（计算机软件与理论专业论文）基于gprs的自动售货机监控系统的设计与实现.pdf

摘要 在同一地区随着自动售货机数量的增多，管理中不断出现新问 题，传统的自动售货机运营管理方式已不能满足需求，本文结合实际 情况设计并实现了基于g p r s 的自动售货机监控系统，适应了当前运 营商的需求。 本文在研究了国内外自动售货机管理系统的基础上，对基于 g p r s 的自动售货机监控系统的整体结构进行了设计，并分别设计了 自动售货机的通讯终端，监控中心的监控系统以及两者之间的通讯协 议。 首先自动售货机的通讯终端实现了自动售货机终端与监控中心 之间通讯。该终端使用由西门子提供的g p r sd t u ，该设备只支持 r s 2 3 2 接口，而自动售货与外围设备通讯采用的是m d b i c p 协议， 所以本文设计了总线转换接口来完成协议之间的转换工作。 然后通过对c s 架构和b s 架构的研究，结合他们的优点，设计 了以c s + b s 为架构的监控中心，该监控中心主要完成自动售货机状 态信息的接收、遥控信息的发送和相关数据的显示。 最后分析了通信过程中单一使用应答式规约或循环式规约的不 足，本文通过结合应答式规约和循环式规约，有针对性的设计了问讯 式和主动上传式通讯规约相结合的自动售货机与监控中心之间的通 信协议，并在不同时间段、不同数据包长、不同的发送频率下，测试 了数据达到的最高速率、到达的正确率和延时情况，试验结果表明该 系统可以满足实际的需求。 本系统为运营商提供高效的管理，从而大大提高服务水平和质 量，进而降低运营成本。 关键字g p r s ，自动售货机，远程监控，b s ，c s a b s t r a c t i nt h es a m ea r e a , a st h en u m b e ro fv e n d i n gm a c h i n e si n c r e a s e s ， s o m en e wp r o b l e m so fm a n a g e m e n te m e 唱e s ot h et r a d i t i o n a lo p e r a t i o n m e t h o d so fv e n d i n gm a c h i n ec a nn o tm e e tt h ed e m a n d s 。t 越sp a p e r d e s i g n sa n da c h i e v e st h ev e n d i n gm a c h i n em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do n g p r st h a tc a nm e e t b a s e do nt h er e s e a r c ho f v e n d i n gm a c h i n e sa th o m ea n da b o a r d ，t h i s p a p e rd e s i g n st h ew h o l es t r u c t u r eo fv e n d i n gm a c h i n em o n i t o r i n gs y s t e m b a s e do n 凹r s ，a n d d e s i g n st h ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a lo ft h ev e n d i n g m a c h i n e ，t h em o n i t o r i n gs y s t e mo ft h em o n i t o r i n gc e n t e ra n dt h e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb e t w e e nt h e m f i r s t l y , w i t ht h ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a lo ft h ev e n d i n gm a c h i n e ，t h e t e r m i n a lo ft h e v e n d i n gm a c h i n ea n dt h em o n i t o r i n gc e n t e rc a r c o m m u n i c a t ew i t h e a c ho t h e r t h et e r m i n a lu s e st h eg p r sd t u p r o v i d e db ys i e m e n s ，w h i c ho n l ys u p p o r t st h ei n t e r f a c eo fr s 2 3 2 ，a n d a u t o m a t i cs a l ec o m m u n i c a t e sw i t hp e r i p h e r a l e q u i p m e n t sw i t ht h e m d b i c pp r o t o c o l ，s ot h i sp a p e rd e s i g n st h eb u si n t e r f a c et or e a l i z et h e c o n v e r s i o nb e t w e e nt h ep r o t o c o l s s e c o n d l y , b a s e do nt h er e s e a r c ho fc sa n db s ，r e f e r r i n gt ot h e i r a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，t h ep a p e rd e s i g n st h em o n i t o r i n gc e n t e ro n t h eb a s i so ft h es t r u c t u r eo fc s + b s ，w h o s et a s ki s r e c e i v i n gt h e i n f o r m a t i o no ft h ev e n d i n gm a c h i n e ss t a t u s , s 铋d i n gt h ei n f o r m a t i o no f r e m o t ec o n t r o la n ds h o wt h er e l a t i v ed a t a t h i r d l y , a n a l y z e dt h ei m p e r f e c t i o n so fa s k - a n d - a n s w e rm e c h a n i s m o rc i r c u l a rm e c h a n i s m , o nt h eb a s i so ft h ec o m b i n a t i v er e g u l a t i o n so ft h e a b o v et w om e c h a n i s m s ，t h i sp a p e rm a i n l yd e s i g n st h ec o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l o f v e n d i n g m a c h i n e sa n dm o n i t o r so nt h eb a s i so f a s k - a n d a n s w e rm e c h a n i s ma n dt h ei n i t i a t i v ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m b e s i d e s ，t h ep a p e rt e s t st h eh i g h e s tr a t e st h a tt h ed a t ac a nr e a c h ，t h e a c c u r a c yo ft h ed a t aw h i c hh a v er e a c h e d a n dt h ed e l a yo ft h ed a t ai n d i f f e r e n tt i m ep e r i o d s ，i nd i f f e r e n tl e n g t h so fd a t ap a c k e t s ，i nd i f f e r e n t s e n d i n gf r e q u e n c y , r e s p e c t i v e l y , a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e mc a n s a t i s f yt h ea c t u a ld e m a n d s h 越l ，t h i ss y s t e mh e l p st h eo p e r a t o r sm a n a g ee f f e c t i v e l y , w h i c hn o t o n l yi m p r o v e ss e r v i c el e v e la n dq u a l i t y , b u ta l s or e d u c e st h eo p e r a t i n g c o s t s k e yw o r d s g p r s ，v e n d i n gm a c h i n e ，l o n g d i s t a n c ec o n t r o l ，b s ，c s 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：盈量蓝日期：猃篮年主月蜊 学位论文版权使用授权书 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。 作者签名。釜避监导师签g 至兰兰日期：型年上月五日 硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 2 0 世纪7 0 年代以来，随着“以消费者为中心的现代市场营销观念确立和 科学技术进步，自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展。7 0 年代后， 嚣本、欧美等发达国家和地区售货机得到了迅猛的发展。许多公司在全蹑，世界 范围内研发了从麓单的到高精密的一系列的自动售货机产品。正是由于这些产品 的出现，给商家带来了无限的商机，据美国自动时代统计，目前美国自动售 货机拥有量是7 0 0 万台，平均每唾0 人l 台，1 9 8 8 年通过自动售货机销售的商品 金额为5 3 7 7 亿美元；霸本的拥有量是5 5 0 万台，平均每2 3 人l 螽，1 9 9 8 年通 过自动售货机销售的商品金额为6 0 8 9 6 9 亿日元，其中灌装饮料占其总销售量的 4 0 ；欧洲平均6 0 人拥有l 台。日本售货机市场在2 0 0 0 年达到了高峰，这一年 的应用量为5 6 1 万台，商晶销售额为7 。王重万亿日元，均为历史最高记录。 我国是1 9 9 3 年开始从日本、韩国引进自动售货机的。1 9 9 5 年第一台国产自 动售货机在北京诞生【l l 。由于我国的国情和消费观念与日本、欧美的不同，严重 阻碍了我国自动售货机的行业的发展。国内的自动售货机生产厂家有湖南金码科 技发展有限公司、天津南开戈德、澳橱玛集翔及艾丝明自动售货枫设备( 上海) 有限公司等。目前国内从自动售货机的制造、销售到运营管理还不成熟，还未能 形成完整的产业链。这些问题主要体现在产品制造研发上，特别是些管理软件 的落后，致使运营商对自动售货机管理的效率低下，从而影响了我匿自动售货机 的行业发展f 2 1 。 随着中国经济的平稳、和谐、快速增长，劳动者工资增加，人民生活水平提 高，消费观念的改变，以及2 0 0 8 年奥运会和2 0 1 0 年世博会到来，城市改造和建 设步伐加快，始于上世纪末的中国自动售货机行业遍来了难褥的发展机遇。回顾 中国自动售货机行业的发展过程，我们看到鼹前有本土企业经过近十年的努力， 已经全面掌握了自动售货机的核心技术，主要包括v m c 软硬件设计、m d b 协 议应用、自动出货、机器故障自诊断及容错设计、制冷电脑温控、纸币硬币识 潮及菲现金( i c 卡和手揉购物) 支付、整橇设计、制造和测试等多项技术。同 时我们也看到随着信息技术、无线通信技术和互联网的普及以及环保节能技术的 应用，自动售货机将朝着娱乐化、智能化、信息化、网络化、节能化、环保化方 向发展，能低成本远程监控售货机运营、及时发现机器内商品库存不足和机器故 障的售货枫网络集群运营管理系统；能满足中垦市场需要的、具有收钱、出货、 找零基本功能且质量稳定可靠的、运营成本低的、能大批量生产的、有售后服务 硕士学位论文 7 第一章绪论 保证的、大批量投入运营后能保证更快回收投资的售货机，这种机器应该是中国 售货机运营商喜欢的售货机。如果要生产这样的售货机，其中的售货机管理系统 则成为我们研发的重点和难点。 1 2 国内外研究现状 随着科学技术的不断发展，人们也不断的利用新技术来研发新产品。自出现 g s m ( g l o b a is y s t e mm o b il ec o m m u n i c a t i o n s ) 后人们就通过各种途径把g s m 3 】带 来的新技术应用到各个领域，例如在城市照明【4 】、电网调度嘲、环境检测嘲、城 市交通阴、矿井瓦斯检测 8 】等。当出现g p r s 后，人们又争先恐后的把g p r s 带来 的新技术用在城市照明、电网调度、环境检测、城市交通、矿井瓦斯检测等领域， 使g p r s 在这些领域得到了充分的利用。但在我们自动售货机行业发展似乎比别 的领域迟一步，直到近l 、2 年才把g p r s 技术引进我们的领域。从目前来看，国 内外利用g p r s 对自动售货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。 一款基于g s m 的自动售货机无线监控系统的实现阴一文中阐释了售货机 无线监控系统的总体设计，关键技术的实现，终端通信模块( g s m 模块) 的设计， 监控中心的软件设计，通信策略分析等，实现该系统的关键技术是利用g s m 和 s m s ( s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e ) ，通过s m s 来实现自动售货机和监控中心之间 通信，把自动售货机出现的故障信息用无线的方式传给监控中心，让运营商能尽 快的了解售货机的现状，从而使运营商在最短的时间内给出解决方案，使运营商 提高了工作效率，节省了运营成本。简单的实现了为自动售货机运营商提供一种 集约化、自动化的经营管理方式。 香港大学对自动售货机的管理系统进行了自己的研究，开发了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 时监控自动售货机的运营状况，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，为自动售货机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。 湖南金码科技发展有限公司，与中南大学合作。目前在货币识别、售货机产 品制造与研发及自动服务系统管理平台研发方面已形成了自己的产品。其中多项 技术已经获得了国家专利，并获得了国家科学技术基金的支持，产品出口到美国 及欧洲多个国家。 2 硕士学位论文第一章绪论 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。给售货机运 营商带来了极大方便。 综上所述，目前传统的自动售货机管理系统有以下几个特点： 1 ) 系统由安装在售货机上的嵌入式系统采集售货机中的相关数据，然后以 一定的数据传输方式作为数据载体传递到监控中心，一般采用g s m 短信平台作 为无线数据的载体。 2 ) 监控中心对数据的管理一般采用g s m 短信【1 2 】或者基于c ( 客户) s ( 服 务器) 的分布式应用程序，用户要在客户端安装客户端程序；不过近年来也出现 了以网页作为用户交互平台，更加适合运营商在不同地点，进行对售货机的管理， 是目前发展的方向。 3 ) 系统具有对售货机故障诊断功能，不过一般都停留在简单的状态预警报 告，如升降电机故障、出货螺旋电机故障、纸币机故障、硬币机故障、温度报警、 缺货报警、缺币报警等。 1 3 国内自动售货机监控系统存在的问题及解决方案 1 3 1 存在的问题 目前技术发展日新月异，新的技术不断的涌现，传统的售货机管理系统显示 出一定的弊端。目前传统的售货机管理系统主要有以下几个问题： 1 数据传输的载体 目前各种自动售货机管理系统主要采用中国移动的g s m 短信网络作为无线 数据传输的通道。短消息业务与话音传输及传真一样同为g s m 数字蜂窝移动通信 网络提供的主要电信业务，也是目前移动无线传输数据的3 种方式( g s m 短消息、 g p r s 和c d 姒) 之一，它通过无线控制信道进行传输，经短消息服务中心完成存 储和转发功能，每个短消息的信息量限制为1 4 0 个八位组( 7 个比特编码，1 6 0 个字符) 一条短信传输的数据量只有1 4 0 个字节，如果传输的数据流比较大， 则无法实现，例如远程升级售货机软件，如果要升级软件的内容超过了1 4 0 个字 节，则无法实现远程无线升级。另一方面遇上节假日，售货机与控制中心数据的 交换也是比较频繁的，如果控制中心不能及时的得到信息，有可能会影响售货机 的正常运行和货物的销售，短消息是经短消息服务中心完成存储和转发功能的， 短信堵塞，滞后性比较严重，数据传输的时效性和安全性有待提高【1 0 , 1 1 l 。 3 硕士学位论文第一章绪论 2 用户交互平台 监控中心对数据的管理一般采用g s m 短信或者基于c ( 客户) s ( h t 务器) 的分布式应用程序，用户要在客户端安装客户端程序。c s 架构有其优点，如能 保证数据传输的实时性，但是必须安装客户端应用程序，不利于系统的维护升级， 这样不便用户随时随地进行操作。 1 3 2 解决的方案 针对以上提出的几个存在的问题，本论文提出以下几点改进： 1 数据传输方式的改进 。 目前适用于数据传输的远程无线传输方式有以下几种传输方式：数传电台、 全球卫星通信系统、短消息、g p r s 网络【1 1 9 1 、c d m a 网络。由于电台不能交 互，卫星系统的费用昂贵以及c d m a 网络覆盖面相对来说小，我们选择了g p r s ， 下面是g p r s 与g s m 的比较 1 ) 相对低廉的连接费用 资源利用率高在g s m 网络中，g p r s 首先引入了分组交换的传输模式，使 得原来采用电路交换模式的g s m 传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线 资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户 无论是否传送数据都将独自占有无线信道。对于分组交换模式，用户只有在发送 或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道， 从而提高了资源的利用率。g p r s 用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现 了“得到多少、支付多少”的原则。实际上，g p r s 用户的连接时间可能长达数小 时，却只需支付相对低廉的连接费用。 2 ) 传输速率高 g p r s 可提供高达l1 5 k b i t s 的传输速率( 最高值为1 7 1 2 k b i t $ ，不包括f e c ) 。 这意味着，通过便携式电脑，g p r s 用户能和i s d n 用户一样快速地上网浏览， 同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 3 1 接入时间短 分组交换接入时间缩短为少于1 s ，g p r s 是一种新的g s m 数据业务，它可 以给移动用户提供无线分组数据接入服务。g p r s 主要是在移动用户和远端的数 据网络( 如支持t c p i p 、x 2 5 等网络) 之间提供一种连接，从而给移动用户 提供高速无线p 和无线x 2 5 业务。 2 用户交互平台的改进 本系统采用了现阶段比较流行的b s 模式和c s 模式结合来建立监控中心平 台，c s 部分用来传递监控中心和自动售货机之间的数据；b s 部分处理过的数 据以报表、图像和曲线等形式通过浏览器展示给运营商。这样管理人员无需下载 4 硕士学位论文 第一章绪论 客户端软件，只需利用利用电脑、手机或手持移动设备的浏览器就可以查看、操 作自动售货机的状态，从而极大的方便了运营商的管理。 1 4 本文研究工作内容 本文根据国内外各种自动售货机管理系统的情况，设计并实现了基于g p r s 的自动售货机监控系统，该系统主要有三个要素组成：自动售货机，g p r sd t u 和监控中心。其中监控中心软件及三者之间的通讯是我们设计的重点。论文具体 有以下几个方面： 1 研究了国内外自动售货机管理系统的基础上，对基于g p r s 的自动售货 机监控系统的整体结构进行了设计，并分别设计了自动售货机的通讯终端，监控 中心的监控系统以及两者之间的通讯协议。 2 自动售货机的通讯终端实现了自动售货机终端与监控中心之间通讯。该 终端使用由西门子提供的g p r sd t u ，该设备只支持r s 2 3 2 接口，而自动售货 与外围设备通讯采用的是m d b i c p 协议，所以本文设计了总线转换接口来完成 协议之间的转换工作。 3 通过对c s 架构和b s 架构的研究，结合他们的优点，设计了以c s + b s 为架构的监控中心，该监控中心主要完成自动售货机状态信息的接收、遥控信息 的发送和相关数据的显示。 4 分析了通信过程中单一使用应答式规约或循环式规约的不足，本文通过 结合应答式规约和循环式规约，有针对性的设计了问讯式和主动上传式通讯规约 相结合的自动售货机与监控中心之间的通信协议，并在不同时间段、不同数据包 长、不同的发送频率下，测试了数据达到的最高速率、到达的正确率和延时情况， 试验结果表明该系统可以满足实际的需求。 5 硕士学位论文 第二章自动售货机监控系统总体结构设计 第二章自动售货机监控系统总体结构设计 2 1 自动售货机监控系统需求分析 2 1 1 系统设计目标 自动售货机无线远程监控系统设计的主要目标是设计一种基于g p r s 和 c s + b s 混合架构的一种集售货机状态、售货机故障及诊断、商品的库存、配货 优化等功能于一体的对自动售货机管理的平台，该系统将嵌入式、g p r s 通信技 术、软件编程技术和商务逻辑结合到一起，其主要功能是将安装有d t u 的自动 售货机当前运行状态的数据通过g p r s 移动通信网络经i n t e r a c t 传输到监控中 心，数据监控中心的数据和商品的库存数据以及相关的数据处理结果在i n t e r a c t 上以网页的形式供具有权限的用户浏览、查询；用户可以用p c 机、手机或手持 移动设备等通过自动售货机远程无线监控系统，向目标自动售货机发送相关控制 指令，例如升级售货机软件、开关售货机的日光灯、调整货道价格、停止开始 售货、更换l c d 互动广告的内容等，从而实现了对自动售货机的无线远程控制， 达到了提高了工作效率，减少了运营商的运营成本的功效。 2 1 2 系统主要功能分析 自动售货机监控系统具有遥控、遥测功能，可根据各个运营商的要求，将各 种自动售货机分组控制，通过自动售货机中v m c 采集数据，并通过g p r sd t u 传输给监控中心，提供给运营商可靠的参考数据。 监控中心可以定时检测、巡测各监控自动售货机终端的存货量、硬币量等运 行状态，也可随时手动巡测和单独检测某一自动售货机终端的运行情况。监控中 心实现历史数据查询、报表打印、设备管理以及系统维护等功能。监控中心通过 对。遥测”数据进行分析计算，发现现场运行出现故障；以及自动售货机终端主 动上传现场运行故障、缺货、缺币等信息时，监控中心计算机能够利用声音报警 和g p r s 短消息通知相关责任人，显示发生故障或缺货或缺币的自动售货机及其 相关的地理位置。 系统主要功能如下： 1 远程控制功能 按照一定的遥控策略对现场自动售货机终端相关状态进行远程控制，监控中 心能实现群组操作、设定控制模式等。设定控制模式，采取优先级控制方式，监 控终端能够自动控制现场运行设备；特殊情况下，监控中心手动进行控制。 6 硕士学位论文第二章自动售货机监控系统总体结构设计 2 状态检测功能 完成自动巡检、随机检测或按时间巡检、检测各个自动售货机设备的运行状 态参数( 包括：存货量，货道价格等) 功能。监控终端能自动检测出通信故障、缺 货或缺币等突发事件，及时将故障信息上传至监控中心，监控中心通过声光报警、 手机短消息方式通知相关责任人。 3 信息管理功能 完成自动记录相关运行和操作日志、报表打印( 故障统计表、操作统计表、 运行数据报表、g p r s 运行费用报表等) 、设备管理、商品管理( 商品的进销存 管理) 等功能。为防止误操作，系统具有多级操作权限。 4 系统维护功能 实现系统的后期维护、扩展，完成自动售货机终端状态数据的维护、添加、 删除。 2 2 系统总体结构设计 2 2 1 工作原理 本系统的工作原理如图2 1 所示，自动售货机通过v m c 收集状态信息( 存 货、故障等 进行规则编码后通过r s 2 3 2 串口传递给通信模块g p r sd t u ，g p r s d t u 通过连接g p r s 网络并把信息发送到g p r s 网络，g p r s 网络中g g s n 节点 把数据转发给i n t e r n e t ，最后有i n t e m e t 把数据传输到监控中心，监控中心收到合 法的编码后，回复一个确认信号，以表明该数据编码已经收到，否则自动售货机 按照本文中提出的通信约定进行通信；完成确认功能后，监控中心对编码进行解 码，把信息提取出来并添加到数据库中。运营商可以通过监控中心的网站浏览、 查询各个售货机状态，并对售货机进行相关的操作，这个操作过程有运营商通过 网站或者自己的手机，发送一条相关的指令( 如停止售货、修改货道价格、开 关日光灯等) 给售货机，当售货机上的d t u 接受到该指令后，把该指令传递给 v m c ，v m c 进行相应的命令操作，完成后回复一个确认完成信息给运营商。 7 硕士学位论文第二章自动售货机监控系统总体结构设计 2 2 2 网络结构 图2 1 系统总体结构图 由图2 1 系统总体结构图可知，该系统主要有两种网络组成，一种是无线 网络g p r s ，一种是有线网络i n t e r n e t 。无线网络主要是连接街头、公园、写字 楼、学校等处的自动售货机；有线网络主要是监控中心和监控中心与p c 机 ( b r o w s e r ) 之间的连接。g p r s 网络是基于口技术的，是在原有的g s m 网 上添加了两个节点s g s n 和g g s n ，s g s n 用来处理g p r s 网络传输的数据，处 理完毕后，传输给g g s n ，g g s n 把该数据转发给其他的网络( ) ( 2 5 ，i n t e r n e t ) 2 0 2 。 用户通过g p r s 网络连接入其他网络的时候，需要对用户的身份，服务质量 进行鉴权和数据加密等过程，用户m s 的动态p 地址的分配可以由运营商、企 业网或s i p 等实现，因此，g p r s 用户的接入方式有透明接入和非透明接入两种 方式 2 2 2 3 ) 。 如果用户的m 地址是运营商分配的公有地址( 动态或静态) ，则g g s n 不参 与用户的论证和鉴权过程，用户可以通过g g s n 透明地接入到g p r s 内部网络 或互联网络，这种方式称为透明方式。 非透明方式主要是用户通过g p r s 网络接入到企业网络或s i p 的情形。用户 m s 的口地址是由企业网络或i s p 分配的私有地址( 动态或静态) ，用户访问该企 业网络或i s p 时，g g s n 需要企业网络或s i p 中的专用服务器对该用户进行鉴权 或论i 正 u l 。 8 硕士学位论文第二章自动售货机监控系统总体结构设计 2 2 3 系统组成 本系统包括了自动售货机( v m ) 、数据终端单元d t u 和监控中心。d t u 相当于中转站，负责把售货机中v m c 采集的售货机当前运行状态数据发送到 g p r s 网络上：同时也把g p r s 的传输给该售货机的指令信息、数据包等传输给 售货机的v m c 。监控中心主要负责远程的数据通信、数据的处理分析、数据的 存储和运营商通过手机或网站发出的指令的中转，同时监控中心是以运营商为中 心，按照方便、快捷、易用的原则，以w e b 形式上展示售货机的状态信息、统 计结果、商品进销存、配货的优化选择以及故障诊断等功能。 1 自动售货机 自动售货机的主要部件是一块集成电路控制板一主控制器v m c ( v e n d i n g m a c h i n ec o n t r 0 1 ) ，通过m d b ( m u f f d r o pb u s i n t e r n a lc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 总线与纸币器、硬币器及非现金支付设备( 读卡器等) 相连，来对外围设备进行 控制。数据传输部分是通过d e x 数据交换协议( d a t ae x c h a n g ep r o t o c 0 1 ) 处理 后，数据通过d t s 数据传输协议( d a t at r a n s f e rs t a n d a r d ) 传输给有线或无线设 备，有线或无线设备再对相关数据转发。 2 g p r sd t u g p r sd t u 全称g p r s 数据传输单元，在国内目前实际上对g p r sd t u 具 有更加明确的约定：g p r sd t u 是专门用于将串口数据通过g p r s 网络进行传送 的g p r s 无线设备。 g p r sd t u 的四个核心功能： 1 ) 内部集成t c p i p 协议栈 2 ) 提供串1 ：3 数据双向转换功能 3 ) 支持自动心跳，保持永久在线 4 ) 支持参数配置，永久保存 3 监控中心系统结构 监控中心系统采用了c s + b s 的混合架构，考虑到应用性和可移植性，c s 采用v l ，啪0 ，b s 采用j 2 e e 。c s 架构完成的功能为实现与自动售货机的无线 数据通信，相关数据的存储转发；b s 架构完成的功能为用户管理，处理售货机 存储在数据库的数据，统计，故障诊断，商品的进销存，配货的路径选择等。 要完成监控中心的所有功能，我们必须要实现两个地方的通信：d t u 与自 动售货机之间的通信和g p r s 网络与监控中心之间的通信，这两处的通信是关键 也是难点。 4 g p r sd t u 、监控中心、自动售货机之间的关系 要实现对售货机的无线远程管理，g p r sd t u 、自动售货机和监控中心是不 可缺少的三个要素。无线数据传输监控系统发展至今，使用的通信技术经历了四 9 硕士学位论文第二章自动售货机监控系统总体结构设计 个阶段：无线电台传输、集群通信网、s m s 短消患和g p r s ，而g p r sd t u 正 是g p r s 的一种应用，从而实现了远程无线的与自动售货机的通信，从而摆脱了 有线和以前老无线技术的局限性，其俸用是把自动售货机和监控中心无线连接起 来，使他们可以无线远程通信；监控中心处理分析自动售货机状态数据、商晶库 存数据，提供给运营商决策数据，同时转发通过手机或网站发送的相关指令信息， 来控制自动售货机的正常运行等；自动售货机会采集自己相关的数据通过g p r s d t u 发送给监控中心，给数据中心提供可依靠的处理数据，同时接受g p r sd t u 的数据，来改变自己当前的状态，从而可以更好的运行。 2 。3 系统内的数据传输流程 在自动售货机监控系统中，可以将系统中的信息分为两类【2 5 1 ： 1 ) 上行信息：包括应答信息，主动上传信息。 2 ) 下行信息：包括广播信息，遥测信息，遥控信息。 这两类信息在流动方向是完全不同的，正好是一个相反的过程。 上行信息包括了应答信息和主动上传信息。应答信息主要是监控中心发给自 动售货机终端的命令，自动售货机终端作出穗应的回答或确认信息。主动上传信 息主要是开门数据，故障数据，缺货数据，缺币数据等。这类信息的特点是：有 闯必答，当售货机受到监控中心的相关指令后，必须在规定的时间内应答，否则 认为此次通信失败。监控中心需重新发送指令，直到得到售货机的回答；无问不 答，出发出现开门，故障，缺货，缺币等情况会主动上报监控中心。图2 - 2 是下 霉亍信息传输圈。 篙凳忿 数 么剽 | 自动售货机2 卜 据 善 库 服 务 务 二il 自动售货机nr 器 器 圈2 - 2 下行储恩传输图 下行信患包括了广播信息，遥测信息，遥控信息。下行信息与上行信息的流 向正好相反，是由监控中心发出信息给自动售货机终端，自动售货机必须做出相 应的回答或改变运行状态。这类信息的特点是：发患一条信息，一定会得到应答， 该应答可能是条确认信息也可能是自动售货机的状态信息。图2 3 是上行信息传 输图。 1 0 硕士学位论文第二章自动售货机监控系统总体结构设计 = 逸 数 自动售货机2k 据 毫 库 孚 三烛 服 服 务 务 器 器 自动售货机nf 2 4 本章小结 图2 3 上行信息传输图 本章首先提出了监控系统的设计目标及其功能，并根据其功能目标设计了该 监控系统的总体结构，并具体分析了该控系统的工作原理，网络结构和系统组成， 最后具体分析了系统内数据的传输过程。 硕士学位论文 第三章自动售货机终端的设计 第三章自动售货机终端的设计弟二早曰驯旨贝仉终丛而制坂丌 3 1 自动售货机终端概要 m d b 总线是根据m d b c i p 协议制定的总线标准 2 6 , 2 7 m d b i c p 协议 ( m u l t i _ d r o p b u s i n t e n a lc o m m u n i c a t i o np o t e 0 d 是欧洲售货机制造者协会制定的 一套用于协调自动售货机的主控制器( v m c ) 与多个外设之间通信的协议。m d b 总 线接口硬件如图3 - 1m d b 总线硬件接口图所示。 从设备端接口 主设备端接口 图3 1m d b 总线硬件接口图 各针脚定义如下嘲】： 针l ：1 2 v 直流电源针2 ：电源地线 针3 ：不用针4 ：主接收线 针5 ：主发送线 针6 ：公共线 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议，包括r s 2 3 2 、r s 4 2 2 、r s 4 8 5 。 大多数计算机包含两个基于r s 2 3 2 的串口串口同时也是仪器仪表设备通用的 通信协议；很多g p i b 兼容的设备也带有r s 2 3 2 口。同时，串口通信协议也可 以用于获取远程采集设备的数据。串口硬件如图3 2 所示 51 96 图3 - 2 串口硬件结构图 1 2 硕士学位论文 第三章自动售货机终端的设计 各针脚定义如下： 针l ：载波检测针2 ：接收数据 针3 ：发送数据针4 ：数据终端准备好 针5 ：信号地针6 ；通讯设备准备好 针7 ：请求发送 针8 ：允许发送 针9 ：响铃指示器 自动售货机v m c ( 自动售货机控制主板) 是通过m d b 总线与外围设备相连 的，而g p r sd t u 本身只提供r s 2 3 2 接口。因此，在m d b 总线与g p r sd t l t 的串口之间必需设计一个总线转换接1 ：3 以实现协议转换功能 2 9 , 3 0 1 。自动售货机内 部设计如图3 3 所示【3 。 3 2g p r sd t u 图3 - 3 自动售货机内部结构图 g p r sd t u 内部封装了p p p 拨号协议以及t c p i p 协议栈并且具有嵌入式操 作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式p c 与无线g p r sm 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 数据通信的功斛3 2 1 。g p r sd t u 具有以下五个核 心功能： 1 内部集成t c p i p 协议栈 g p r sd t u 内部封装了p p p 拨号协议以及t c p i p 协议栈并且具有嵌入式操 作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式p c 与无线g p r sm 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。 2 提供串口数据双向转换功能 g p r sd t u 提供了串行通信接口，包括r s 2 3 2 ，r s 4 8 5 ，r s 4 2 2 等都属于常用 的串行通信方式，而且g p r sd t u 在设计上大都将串口数据设计成“透明转换一 的方式，也就是说g p r sd t u 可以将串口上的原始数据转换成t c p i p 数据包进 行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，g p r sd t u 可以和各种使用 串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。 3 支持自动心跳，保持永久在线 硕士学位论文 第三章自动售货机终端的设计 g p r s 通信网络的优点之一就是支持g p r s 终端设备永久在线，因此典型的 g p r sd t u 在设计上都支持永久在线功能，这就要求d t u 包含了上电自动拨号、 采用心跳包保持永久在线( 当长时间没有数据通信时，移动网关将断开d t u 与 中心的连接，心跳包就是d t u 与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包， 以保持连接不被断开) 、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。 4 支持参数配置，永久保存 g p r sd t u 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p 地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，g p r sd t u 都 应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内( 一般为 f l a s h 或e e p r o m 等) 。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。 5 g p r sd t u 的扩展功能 较为专业的g p r sd t u 还提供一些扩展功能，主要包括：支持数据中心域 名解析、支持远程参数配置远程固件升级、支持远程短信电话唤醒、支持本地 串口固件升级、提供短信通道、提供d t u 在线离线电平指示等。这些扩展功 能可以增强系统的可靠性，以及方便用户的使用及维护。 3 3 转换接口实现 3 3 1 转换接口硬件实现 m d b 总线接口实际上是工作于9 6 0 0 波特率的主从型串行总线接口。m d b 接口共有6 针，各针信号定义如下： 针1 ：3 4 伏直流电压针4 ：主接收线 针2 ：电源地线针5 ：主发送线 针3 ：不用针6 ：公共线 转换接口设计方案如图3 4 所示： l 3 4 1 眦 2 w 7 7 e 5 8 v 3 光 t x d 0 r x d 0 m 耦 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ c 4 l x 2 3 2日制d l a j 5e 6u 耄r 1 x d l r ) a d l 图总线转换接口框图 转换接口中采用了w i n b o n d 公司的w 7 7 e 5 8 单片机【3 3 】。这种型号的单片机 内含两个增强型串口和3 2 k b 大容量f i s h 存储器，指令集与5 1 系列单片机完全 1 4 硕士学位论文第三章自动售货机终端的设计 兼容，非常适合于接口转换应用。在这里，w 7 7 e 5 8 串口0 的t x d 0 线和r x d 0 线分别通过光耦连接m d b 接口的4 线( 主接收线) 和5 线( 主发送线) 。m d b 接口 的1 线和2 线接3 4 v 直流电源，3 线空出不用，6 线作为公共线。w 7 7 e 5 8 串口 1 的t x d l 线和r x d l 线经过电平转换芯片m a x 2 3 2 便可以直接与g p r sd t l i 的r s 2 3 2 串口相连。由于串口0 可以使用定时器t l 或定时器t 2 作为波特率发 生器；而串口1 只能使用定时器t l 作为其波特率发生器，故这里使用定时器 1 2 作为串口o 的波特率发送器，使用定时器t l 作为串口l 的波特率发生器， 波特率均设为9 6 0 b p s 。另外，由于w 7 7 e 5 8 已有2 5 6 b 的r a m 和1 k b 的s r a m ， 足够本接口的数据缓存之用，故不需要扩展存储器。 本系统中，v m c 、w 7 7 e 5 8 和d t u 三者都既是发送方又是接收方。在 w 7 7 e 5 8 与v m c 通信部分，因为m d b 协议规定由v m c 作