自動(dòng)售貨機(jī)是一種集聲、光、電、機(jī)、電于一體的高智能科技產(chǎn)物，可以每天24 小時(shí)售貨，被稱(chēng)為“永不下班的超級(jí)營(yíng)業(yè)員”，這種前衛(wèi)的零售方式在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)十分普及。我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)到現(xiàn)今國(guó)內(nèi)自主研發(fā)或代理國(guó)外的自動(dòng)售貨機(jī)，已經(jīng)開(kāi)始遍布機(jī)場(chǎng)，商場(chǎng)等一些公共場(chǎng)所。然而這些自動(dòng)售貨機(jī)大都采用現(xiàn)金支付的方式，基于現(xiàn)金支付的自動(dòng)售貨機(jī)一般只能接收5 角或1 元的硬幣，5 元、10 元或20 元等小額人民幣，如果顧客手頭零錢(qián)短缺或不足，有可能無(wú)法購(gòu)買(mǎi)到自己所需要的商品。這個(gè)直接影響了自動(dòng)售貨機(jī)的銷(xiāo)售數(shù)量， 間接制約了其發(fā)展速度。針對(duì)這種情況現(xiàn)提出采用現(xiàn)代前沿的非接觸式射頻IC 卡技術(shù)與GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)出一種基于IC 卡支付的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)。非接觸式IC 卡技術(shù)是近幾年風(fēng)靡的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功地結(jié)合了射頻識(shí)別技術(shù)、磁電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和IC 卡技術(shù)，現(xiàn)已非常成熟，而且IC 卡的交易方式對(duì)于消費(fèi)者十分便利，因此研究開(kāi)發(fā)基于此方式下的各類(lèi)售貨機(jī)具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義和商用價(jià)值。
1 系統(tǒng)組網(wǎng)方案
從整體角度來(lái)看，基于IC 卡支付的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)可分為售貨機(jī)終端、GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)、INTERNET 網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器四大塊（如圖1 所示）。
組網(wǎng)方案：向中國(guó)移動(dòng)申請(qǐng)APN 專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)，分配專(zhuān)用的APN 并申請(qǐng)綁定移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)的固定IP 地址。服務(wù)器用無(wú)線MODEM 撥號(hào)上網(wǎng)，得到其公司固定IP。自動(dòng)售貨機(jī)直接向服務(wù)器發(fā)起連接。
這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中間環(huán)節(jié)少，容易實(shí)現(xiàn)，所有的數(shù)據(jù)都在移動(dòng)GPRS 的APN 內(nèi)網(wǎng)傳輸，無(wú)需經(jīng)過(guò)公網(wǎng)，安全性增強(qiáng)。本論文主要研究處于自動(dòng)售貨機(jī)終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
2 MDB 總線
MDB 總線是根據(jù)MDB/ICP 協(xié)議制定的總線標(biāo)準(zhǔn)。MDB/ICP 協(xié)議(Multi-DropBus/Internal Communication Protocol) 是歐洲售貨機(jī)制造者協(xié)會(huì)制定的一套用于協(xié)調(diào)自動(dòng)售貨機(jī)的主控制器(VMC)與多個(gè)外設(shè)之間通信的協(xié)議。
MDB 總線接口實(shí)際上是工作于9600b/s 的單從型串行總線接口。MDB 接口共有6 針，各針信號(hào)定義如下：
針1：34V 直流電源針2：電源地線
針3：不用針4：主接收線
針5：主發(fā)送線針6：公共線
MDB 協(xié)議的串行格式為：1 個(gè)起始位，8 個(gè)數(shù)據(jù)位，1 個(gè)方式位與1 個(gè)停止位，共11 位。方式位的值置1 時(shí)，該字節(jié)的內(nèi)容為地址；置0 時(shí)，字節(jié)內(nèi)容為數(shù)據(jù)。
VMC 向外設(shè)發(fā)送命令時(shí)采用廣播方式。第一字節(jié)為地址字節(jié)，該字節(jié)被所有外設(shè)讀取，但只有符合地址字節(jié)所指的外設(shè)才處理其后的數(shù)據(jù)字節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)從外設(shè)發(fā)送到VMC 時(shí)，最后一個(gè)字節(jié)的方式位被置1，標(biāo)志著數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
3 自動(dòng)售貨終端的硬件設(shè)計(jì)
3.1 硬件概述
刷卡自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程大概如下：用戶(hù)根據(jù)貨機(jī)提示，把IC 卡放入自動(dòng)售貨機(jī)讀卡模塊的有效范圍，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證確認(rèn)，扣除用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)商品金額成功后，售貨機(jī)主控制器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)貨道電機(jī)，商品即可掉入取貨倉(cāng)中，同時(shí)該次交易信息，包括卡號(hào)，交易日期和時(shí)間、消費(fèi)金額等會(huì)記錄在售貨機(jī)存儲(chǔ)器中。因此根據(jù)售貨機(jī)的銷(xiāo)售特點(diǎn)將硬件分為兩大部分：主板模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊主要包括所要驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象，包括直流電機(jī)、電磁開(kāi)關(guān)、硬(紙)幣機(jī)及液晶顯示屏等。主板主要用于用戶(hù)的刷卡消費(fèi)及數(shù)據(jù)的上傳以及對(duì)驅(qū)動(dòng)板的各種控制指令。
設(shè)計(jì)的目的是要實(shí)現(xiàn)在自助售貨管理中心要求上傳數(shù)據(jù)時(shí)，把所存儲(chǔ)的信息根據(jù)客戶(hù)端與服務(wù)器制定的通信協(xié)議打包，然后通過(guò)GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給自助售貨管理中心，管理中心軟件對(duì)收到的信息進(jìn)行分析整理，并把相關(guān)記錄存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)表中。管理中心也會(huì)通信協(xié)議定時(shí)把充值列表、黑名單列表等控制信息打包通過(guò)GPRS 下傳到售貨機(jī)。因此按功能分為射頻卡讀寫(xiě)子模塊和GPRS 通信子模塊。射頻卡讀寫(xiě)模塊直接與自動(dòng)售貨機(jī)相連，GPRS 通信子模塊通過(guò)一個(gè)總線轉(zhuǎn)換接口與自動(dòng)售貨機(jī)相連。
3.2 自動(dòng)售貨機(jī)結(jié)構(gòu)
終端設(shè)備自動(dòng)售貨機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
自動(dòng)售貨終端的主控制器VMC (Vending Machine Controller) 先用Motorola公司的M68HC11 單片機(jī)，它有一個(gè)全雙工串口，通過(guò)該串口連接紙幣器、硬幣器和讀卡器，使用MDB/ICP 協(xié)議通信。根據(jù)MDB 協(xié)議，圖2 中的VMC 是主控制器，而紙幣器、硬幣器及GPRS 模塊是從設(shè)備。另外，VMC 直接連接顯示屏、鍵盤(pán)及馬達(dá)電機(jī)等，以實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)的交互及驅(qū)動(dòng)出貨裝置。GPRS 模塊采用西門(mén)子公司提供的MC35i 工業(yè)級(jí)GPRS/GSM 模塊， 它提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 串行接口，使用該串口同VCM 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但是VMC 只有一個(gè)全雙工串口，并且已經(jīng)使用，要實(shí)現(xiàn)VMC 與MC35i 模塊的通信，需將MC35i 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VMC 與MC35i模塊之間需要設(shè)計(jì)一個(gè)接口模塊，來(lái)完成MDB/ICP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換功能。
3.3 總線轉(zhuǎn)換接口模塊的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)換接口采用Winbond 公司的W77E58 單片機(jī)。這種型號(hào)的單片機(jī)內(nèi)含兩個(gè)增強(qiáng)型串口和32KB 大容易Flash 存儲(chǔ)器， 指令集與51 系列單片機(jī)完全兼容，適合于接口轉(zhuǎn)換應(yīng)用。轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)方案如圖3 所示。
在這里，W77E58 串口0 的TXD0X 線和RXD0 線分別通過(guò)光耦連接MDB接口的4 線(主接收線)和5 線(主發(fā)送線)。MDB 接口的1 線和2 線接34V 直流電源，以線空出不用，6 線作為公共線。W77E58 串口1 的TXD1 線和RXD1 線經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232 便可以直接與MC35i 模塊的RS232 串口相連， 由于串口0 可以使用定時(shí)器T1 或定時(shí)器T2 作為波特率發(fā)生器；而串口1 只能使用定時(shí)器T1 作為其波特率發(fā)送器，使用定時(shí)器T1 作為串口1 的波特率發(fā)生器，波特率均設(shè)為9600b/s。另外，由于W77E58 已有256B 的RAM 和1KB 的SRAM，足夠本接口的數(shù)據(jù)緩存之用，故不需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器。
4 軟件設(shè)計(jì)
軟件主要采用C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.1 數(shù)據(jù)格式的設(shè)計(jì)
在自動(dòng)售貨機(jī)和監(jiān)控中心的信息傳送中，必須對(duì)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。自動(dòng)售貨機(jī)發(fā)給監(jiān)控中心的信息一般有三種：
1) 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。
2)狀態(tài)信息：包括缺貨、缺幣、開(kāi)門(mén)檢測(cè)等信息。
3)銷(xiāo)售信息：包括每次銷(xiāo)售信息、總銷(xiāo)售額等信息。
根據(jù)這一種信息種類(lèi)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包的格式如表1 所示。由于系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大， 所以在傳送信息的過(guò)程中，必須對(duì)重要的信息優(yōu)先傳送。我們規(guī)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)順序，信息類(lèi)型1 為最高優(yōu)先級(jí)，信息類(lèi)型2 次之，信息類(lèi)型3 最低。
4.2 總線轉(zhuǎn)換接口的通信協(xié)議及軟件實(shí)現(xiàn)
W77E58 提供了雙串口，本次設(shè)計(jì)中，用串口0 實(shí)現(xiàn)與MDB 接口的通信，而串口1 實(shí)現(xiàn)與讀卡模塊的通信，串口1 在與讀卡模塊RS232 串口相連之前必須經(jīng)過(guò)芯片MAX232，以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。使用定時(shí)器T2 作為串口0 的波特率發(fā)送器，使用定時(shí)器T1 作為串口1 的波特率發(fā)生器，波特率均設(shè)為9600bps.
在轉(zhuǎn)換接口中，VMC、W77E58 和讀卡模塊既是發(fā)送方又是接收方，都工作在半雙工模式。W77E58 與VMC 之間的通信部分，VMC 作為主設(shè)備， 在通信過(guò)程中的發(fā)送和接收都采用查訪方式，W77E58 串口0 的發(fā)送和接收均采用中斷方式，即VMC 與W77E58 之間通信是以VMC 為主的“主從通信法”通信協(xié)議。而W77E58 與讀卡模塊之間的通信部分，WW77E58 做主設(shè)備，W77E58 串口1 的發(fā)送和接收均采用查詢(xún)方式，讀卡模塊串口的收發(fā)均采用中斷方式。
VMC 是通過(guò)MDB 總線以廣播方式發(fā)送命令的， 作為接收設(shè)備的W77E58 需要使用一個(gè)設(shè)定的從設(shè)備地址。以串口0 為例，串口0 接收到命令時(shí)，首先要判斷該命令是不是發(fā)給本設(shè)備的，如果是就繼續(xù)接收后面的數(shù)據(jù)，否則重新等待命令。當(dāng)數(shù)據(jù)從外設(shè)發(fā)送到VMC 時(shí)，最后一字節(jié)的方式位被置1， 標(biāo)志著數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。W77E58 串口0 的中斷發(fā)送、接收程序的主要主要流程如圖4所示。串口1 的收發(fā)程序流程與此類(lèi)似。
5 結(jié)論
目前，介紹的基于IC 支付的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)售貨機(jī)已投入運(yùn)行，部分通訊數(shù)據(jù)還在調(diào)試，該系統(tǒng)能夠及時(shí)將用戶(hù)的刷卡消費(fèi)記錄、黑名單以及與管理中心之間的通訊數(shù)據(jù)能夠及時(shí)上傳和下傳，管理中心能夠及時(shí)了解分布在各點(diǎn)的售貨機(jī)的支付情況，方便維護(hù)，該系統(tǒng)具有成本低廉，功能易于擴(kuò)展，在即將到來(lái)的基于無(wú)線自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)有廣泛的應(yīng)用前景。