手機自動售貨機的嵌入式系統(tǒng)設計

引言

移動增值業(yè)務產品的核心特點是移動性、即時性和個人性，移動增值服務是在通信技術，計算機技術和互聯(lián)網(wǎng)技術不斷發(fā)展融合的基礎上，在人們以信息為基礎的各種應用需求快速增長的激勵下，在信息化水平日益提高的前提下，迅速發(fā)展的一種全新的服務方式，由于移動通信自身所具有的可移動性、無時空限制性、專屬性、安全性和時尚性的特點，加上基于這些特點之上的短信息、游戲、支付、定位、辦公等豐富多彩的應用服務，使得我國的移動增值業(yè)務在短短數(shù)年里從無到有，迅速發(fā)展為欣欣向榮的產業(yè)，本系統(tǒng)采用的是以atmega128單片機為核心的自動售貨機，通過benq的gsm/gprs m22模塊與服務器通信來實現(xiàn)以手機支付形式的移動增值服務系統(tǒng)，在實際設計過程中，考慮了自動售貨機硬件平臺在低溫下運行的情況。

1 自動售貨機網(wǎng)絡結構

圖1概述了移動自動售貨機系統(tǒng)在實際運行過程中網(wǎng)絡結構框圖。

2 硬件設計

自動售貨機是用戶直接面對的終端界面，主要實現(xiàn)功能為：

1）貨物存儲和出貨，自動售貨機將銷售商品存儲其中，以一臺飲料機為例，其中存儲的飲料可以高達300臺，并且自動售貨機裝配有恒溫控制系統(tǒng)和密閉的存儲空間，在各種復雜的氣候條件下，均可有效的保證貨物的存儲周期。

2）無線數(shù)據(jù)交換。自動售貨機具有無線通信功能，可以和現(xiàn)有的gsm/cdma網(wǎng)絡進行對接，接受網(wǎng)絡側發(fā)起的各種無線通信連接，也可以主動向gsm/cdma的網(wǎng)絡發(fā)起連接。通過無線數(shù)據(jù)交換可以實現(xiàn)售貨機的無線遠程控制，并可以實時獲取售貨機當前系統(tǒng)狀態(tài)和銷售情況，從而實現(xiàn)整個業(yè)務的交易流程可控。自動售貨機支持的無線通信方式包括：sms、ussd、gprs和cdma 1x。

2.1 單片機部分

atmel公司生產的atmega128單片機內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口：定時器/計數(shù)器、實時時鐘、pwm通道、a/d轉換器、i2c的串行接口、可編程的串行usart接口，spi串行接口，帶片內晶振的可編程看門狗定時器和片內的模擬比較器等，它在省電性能、穩(wěn)定性、抗干擾性能和靈活性方面極具特色，單片機系統(tǒng)采用5v電源供電，外接電源為24v，經(jīng)lm2576s芯片開關電源轉為5v為系統(tǒng)主電源。

2.2 lcd部分

金鵬科技有限公司的ocmj中文模塊系列液晶顯示器內含gb2312 16×16點陣國際一級簡化漢字和ascii8×8（半高）及8×16（全高）點陣英文字庫，使系統(tǒng)不用擴展外部存儲空間。用戶輸入?yún)^(qū)位碼或ascii碼即可實現(xiàn)本文顯示。本系列模塊具有上/下/左/右移動當前顯示屏幕及清除屏幕的命令。ocmj中文模塊的所有初始化設置工作在上電時自動完成，實現(xiàn)了“即插即用”。同時保留了一條專用的復位線、可強制復位。規(guī)劃整齊的10個用戶接口命令代碼，非常容易記憶。硬件接口采用req/busy握手協(xié)議，簡單可靠，ocmj5x10模塊的背光源正極引腳所需較大電流才能保證lcd的亮度，所以加9012三極管放大，三極管基極電阻的選擇上一定要考慮低溫下三極管的特性，以保證可正常驅動lcd。

2.3 gsm/gprs模塊

gsm/gprs模塊采用benq的m22模塊，如圖2所示，該模塊采用的是標準的at指令集，正常工作電壓為3.3－4.3v，5v的vcc經(jīng)過in5401降壓到4.3v左右為模塊使用，如圖3所示，由于gsm/gprs模塊有瞬間脈動電流，在電路設計過程中加了一個2200μf的電解電容可以滿足模塊的瞬間大電流需求。

2.4 電機的驅動部分和電機的5×10控制陣列

自動售貨機吐出飲料的過程為電機動作推飲料下來，由于電機都是感性的，在停轉的時候會有反向電流，所以需要用pc847光電隔離器把控制和驅動信號隔離開來，然后用l293d驅動電機。電機驅動需24v電壓，控制信號經(jīng)過l293d后變?yōu)?4v左右的電源信號才可驅動電機，電機有三根線：電源、地線和反饋信號（電機轉一圈送出一個低電平）。由于要控制50個電機，占用單片機16個i/o口，其中5個為行線低有效，10個為列線高有效，形成5×10陣列，當行為低、列為高的一個交叉點的電機動作推貨物出來，在機械制作中使電機轉一圈剛好推出一瓶飲料，電機轉一圈同時產生一反饋信號，此信號使電機停止轉動，另外一種情況是紅外檢測到有貨物落下則電機停止轉動。

2.5 isp下載接口

jtag的仿真器比較貴，用isp下載加上串口調試達到節(jié)約成本的目的，atmega128的pdi、pdo、cck和reset加上vcc和gnd就構成了isp接口。用廣州雙龍電子提供的下載線和相關軟件送行熔絲配置。由表1可知：設cksel3..1為111，則配置為外置晶振8m赫茲，用isp下載線下載即可，用atmega128的串口usart1與pc機通信，由超級終端來顯示調試信息。

3 自動售貨機軟件部分

內置的主控模塊控制自動售貨機內部各部分流程進行實際的管理，包括：吐貨流程，交易流程數(shù)據(jù)上報、lcd用戶界面顯示和故障上報。

3．1 ussd無線通信方式

ussd(unstructured supplementary service data)定義為移動臺和網(wǎng)絡應用之間經(jīng)過歸屬位置寄存器(hlr)傳遞信息和指令的一種機制，它為移動通信用戶提供基于文本的界面，用于管理用戶的業(yè)務。ussd在通話狀態(tài)下使用獨立專用控制信道sdcch(stand—alone dedicated control channel)，數(shù)據(jù)傳輸速率大約為600 bps；而非通話狀態(tài)時，ussd使用快速輔助控制信道facch(fastassociated control channel)，數(shù)據(jù)傳輸速率約為1 kbps，比sms傳輸速率高。

ussd在會話過程中一直保持通信連接，提供透明通道，不進行存儲轉發(fā)。由于ussd與gprs類似，在交互中保持一個會話過程，每次數(shù)據(jù)發(fā)送不需要重新建立信道，所以ussd系統(tǒng)對用戶的呼叫請求是即時響應，使響應時間大大加快，主要的響應時延已轉移為應用服務器一端，響應時間比短消息快。ussd適合較少量的數(shù)據(jù)傳輸，ussd在交互式會話中可以提供直觀的菜單操作，方便用戶使用。在一次信息服務中，只需要撥打服務號碼，以后就可以按菜單提示進行下一步操作，建立wap的門戶網(wǎng)站來提供電信增值服務。

ussd的接口協(xié)議與短消息類似，采用smpp或cmpp。smpp是國際通用的協(xié)議，cmpp是中國移動根據(jù)我國情況在smpp基礎上自己制定的協(xié)議，二者體系結構大體相同，應用范圍也相同，但數(shù)據(jù)包的格式及內容有一定的差異。cmpp現(xiàn)在已升到了3.o。本系統(tǒng)中采用cmpp，消息分為消息頭和消息體，其中消息頭長度是固定的。主要信息為消息總長度、命令類型和消息流水號。命令類型用來說明消息的類型是連接，還是由ussd中心到業(yè)務提供者sp(service provider)的消息或由sp到ussd中心的消息等。消息流水號順序累加，步長為1，循環(huán)使用，一對請求和應答消息流水號必須相同。有一個請求消息回應是否成功的狀態(tài)信息。消息體則根據(jù)消息的類型和內容來決定長度和數(shù)據(jù)，但其所攜帶的自定義信息長度不超過160個字節(jié)。自定義信息即平時通過手機輸入或接收的短消息內容或工業(yè)通信中自定義的通信規(guī)約部分。相對于smpp而言，cmpp增加了許多信息，尤其是計費和號碼的信息。

3．2 自動售貨機程序設計

自動售貨機控制板的程序用c語言編寫，開發(fā)環(huán)境用atmel公司提供的iccavr。控制板程序框圖如圖4所示。

3．3 自動售貨機交易流程圖

自動售貨機交易流程如圖5所示，鑒于小靈通無法采用ussd和gprs等實時數(shù)據(jù)傳輸方式，所以采取ivr(互動式語音應答業(yè)務)方式。

①用戶通過ivr／短信方式發(fā)出購物請求，ivr／短信平臺將用戶請求轉發(fā)給應用服務器。

②應用服務器解析用戶指令，根據(jù)用戶輸入的售貨機編號和貨道號，在數(shù)據(jù)庫中查明貨物類型、價格等信息后，向boss系統(tǒng)進行用戶身份驗證和扣費／扣積分操作。

③boss系統(tǒng)通知應用服務器扣費／扣積分成功。

④應用服務器通過gprs方式向售貨機發(fā)出控制指令，要求售貨機對用戶指定商品進行吐貨。

⑤售貨機吐貨，用戶成功獲得商品。

⑥售貨機通過gprs通知應用服務器交易成功。

⑦應用服務器向用戶發(fā)送短信，告知用戶交易明細。

4 服務器簡介

應用服務器主要實現(xiàn)整個業(yè)務的后臺管理。

(1)交易流程管理

從用戶發(fā)出購物請求到實現(xiàn)商品吐貨整個流程的有序管理和各種交易失敗補救流程的實施。

(2)物流管理

對服務器管理的所有售貨機商品的銷存情況進行管理，并可以實現(xiàn)物流人員的實時自動調配、通知等。

①統(tǒng)計分析。對業(yè)務情況按天、周、月(或者指定要求)進行統(tǒng)計，包括銷售情況、故障情況、扣費／扣積分情況、對帳情況、物流人員工作量等情況進行詳盡的統(tǒng)計分析，以供管理人員參考。

②計費和對帳。實現(xiàn)和移動boss系統(tǒng)的對接，實現(xiàn)話費支付和積分支付兩種功能，并能自動按天對帳務進行核對，當雙方帳務超出預期誤差，自動對每條交易進行比對，并發(fā)出短信報警。

結 語

本系統(tǒng)已實際生產并在實用中取得了良好的效果。手機自動售貨機的移動增值服務是一種新的商業(yè)模式和新的市場渠道，并擁有眾多的客戶群體。由于移動電子商務的移動性、便捷性和安全性，必將吸引眾多商家和客戶利用其進行經(jīng)營和消費活動。這將導致移動價值鏈的形成，成功綁定用戶，使其融入社會的各行各業(yè)，使社會的各行各業(yè)都離不開移動，最終形成“多贏”的局面。銀行通過移動電子商務平臺延伸其影響范圍，形成口袋中的理財助理，用戶可以隨時隨地使用銀行的服務。用戶將會深信不疑的理解為：手機就是銀行發(fā)放的電子信用卡。