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1、基于GPRS网络的自动售货机监控系统的设计实现控制技术计算机测量与控制.2008.16(3)ComputerMeasurement&Control?327?文章编号:16714598(2008)O30327一O3中圈分类号:TP273文献标识码:B基于GPRS网络的自动售货机监控系统的设计实现李昌盛,金瓯l(1.中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410083;2.湖南省金融货币识别与自助服务平台工程技术研究中心,湖南长沙410004)摘要:能及时地了解自动售货机当前的运行状态和存货状态是运营商进行补货,维修的关键,结合自动售货机本身和GPRS的特点,设计了基于GPRS的自动售货机监控
2、管理系统,通过该系统可以及时地获得自动售货机相关的数据,为运营商做出下一步行动提供了可靠的数据;详细介绍了整个监控管理系统的总体框架,并着重介绍了GPRS终端设计实现和传输的数据格式及安全性的设计;该系统已经运用于实际,并达到了预期的效果.关键词:GPRS;自动售货机;远程监控DesigningandImplementationofVendingMachineMonitorSystemBasedonGPRSLiChangsheng,JinOu(1.SchoolofInfo.Sci.andEng.,CentralSouthUniv.,Changsha410083,China;2.HunanEng
3、.Tech.ResearchCenterforCurrencyRecognitionandSelfservice,Changsha410004,China)Abstract:Knowingvendingmachinecurrentrunningstatusandthegoodsinstockconditionintimeisthekeyissueofoperatorcarryingonmakingupthegoods,maintainingthemachine.AccordingtothecharacteristicsofvendingmachineandGPRSnetwork.amanage
4、mentsystembasedonGPRSnetworkiSdesigned.Themanagementsystemcanobtainthedataofvendingmachinerunningstatusandthegoodsinstockcondition.Theoperatorcanmakethedecisionhowandwhattodonextstepthroughthedata.Thisarticleintroducestheentiremanagementsystemoverallframe,andemphaticallyintroducedshowtodesignandreal
5、izetheGPRSterminalandthedataformatandthesecureofthedatawhentransmits.Keywords:GPRS;vendingmachine;remotemonitorO引言随着通信技术,微电子技术的进步和智能化建设的发展,越来越多的设备如家电,电表,工业终端等都有了联网的需求,并且有大量的数据需要传输,而在很多场合有线连接的方式已经不能满足人们的需要,无线接入以其方便,快捷和廉价的优势,弥补了有线方式的不足.覆盖全国的GPRS网络已成为一种可持续利用和开发的资源,因而在此基础上开发出满足需求的无线接入产品就成为可能.以往自动售货机的补货,
6、故障巡查对于自动售货机的运营商来说是一项消耗大量人力的工作,发生缺货或故障等问题时,不能及时解决,不仅减少了销售时间,影响了运营商的收入,而且给消费者带来不便.本文根据自动售货机和GPRS无线网络的特点出发,设计了适用于自动售货机的GPRS终端模块和具有扩展性的传输数收稿日期:2007一O621;修回日期:20070728.基金项目:国家科技攻关计划项目基于货币识别的职能自主服务平台(2003ba104c);国家自然科学基金资助项目(60673165)作者简介:李昌盛(1981一),男,河北邢台人,硕士研究生,主要从事计算机控制与信息处理,嵌入式系统等方向的研究.金瓯(1962一),男,浙江温
7、州人,教授,硕士生导师,主要从事计算机控制与信息处理,货币识别,嵌入式系统等方向的研究.据格式,该模块通过RS一232串口可与计算机或售货机通信,结合GPRS网络,远程的自动售货机和监控中心之间可以相互传输加密后的数据,从而实现了自动售货机和监控中心之间的通信.该系统的使用可使故障巡查工作自动化,补货及时化.1GPRS网络概述GPRS(GeneralPacketRadioService,通用无线分组业务),是在GSM基础上的分组交换的资料承载和传输方式.提供端到端的,广域的无线IP链接,具有充分利用现有的网络,资源利用率高,始终在线,传输速度快等特点.GPRS网络的技术核心是在GSM网络中传送
8、分组数据业务,它的技术优势主要体现在两个方面,即实现了用户数据与无线网络资源的最佳结合,实现了IP协议的透明传送.与原有的GSM比较,GPRS在数据的承载和支持上具有明显的优势:通过多个GSM时隙的服用支持数据传输的速率更改,理论峰值达171kbit/s;不同的网络用户共享同一组GPRS.但只有当某一个用户需要发送或接受数据时才会占用资源.这样,通过多用户的业务服用,更有效地利用了无线网络的信道资源.特别适合突发性,小流量数据传输;GPRS计费方式更加灵活.支持按数据流量来进行计费;与WAP(WirelessApplicationProtocol,无线应用协议)技术不同,GPRS能够随时为用户
9、提供透明的IP通道,可直接访问Internet中的所有资源.中华测控网?328-计算机测量与控制第16卷2系统设计2.1总体结构本系统的整体构架如图1所示.在实际应用中,一个基于GPRS无线网络的自动售货机实时监控系统由以下3部分构成.曩谋糌GPRS终端图1系统整体结构图日打印机2.1.1远程终端单元(RTU,RemoteTerminalUnit)远程终端单元(RTU)分散地分布在自动售货机的遥测点上.主要由GRPS智能模块+TCP/IP模块,电源,天线,PIC的CPU及各种I()模块及后备电池等几部分组成.自动售货机利用GPRS无线通讯模块把货物存储状态,故障报警等信息数据通过GPRS网络或
10、Internet网络传送给监控中心.另一方面.如果GPRS无线模块接受到监控中心的命令,自动售货机还将根据该命令实现各种动作,例如,调整某货道价格,停止售货等.2.1.2监控中心+一一公司内部网图2监控中心结构图监控中心结构如图2所示.由两套PC及GPRS模块组成双机备份系统,两台PC,主用机选用服务器,备用机使用工控机.通过网络与公司内网连接.监控中心PC驱动GPRS通讯模块向RTU下发控制信息.接受下位机上报的数据及其他信息,同时对采集数据进行管理,提供查询,统计,报表等功能.监控中心的具体功能如下.(1)能够给RTU下发组态信息,控制命令,能够校准RTU的时钟.(2)RTU发送来的数据自
11、动进入数据库,数据库具备移动的安全措施.(3处理RTU的报警信息.报警信息包括各种故障,缺货等信息.(4)数据遥测功能:定时巡测,手动巡测,随机抽测,分组召测.(5)遥控功能:控制售货机自动开关,改变某货道价格中华测控网chinamca.corn等.(6)进销存系统功能:具有常规进销存管理信息系统功能.(7)结合进销存功能,进行数据挖掘,并做出补货,检修,机器放置等相应策略.2.1.3无线GPRS网络根据内部网对网络安全的特殊要求,采用GPRS网络的专用APN形式入网,每个SIM卡绑定固定内部IP,拥有独立上网APN名,其特点如下;网内分配专用的APN名,普通用户不得申请该APN.用于GPRS
12、专网的SIM卡仅开通该专用APN,限制使用其他APN,也限制网外sIM卡使用专网APN.2.2定义传输主要内容(1)开门数据:覆盖了1O种开门事件.如维修开门,补货开门,取钱开门,补充硬币开门等.任何一种开门发生,都会发送该数据给监控中心.(2)故障数据:覆盖了自动售货机约64种故障.如冷却机异常,出货电机异常,纸/硬币异常,计时器异常,钱币藏满,钱币受人率低下等.任何一种故障发生(除维修期间),都会发送该数据给监控中心.(3)缺货数据:售货机中传感器自动地对商品数量进行检测,让某种商品的数量达到一个阈值时,发送数据到监控中心.(4)缺币数据;当硬币简内的硬币数量到达某一个阈值时,发送该数据到
13、监控中心.(5)命令数据:该数据由监控中心发送到售货机.如调整某一货道价格命令,关闭日照灯命令,停止售货等命令数据.3关键技术的实现3.1GPRS终端实现GPRS终端设计如图3所示.为了满足GPRS终端的富控lTCP/IPlI协议处理IGPRS行J制TCP/IP模块无线接模l透明通道l嗲模块口块lI图3GPRS+TCP模块结构图低成本,小型化和移动灵活等要求,采用单片机对GPRS终端进行控制,并且引入嵌入式系统实现TCP/IP协议栈6.目前主要的困难在于:运行TCP/IP协议对计算机存储器,运算速度等要求较高,会占用大量的系统资源;而嵌入式系统大多采用8位单片机,硬件资源非常有限,支持TCP/
14、IP协议非常困难.在设计中采用了在嵌入式实时操作系统uC/OS-II7中移植一种小型TCP/IP协议栈uIP的方法8,使基于8051嵌入式系统的GPRS终端能够在网络中进行数据传输;同时改善了系统的性能,提高了系统的可靠性,增强了系统的可扩展性和开发的可延续性.在基于8051的uC/0sII中,移植uIP不需要对现有的瓣瓣一卯自货一售0一一售一-ul2动扭一心动机一卯自货一一卯自货一第3期李昌盛,等:基于GPRS网络的自动售货机监控系统的设计实现?329?TCP/IP源代码做任何修改,但是必须为网络设备(如网卡芯片,串口等)写一个驱动程序.同时,现有系统的集成部分也要进行相应的处理,例如当有数
15、据到达或者周期性的定时器计数满等情况下,主控制系统应该调用uIP函数.移植的具体步骤如下.(1)在目录uip一0.9/下创建一个自己的目录,例如uip一0.9/8051(2)把uiparch.C文件从目录uip一0.9/unix/中复制到目录uip一0.9/8051中;它包含了用c语言实现的32位加法,校验和算法;(3)把uipopt.h文件从目录uip一0.9/unix中复制到目录uip一0.9/8051中,并对其进行修改,以满足系统的需要.uipopt.h是ulP的配置文件,其中不仅包含了诸如uIP网点的IP地址和同时可连接的最大值等设置选项,而且还有系统结构和C编译器的特殊选项;(4)参
16、考例子unix/tapdev.C和uip/slipdev.C,为串口编写驱动程序;表1包格式定义包格式长度说明机器编号6字符型信息编号400009999包长度3051160下行控制包:C=货道开启控制N一正常收到数据包,发回应答消息上行销售包:S一销售报告信息类型上行故障包:S1D一开门E一出错P一开机或重启G一按命令(命令的内容为:英文单词DEMAND.)M一每天午夜钱箱中总6金额以机器能接收的最小值为单位,机器安装无小数位和符号位,十六进制,以来的总8下行控制包无意义销售额总售货次6无符号位,十六进制,下行控制包无意义数日期和时14格式为YYYYMMDDHHNNSS间销售包为销售数量,其它
17、为存货数量,下行数量1控制包无意义销售包为当前销售单价,其它包有故障代单价/故障1码:0正常,1暂停,2不归位,3无响应,4其码它每个货道重复上面两个数据,如果是其它设备故障,数量61代表制冷设备,60代表照明设备,59代表其它设备前面所有字符的校验总和,字母转换为10校验位161的数字相加,最后结果对62取余.(5)参考例子unix/main.C,写自己的主控制系统.以便在适当的时候可以调用ulP函数;(6)编译源代码.3.2传输内容的安全性由于所有的信息都要通过GPRS网络来传输,所以不能很好地保证信息的安全.例如,传输的信息是控制售货机中货道的价格,如果被人获取并修改后重新发送,那么售货
18、机中的物品会被最低的价格买走,给运营商造成了很大损失.为了防止这种情况的发送必须对发送的信息进行相应的处理.3.2.1信息包设计为了使信息包的内容直观明了,包含的内容丰富,所以对信息内容做出以下规定:(1)信息内容中包含字符O一9,Az,aZ和回车符,其它难以理解的字符和中文符号都没有.(2)字符O一9,Az,aZ分别代表061个数字.(3)信息包分为两种,一种为销售信息包,一种为故障信息包,包格式定义如表1所示.3.2.2加密设计为了能更好地达到保密性,我们使用了双钥技术.双钥技术就是公共密钥加密PKE(PublicKeyEn(.ryption)技术,它使用两把密钥,一把公共密钥(Publi
19、cKey)和.把专用密钥(PrivateKey),前者用于加密,后者用于解密.这种法也称为非对称式加密方法,它解决了传统加密方法的根本性问题,极大地简化了密钥分发的工作量.4结束语基于GPRS网络的自动售货机机群状态远程设备监控实现了远程数据传输和对自动售货机机群进行远程状态监控.可以将自动售货机的运行状况实时地传递给监控中心,实现了对自动售货机运行状况及时掌握,并能及时通知工作人员出现的各种故障,是使工作人员及时排除故障,提供了自动售货机的可使用性与使用寿命.参考文献:Eli美RJ(Bud)Bates.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用M.朱红波,等,译.北京:人民邮电出版社,2004.
20、2蒲诚,张涛.GPRS远程无线监测系统J.电子测量技术,2006,29(4):166167.3宋晓蜂,历小军,等.自动售货机故障管理子系统的设计实现J.计算机工程,2002,28(5):08一10.4赵申,蒋灵鸽.基于GPRS的无线数据采集与传输终端J.电子产品世界,2004,(8):130132.5袁洪涛.GPRS技术应用的软硬件开发环境J.现代电子技术,2004,27(16):9799.6JeanJ.Labrosse.嵌入式实时操作系统c/osII(第2版)M.邵贝贝,译.北京:北京航空航天大学出版社,2003.r7FOROUZARBEHR0UZA,OPHIACHUNGFEGAN.TCP/IP协议族(第2版)M.谢希仁,译.北京:清华大学出版社,2003.8DunkelsAdam.FullTcp/IPfor8BitArchitectures.rA.inProceedingsofthefirstinternationalconferenceonmobileapplications,systemsandservices(MOBISYS2003)c.SanFrancisco,May2003.中华测控网
