基于GPRS的自动售货终端的设计与实现

　　摘要：针对目前我国自动售货机远程监控方面的缺陷，提出了一种稳定、实时的售货监控系统方案。该系统采用 GPRS网络实现自动售货机与远程监控中心的通信，并在此基础上设计出了适应于自动售货机的 GPRS无线终端以及该系统信息传输的数据格式。通过该系统可以解决传输信息不及时，信息量有限的问题，使运营商能及时地获取自动售货机的相关信息，便于管理和维护。

　　0 前言

　　自动售货机是一个机电一体化的高新智能产品，一般放置在商业繁华区，由于室外环境恶劣，人为破坏等多种原因，机器经常出现故障，为了及时的发现故障，需要对自动售货机进行实时监控。随着计算机网络和移动通信技术的不断发展，现在大多采用中国移动的 GSM短信网络作为自动售货终端与监控中心通信的无线传输通道。但是这种无线通信存在着传输数据量有限、滞后性严重、数据安全性不能保证的缺陷。

　　本文利用 GPRS（General Packet Radio Service）网络所具有的传送速率高、永远在线、覆盖面广等特点，结合自动售货机自身的情况，设计了基于 GPRS自动售货终端的通信协议和数据传输格式，实现了自动售货机和监控中心之间远程的实时通信。
　　 1 系统结构和工作原理

　　基于 GPRS的自动售货监控系统主要由三部分组成：自动售货终端、 GPRS通信网络和监控中心。系统的整体结构如图 1所示。

　　自动售货机实时地将销售信息、故障信息和自身状态信息通过串口传给 GPRS模块， GPRS模块按照 UDP的格式将信息数据封装成 UDP数据包，加上 IP报头封装成 IP数据包，将 IP数据包按照 PPP帧格式装成 PPP帧，发送至 GPRS网关 GGSN，再经 GGSN接入外部数据网，并以 IP包的形式通过 INTERNET将数据发送给监控中心的服务器，由服务器把数据导入数据库，并对其进行处理[1]。

　　本文主要研究自动售货终端的设计与实现。

　　自动售货终端的主控制器 VMC（Vending Machine Controller）选用 Motorola公司的 M68HC11单片机，它有一个全双工串口，通过该串口连接纸币器、硬币器和读卡器，使用 MDB/ICP协议通信。 GPRS模块采用 SIMCOM公司提供的 GSM/GPRS双频模块 SIM100[2]。它提供标准的 RS-232串行接口，使用该串口同 VMC进行数据传输。但是 VMC只有一个全双工串口，并且已经使用，要实现 VMC与 SIM100模块的通信，需将 SIM100模块与纸币器、硬币器、读卡器一样作为从设备使用，遵循MDB/ICP协议通信，所以在VCM与SIM100模块之间需要设计一个接口模块，来完成 MDB/ICP协议的转换功能。

　　2.2 接口模块的设计

　　接口模块选用台湾 WinBond公司的 W77E58单片机来完成 MDB/ICP协议的转换功能。 W77E58是一种高速、高集成、增强型 MCS-51系列的单片机，它内含 2个增强型全双工串行口，可以同时连接 VMC和SIM100 。不仅如此，该芯片含有 256B的RAM和1KB的SRAM，足够存放协议转换所需的数据和程序，无需扩展存储器[3]。

　　W77E58通过两个全双工串口分别与 VMC和 SIM100相连来传输信息。 W77E58的硬件连接方案是：主控制器 M68HC11的串口使用光耦隔离与 W77E58的串口 0相连，通过 MDB/ICP协议来实现 M68HC11与 W77E58之间的数据发送和接收。 W77E58的串口 1经过接口转换芯片 MAX232与 SIM100相连，实现 W77E58与 SIM100之间的数据传送 [4]。

　　3 自动售货终端的软件设计

　　3.1 数据包格式的设计

　　在自动售货机和监控中心的信息传输中，必须对信息的格式进行统一规定，才能使两端都能解读信息的内容，并且由于系统传输的数据量较大，必须对信息进行优先级排序，对重要的信息优先传送，优先处理。

　　自动售货机发给监控中心的信息一般有三种：

　　（1）故障信息：包括纸币器故障、温度失控、主板故障等约 64种故障信息。它属于优先级。

　　（2）状态信息：包括缺货、缺币、开门检测等信息。它属于第二优先级。

　　（3）销售信息：包括每次销售信息、总销售额等信息。它属于第三优先级。

　　根据这三种信息种类，设计数据包的格式如表 1所示。

　　3.2 接口模块的通信协议设计

　　MDB/ICP协议是一套用于协调自动售货机的主控制器（ VMC）与多个外设之间的主从型通信协议。MDB协议的串行位格式为：1个起始位、8个数据位、1个方式位与 1个停止位。VMC通过广播的方式向外发送命令，字节为地址字节，方式位为 1，后面跟着一些可选的数据字节，方式位为 0，一个字节是校验和（ CHK），方式位为 1，标志着数据发送完毕。外设通过检验接收到的方式位是否为 1来确定是地址还是数据，只有与地址字节相符的从设备，才能接收发送来的数据。

　　在自动售货终端中，接口模块使用 W77E58单片机来连接 VMC与 SIM100。这样 VMC、 W77E58和 SIM100三者既是发送方又是接收方。在 VMC与 W77E58串口 0的通信中，遵循 MDB/ICP协议。由于 MDB协议规定由 VMC做主设备，故 VMC的发送和接收均采用查询方式，W77E58串口 0的发送和接收均采用中断方式。本系统使用 C51语言在 W77E58单片机中编写中断接收和发送程序，主要的流程如图 3所示。

　　在 SIM100与 W77E58串口 1的通信中，设计了简单的点对点通信协议，这里不再详细说明。

　　3.3 W77E58与 SIM100的通信

　　在该系统中，需要利用 TCP/IP协议来完成 GPRS业务数据的装帧和拆帧。SIM100GSM/GPRS模块中内置了 TCP/IP协议，W77E58向 SIM100发送 AT指令可建立 TCP/IP连接，来实现数据的传输。下面是 SIM100模块的初始化设置和使用 UDP发送数据的过程。

　　1 设置通信波特率  AT+IPR=9600

　　2 AT+CGDCONT=“1”，“IP”，“CMNET”

　　3 设置移动终端的类别  AT+CGCLASS=“B”

　　4 UDP建立连接  AT+CIPSTART=“UDP”，“IP地址”，“端口号”

　　5 UDP包           AT+CIPSEND>数据包内容

　　（6）关闭连接          AT+CIPCLOSE 4 结束语 通过采用 GPRS网络与自动售货机结合的方式，保障了自动售货机监控系统的稳定通信，使得售货机处于任何环境下都能与监控中心联系，及时掌握自动售货机的运行情况。

　　本文作者创新点：本文设计了一个接口模块来实现自动售货机和 GPRS网络之间的连接，并通过编写 MDB通信协议和数据包格式，来实现自动售货机和监控中心之间的数据传输。通过该系统保障了自动售货机与远程监控中心的实时通信，便于出现故障时及时维修。

  

参考文献:

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