手機(jī)自動(dòng)售貨機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘  要：闡述以移動(dòng)增值服務(wù)為基礎(chǔ)的手機(jī)自動(dòng)售貨機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)給出自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)方案，并簡要介紹所用到的器件，軟件設(shè)計(jì)給出自動(dòng)售貨機(jī)的流程圖和服務(wù)器的功能簡介。
關(guān)鍵詞：手機(jī)USSD 白動(dòng)售貨機(jī)GSM／GPRS

引 言
    移動(dòng)增值業(yè)務(wù)產(chǎn)品的核心特點(diǎn)是移動(dòng)性、即時(shí)性和個(gè)人性。移動(dòng)增值服務(wù)是在通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展融合的基礎(chǔ)上，在人們以信息為基礎(chǔ)的各種應(yīng)用需求快速增長的激勵(lì)下，在社會(huì)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(wù)方式。由于移動(dòng)通信自身所具有的可移動(dòng)性、無時(shí)空限制性、專屬性、安全性和時(shí)尚性的特點(diǎn)，加上基于這些特點(diǎn)之上的短信息、游戲、支付、定位、辦公等豐富多彩的應(yīng)用服務(wù)，使得我國的移動(dòng)增值業(yè)務(wù)在短短數(shù)年里從無到有，迅速發(fā)展為欣欣向榮的產(chǎn)業(yè)。本系統(tǒng)采用的是以ATmegal28單片機(jī)為核心的自動(dòng)售貨機(jī)，通過BENQ的13SM／GPRS M22模塊與服務(wù)器通信來實(shí)現(xiàn)以手機(jī)支付形式的移動(dòng)增值服務(wù)系統(tǒng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，考慮了自動(dòng)售貨機(jī)硬件平臺在低溫下運(yùn)行的情況。

1 自動(dòng)售貨機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    圖1概述了移動(dòng)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖。

2 硬件設(shè)計(jì)
    自動(dòng)售貨機(jī)是用戶直接面對的終端界面，主要實(shí)現(xiàn)功能為：

    ①貨物存儲(chǔ)和出貨。自動(dòng)售貨機(jī)將銷售商品存儲(chǔ)其中，以一臺飲料機(jī)為例，其中存儲(chǔ)的飲料可以高達(dá)3OO臺，并且自動(dòng)售貨機(jī)裝備有恒溫控制系統(tǒng)和密閉的儲(chǔ)存空間，在各種復(fù)雜的氣候條件下，均可有效的保證貨物的儲(chǔ)存周期。

    ②無線數(shù)據(jù)交換。自動(dòng)售貨機(jī)具備無線通信功能，可以和現(xiàn)有的(3SM／CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對接，接受網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的各種無線通信連接，也可以主動(dòng)向GSM／CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)起連接。通過無線數(shù)據(jù)交換可以實(shí)現(xiàn)對售貨機(jī)的無線遠(yuǎn)程控制，并可以實(shí)時(shí)獲取售貨機(jī)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)和銷售情況，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)業(yè)務(wù)的交易流程可控。自動(dòng)售貨機(jī)支持的無線通信方式包括：SMS、USSD、GPRS和CDMA lX。

2.1 單片機(jī)部分
    Atmel公司生產(chǎn)的ATmegal28單片機(jī)內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、PWM通道、A／D轉(zhuǎn)換器、12C的串行接口、可編程的串行USART接口、SPI串行接口、帶片內(nèi)晶振的可編程看門狗定時(shí)器和片內(nèi)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(jī)系統(tǒng)采用5 V電源供電，外接電源為24 V，經(jīng)LM2576s芯片開關(guān)電源轉(zhuǎn)為5 V，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(nèi)含GB 2312 16×16點(diǎn)陣國標(biāo)一級簡體漢字和ASCII8×8(半高)及8×16(全高)點(diǎn)陣英文字庫，使系統(tǒng)不用擴(kuò)展外部存儲(chǔ)空間。用戶輸入?yún)^(qū)位碼或ASCII碼即可實(shí)現(xiàn)文本顯示。本系列模塊具有上／下／左／右移動(dòng)當(dāng)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(shè)置工作在上電時(shí)自動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)了“即插即用”。同時(shí)保留了一條專用的復(fù)位線，可強(qiáng)制復(fù)位。規(guī)劃整齊的10個(gè)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。OCMJ5XlO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(qū)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的AT指令集，正常工作電壓為3．3～4．3 V，5 V的VCC經(jīng)過IN5401降壓到4．3 V左右為模塊使用，如圖3所示。由于GSM／GPRS模塊有瞬間脈動(dòng)電流，在電路設(shè)計(jì)過程中加了1個(gè)2200 μF的電解電容可以滿足模塊的瞬間大電流需求。

2.4 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分和電機(jī)的5×10控制陣列
    自動(dòng)售貨機(jī)吐出飲料的過程實(shí)際為電機(jī)動(dòng)作推飲料下來。由于電機(jī)都是感性的，在停轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)有反向電流，所以需要用PC847光電隔離器把控制和驅(qū)動(dòng)信號隔離開來，然后用L293D驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)需24 V電壓．控制信號經(jīng)過L293D后變?yōu)?4 V左右的電源信號才可驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)有三根線：電源、地線和反饋信號(電機(jī)轉(zhuǎn)一圈送出一個(gè)低電平)。由于要控制50個(gè)電機(jī)，占用單片機(jī)15個(gè)I／O口，其中5個(gè)為行線低有效，10個(gè)為列線高有效，形成5×10陣列。當(dāng)行為低、列為高的一個(gè)交叉點(diǎn)的電機(jī)動(dòng)作推貨物出來。在機(jī)械制作中使電機(jī)轉(zhuǎn)一圈剛好推出一瓶飲料，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈同時(shí)產(chǎn)生一反饋信號，此信號使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。另外一種情況是紅外檢測到有貨物落下則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2．5 ISP下載接口
    JTAG的仿真器比較貴，用ISP下載加上串口調(diào)試達(dá)到節(jié)約成本的目的。ATmegal 28的PDI、PDO、SCK和RESET加上VCC和GND就構(gòu)成了ISP接口。用廣州雙龍電子提供的下載線和相關(guān)軟件送行熔絲配置。由表1可知：設(shè)CKSEL3．．1為111，則配置為外置晶振8 MHz，用ISP下載線下載即可。用ATmega]28的串口LJSARTl與PC機(jī)通信，由超級終端來顯示調(diào)試信息。

3 自動(dòng)售貨機(jī)軟件部分
    內(nèi)置的主控模塊控制自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)部各部分流程進(jìn)行實(shí)際的管理，包括：吐貨流程、交易流程數(shù)據(jù)上報(bào)、LCD用戶界面顯示和故障上報(bào)。

3.1 USSD無線通信方式
    USSD(Unstructured Supplementary Service Data)定義為移動(dòng)臺和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(jī)制，它為移動(dòng)通信用戶提供基于文本的界面，用于管理用戶的業(yè)務(wù)。USSD在通話狀態(tài)下使用獨(dú)立專用控制信道SDCCH(Stand-aIon(DedicatedControl ChanneD，數(shù)據(jù)傳輸速率大約為600 bps;而非通話狀態(tài)時(shí)，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(huì)話過程中一直保持通信連接，提供透明通道，不進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。由于USSD與GPRS類似，在交互中保持一個(gè)會(huì)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(shí)響應(yīng)，使響應(yīng)時(shí)間大大加快，主要的響應(yīng)時(shí)延已轉(zhuǎn)移為應(yīng)用服務(wù)器一端，響應(yīng)時(shí)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(huì)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(wù)中，只需要撥打服務(wù)號碼，以后就可以按菜單提示進(jìn)行下一步操作，建立wAP的門戶網(wǎng)站來提供電信增值服務(wù)。

    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(dòng)根據(jù)我國情況在SMPP基礎(chǔ)上自己制定的協(xié)議，二者體系結(jié)構(gòu)大體相同，應(yīng)用范圍也相同，但數(shù)據(jù)包的格式及內(nèi)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(wù)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l，循環(huán)使用，一對請求和應(yīng)答消息流水號必須相同。有一個(gè)請求消息回應(yīng)是否成功的狀態(tài)信息。消息體則根據(jù)消息的類型和內(nèi)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(gè)字節(jié)。自定義信息即平時(shí)通過手機(jī)輸入或接收的短消息內(nèi)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(jì)費(fèi)和號碼的信息。

3.2 自動(dòng)售貨機(jī)程序設(shè)計(jì)
    自動(dòng)售貨機(jī)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?？刂瓢宄绦蚩驁D如圖4所示。

3.3 自動(dòng)售貨機(jī)交易流程圖
    自動(dòng)售貨機(jī)交易流程如圖5所示，鑒于小靈通無法采用USSD和GPRS等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式，所以采取IVR(互動(dòng)式語音應(yīng)答業(yè)務(wù))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(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用服務(wù)器。
    ②應(yīng)用服務(wù)器解析用戶指令，根據(jù)用戶輸入的售貨機(jī)編號和貨道號，在數(shù)據(jù)庫中查明貨物類型、價(jià)格等信息后，向BOSS系統(tǒng)進(jìn)行用戶身份驗(yàn)證和扣費(fèi)／扣積分操作。
    ③BOSS系統(tǒng)通知應(yīng)用服務(wù)器扣費(fèi)／扣積分成功。
    ④應(yīng)用服務(wù)器通過GPRS方式向售貨機(jī)發(fā)出控制指令，要求售貨機(jī)對用戶指定商品進(jìn)行吐貨。
    ⑤售貨機(jī)吐貨，用戶成功獲得商品。
    ⑥售貨機(jī)通過GPRS通知應(yīng)用服務(wù)器交易成功。
    ⑦應(yīng)用服務(wù)器向用戶發(fā)送短信，告知用戶交易明細(xì)。

4 服務(wù)器簡介
    應(yīng)用服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)業(yè)務(wù)的后臺管理。

    (1)交易流程管理
    從用戶發(fā)出購物請求到實(shí)現(xiàn)商品吐貨整個(gè)流程的有序管理和各種交易失敗補(bǔ)救流程的實(shí)施。

    (2)物流管理
    對服務(wù)器管理的所有售貨機(jī)商品的銷存情況進(jìn)行管理，并可以實(shí)現(xiàn)物流人員的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)配、通知等。

    ①統(tǒng)計(jì)分析。對業(yè)務(wù)情況按天、周、月(或者指定要求)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括銷售情況、故障情況、扣費(fèi)／扣積分情況、對帳情況、物流人員工作量等情況進(jìn)行詳盡的統(tǒng)計(jì)分析，以供管理人員參考。
 
    ②計(jì)費(fèi)和對帳。實(shí)現(xiàn)和移動(dòng)BOSS系統(tǒng)的對接，實(shí)現(xiàn)話費(fèi)支付和積分支付兩種功能，并能自動(dòng)按天對帳務(wù)進(jìn)行核對，當(dāng)雙方帳務(wù)超出預(yù)期誤差，自動(dòng)對每條交易進(jìn)行比對，并發(fā)出短信報(bào)警。

結(jié) 語
    本系統(tǒng)已實(shí)際生產(chǎn)并在實(shí)用中取得了良好的效果。手機(jī)自動(dòng)售貨機(jī)的移動(dòng)增值服務(wù)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(dòng)電子商務(wù)的移動(dòng)性、便捷性和安全性，必將吸引眾多商家和客戶利用其進(jìn)行經(jīng)營和消費(fèi)活動(dòng)。這將導(dǎo)致移動(dòng)價(jià)值鏈的形成，成功綁定用戶，使其融人社會(huì)的各行各業(yè)，使社會(huì)的各行各業(yè)都離不開移動(dòng)，最終形成“多贏”的局面。銀行通過移動(dòng)電子商務(wù)平臺延伸其影響范圍，形成口袋中的理財(cái)助理，用戶可以隨時(shí)隨地使用銀行的服務(wù)。用戶將會(huì)深信不疑的理解為：手機(jī)就是銀行發(fā)放的電子信用卡。