 】【2 5 1 。 自动售奶机的g p r sd t u 选用北京嘉复欣科技有限公司生产的g f 2 0 0 8 a w g p r sd t u 。该产品内置西门子m c 3 9 ig p r s 模块 2 6 】，以g p r s 网络为通信平台， 提供标准的r s 2 3 2 4 8 5 接口，按照工业标准设计，可通过接口转换与自动售奶 机设备连接。g f 2 0 0 8 a wg p r sd t u 具有以下优点： ( 1 ) 体积小巧 产品体积小巧，设计时可以直接连接标准串口线和标准电源插头。 g f 一2 0 0 8 a w 外形尺寸为7 5 * 5 0 * 1 6 m m ，重量2 0 0 9 ，非常适合安装在空间有限的 自动售奶机内部。 ( 2 ) 抗干扰能力强 外壳采用冷轧钢板，略固耐用，可以有效地抵御各种恶劣环境；抗强电磁干 扰，并且高温散热能力极强；加上性能优异的电源伺服电路，可以最大限度地保 证在自动售奶机这种机械和电气结构复杂的设备中正常使用。 ( 3 ) 内部集成t c p i p 协议栈 内部封装了完整的t c p i p 协议族【2 7 】【2 8 】，包括t c p 、u d p 、p p p 2 9 1 、r _ a s 等， 并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式p c 与无线g p r s m o d e m 的结合，它具备g p r s 拨号上网以及t c p i p 数据通信的功能。 ( 4 ) 支持参数配置，永久保存 它作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的 i p 地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，它能支持参数配置，并 且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内。一旦上电，就自动按照设置好的 参数进行工作。 2 硬件结构组成 g f 2 0 0 8 a wg p r sd t u 是一种嵌入式设备，内嵌操作系统和t c p i p 协议 栈。它内部由四部分构成：互联网控制器、g p r s 模块、电源部分和外部接口部 分，如图3 2 所示。下面分别加以介绍： 1 3 硕士学位论文 第三章自动售奶机通信终端的设计 v o i c e in t e r f a c e s e r i a lp o r t r e s e t s t mc ar d i f l a s hs r a m s i o ta n t e t t al v c c i n e r f a c e i 1 2 8 k6 4 k g n d ) l o s t p o w e ru n i t s e r i a lb u s i n t e r f a c e g p r s c d m a c p uc o r e m o d u l e g p r s c d m as i g n a l f ir m w ar eu p d a t e i n t e i - f a c e 图3 - 2g p r sd t u 的内部结构图 互联网控制器是d t u 的核心，实现了d t u 的所有控制功能，它内嵌了完 整的t c p i p 协议栈，使得产品具备了i p 通信的能力，同时还具有控制功能， 控制过程如下： 第一步：通过互联网控制器控制g p r s 模块，通过拨号并建立p p p 连接， 使得d t u 能够接入g p r s 网络，使其成为具有i p 地址的互联网终端设备。 第二步：接入网络之后，通过互联网控制器的控制还可以使d t u 与远端设 备建立t c p u d p 的连接，通过建立的连接就可以实现双向数据传输。 第三步：用户收发的数据都是用户自定义的数据格式，互联网控制器此时负 责将用户数据打包成t c p i p 数据，或者将接收到的t c p i p 包剥离为