摘要：針對目前我國自動售貨機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方面的缺陷，提出了一種穩(wěn)定、實時的售貨監(jiān)控系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)采用 GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自動售貨機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的通信，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計出了適應(yīng)于自動售貨機(jī)的 GPRS無線終端以及該系統(tǒng)信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。通過該系統(tǒng)可以解決傳輸信息不及時，信息量有限的問題，使運營商能及時地獲取自動售貨機(jī)的相關(guān)信息，便于管理和維護(hù)。

　　0 前言

　　自動售貨機(jī)是一個機(jī)電一體化的高新智能產(chǎn)品，一般放置在商業(yè)繁華區(qū)，由于室外環(huán)境惡劣，人為破壞等多種原因，機(jī)器經(jīng)常出現(xiàn)故障，為了及時的發(fā)現(xiàn)故障，需要對自動售貨機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在大多采用中國移動的 GSM短信網(wǎng)絡(luò)作為自動售貨終端與監(jiān)控中心通信的無線傳輸通道。但是這種無線通信存在著傳輸數(shù)據(jù)量有限、滯后性嚴(yán)重、數(shù)據(jù)安全性不能保證的缺陷。

　　本文利用 GPRS（General Packet Radio Service）網(wǎng)絡(luò)所具有的傳送速率高、永遠(yuǎn)在線、覆蓋面廣等特點，結(jié)合自動售貨機(jī)自身的情況，設(shè)計了基于 GPRS自動售貨終端的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸格式，實現(xiàn)了自動售貨機(jī)和監(jiān)控中心之間遠(yuǎn)程的實時通信。
　　 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

　　基于 GPRS的自動售貨監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成：自動售貨終端、 GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

　　自動售貨機(jī)實時地將銷售信息、故障信息和自身狀態(tài)信息通過串口傳給 GPRS模塊， GPRS模塊按照 UDP的格式將信息數(shù)據(jù)封裝成 UDP數(shù)據(jù)包，加上 IP報頭封裝成 IP數(shù)據(jù)包，將 IP數(shù)據(jù)包按照 PPP幀格式裝成 PPP幀，發(fā)送至 GPRS網(wǎng)關(guān) GGSN，再經(jīng) GGSN接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，并以 IP包的形式通過 INTERNET將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的服務(wù)器，由服務(wù)器把數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，并對其進(jìn)行處理[1]。

　　本文主要研究自動售貨終端的設(shè)計與實現(xiàn)。

　　自動售貨終端的主控制器 VMC（Vending Machine Controller）選用 Motorola公司的 M68HC11單片機(jī)，它有一個全雙工串口，通過該串口連接紙幣器、硬幣器和讀卡器，使用 MDB/ICP協(xié)議通信。 GPRS模塊采用 SIMCOM公司提供的 GSM/GPRS雙頻模塊 SIM100[2]。它提供標(biāo)準(zhǔn)的 RS-232串行接口，使用該串口同 VMC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但是 VMC只有一個全雙工串口，并且已經(jīng)使用，要實現(xiàn) VMC與 SIM100模塊的通信，需將 SIM100模塊與紙幣器、硬幣器、讀卡器一樣作為從設(shè)備使用，遵循MDB/ICP協(xié)議通信，所以在VCM與SIM100模塊之間需要設(shè)計一個接口模塊，來完成 MDB/ICP協(xié)議的轉(zhuǎn)換功能。

　　2.2 接口模塊的設(shè)計

　　接口模塊選用臺灣 WinBond公司的 W77E58單片機(jī)來完成 MDB/ICP協(xié)議的轉(zhuǎn)換功能。 W77E58是一種高速、高集成、增強(qiáng)型 MCS-51系列的單片機(jī)，它內(nèi)含 2個增強(qiáng)型全雙工串行口，可以同時連接 VMC和SIM100 。不僅如此，該芯片含有 256B的RAM和1KB的SRAM，足夠存放協(xié)議轉(zhuǎn)換所需的數(shù)據(jù)和程序，無需擴(kuò)展存儲器[3]。

　　W77E58通過兩個全雙工串口分別與 VMC和 SIM100相連來傳輸信息。 W77E58的硬件連接方案是：主控制器 M68HC11的串口使用光耦隔離與 W77E58的串口 0相連，通過 MDB/ICP協(xié)議來實現(xiàn) M68HC11與 W77E58之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 W77E58的串口 1經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換芯片 MAX232與 SIM100相連，實現(xiàn) W77E58與 SIM100之間的數(shù)據(jù)傳送 [4]。

　　3 自動售貨終端的軟件設(shè)計

　　3.1 數(shù)據(jù)包格式的設(shè)計

　　在自動售貨機(jī)和監(jiān)控中心的信息傳輸中，必須對信息的格式進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，才能使兩端都能解讀信息的內(nèi)容，并且由于系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，必須對信息進(jìn)行優(yōu)先級排序，對重要的信息優(yōu)先傳送，優(yōu)先處理。

　　自動售貨機(jī)發(fā)給監(jiān)控中心的信息一般有三種：

　?。?）故障信息：包括紙幣器故障、溫度失控、主板故障等約 64種故障信息。它屬于優(yōu)先級。

　?。?）狀態(tài)信息：包括缺貨、缺幣、開門檢測等信息。它屬于第二優(yōu)先級。

　?。?）銷售信息：包括每次銷售信息、總銷售額等信息。它屬于第三優(yōu)先級。

　　根據(jù)這三種信息種類，設(shè)計數(shù)據(jù)包的格式如表 1所示。

　　3.2 接口模塊的通信協(xié)議設(shè)計

　　MDB/ICP協(xié)議是一套用于協(xié)調(diào)自動售貨機(jī)的主控制器（ VMC）與多個外設(shè)之間的主從型通信協(xié)議。MDB協(xié)議的串行位格式為：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個方式位與 1個停止位。VMC通過廣播的方式向外發(fā)送命令，字節(jié)為地址字節(jié)，方式位為 1，后面跟著一些可選的數(shù)據(jù)字節(jié)，方式位為 0，一個字節(jié)是校驗和（ CHK），方式位為 1，標(biāo)志著數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。外設(shè)通過檢驗接收到的方式位是否為 1來確定是地址還是數(shù)據(jù)，只有與地址字節(jié)相符的從設(shè)備，才能接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)。

　　在自動售貨終端中，接口模塊使用 W77E58單片機(jī)來連接 VMC與 SIM100。這樣 VMC、 W77E58和 SIM100三者既是發(fā)送方又是接收方。在 VMC與 W77E58串口 0的通信中，遵循 MDB/ICP協(xié)議。由于 MDB協(xié)議規(guī)定由 VMC做主設(shè)備，故 VMC的發(fā)送和接收均采用查詢方式，W77E58串口 0的發(fā)送和接收均采用中斷方式。本系統(tǒng)使用 C51語言在 W77E58單片機(jī)中編寫中斷接收和發(fā)送程序，主要的流程如圖 3所示。

　　在 SIM100與 W77E58串口 1的通信中，設(shè)計了簡單的點對點通信協(xié)議，這里不再詳細(xì)說明。

　　3.3 W77E58與 SIM100的通信

　　在該系統(tǒng)中，需要利用 TCP/IP協(xié)議來完成 GPRS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的裝幀和拆幀。SIM100GSM/GPRS模塊中內(nèi)置了 TCP/IP協(xié)議，W77E58向 SIM100發(fā)送 AT指令可建立 TCP/IP連接，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。下面是 SIM100模塊的初始化設(shè)置和使用 UDP發(fā)送數(shù)據(jù)的過程。

　　1 設(shè)置通信波特率  AT+IPR=9600

　　2 AT+CGDCONT=“1”，“IP”，“CMNET”

　　3 設(shè)置移動終端的類別  AT+CGCLASS=“B”

　　4 UDP建立連接  AT+CIPSTART=“UDP”，“IP地址”，“端口號”

　　5 UDP包           AT+CIPSEND>數(shù)據(jù)包內(nèi)容

　　（6）關(guān)閉連接          AT+CIPCLOSE 4 結(jié)束語 通過采用 GPRS網(wǎng)絡(luò)與自動售貨機(jī)結(jié)合的方式，保障了自動售貨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定通信，使得售貨機(jī)處于任何環(huán)境下都能與監(jiān)控中心聯(lián)系，及時掌握自動售貨機(jī)的運行情況。

　　本文作者創(chuàng)新點：本文設(shè)計了一個接口模塊來實現(xiàn)自動售貨機(jī)和 GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的連接，并通過編寫 MDB通信協(xié)議和數(shù)據(jù)包格式，來實現(xiàn)自動售貨機(jī)和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過該系統(tǒng)保障了自動售貨機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的實時通信，便于出現(xiàn)故障時及時維修。

參考文獻(xiàn):

[1]. GPRS datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/GPRS_1594650.html.
[2]. RS-232 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/RS-232_584855.html.
[3]. W77E58 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/W77E58_705272.html.
[4]. MCS-51 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/MCS-51_477840.html.
[5]. MAX232 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/MAX232_1074207.html.