一款自動(dòng)售貨機IC卡收費模塊設計思路
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：張文 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年05月17日
近幾年，自動(dòng)售貨機在國內迅速普及，逐漸被越來(lái)越多的消費者所接受。自動(dòng)售貨機在為消費者帶來(lái)方便的同時(shí)，其分布零散的特點(diǎn)也為經(jīng)營(yíng)者在監控、管理、維護等方面帶來(lái)很大的不便。采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理系統將是自動(dòng)售貨機行業(yè)應用發(fā)展的方向。
比較現有的無(wú)線(xiàn)數據通信方式，如GSM短信、無(wú)線(xiàn)短波電臺等，GPRS(Gerneral Packer Radio Service)的性能特點(diǎn)最為符合自動(dòng)售貨機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理系統的要求。
（1）GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享，資源被有效的利用；
（2）GPRS永遠在線(xiàn)，按流量計費，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點(diǎn)多分散、中小流量的數據傳輸；
（3）國內的GPRS網(wǎng)絡(luò )由中國移動(dòng)建立維護，覆蓋地域廣，信號質(zhì)量好。
同時(shí)，智能IC卡的應用已十分廣泛，采用IC卡收費模式對于經(jīng)營(yíng)者和消費者都十分便利。因此研究開(kāi)發(fā)基于GPRS的自動(dòng)售貨機IC卡收費模塊具有明顯的現實(shí)意義和商業(yè)價(jià)值。
本文主要介紹的是一款罐裝食品售貨機控制器設計開(kāi)發(fā)的支持GPRS的IC卡收費模塊的設計及應用實(shí)現。
2系統組網(wǎng)方式
從整體角度來(lái)看，基于GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)售貨系統可分為售貨機終端、GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )和管理中心三大塊。如圖1所示：
組網(wǎng)方案：向中國移動(dòng)申請APN專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)，分配專(zhuān)用的APN并申請綁定移動(dòng)內網(wǎng)的固定IP地址。中心用無(wú)線(xiàn)MODEM撥號上網(wǎng)，得到其內網(wǎng)固定IP；監控點(diǎn)直接向中心發(fā)起連接。中心和監控點(diǎn)都具有移動(dòng)內網(wǎng)固定IP。
此種方案中間環(huán)節少，穩定性較強，所有數據都在移動(dòng)GPRS的APN內網(wǎng)傳輸，無(wú)需經(jīng)過(guò)公網(wǎng)，安全性增強。
圖 1 自動(dòng)售貨機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理系統結構圖
3 應用開(kāi)發(fā)方案
設計開(kāi)發(fā)的目的是要實(shí)現自動(dòng)售貨機刷卡消費并將消費信息、貨品庫存信息等通過(guò)GPRS上傳，掛失名單、單價(jià)等信息也通過(guò)GPRS實(shí)時(shí)下傳至售貨機，因此設計中按功能劃分了射頻卡讀寫(xiě)子模塊和GPRS通訊子模塊。GPRS通訊子模塊直接與射頻卡讀寫(xiě)子模塊連接，通過(guò)MDB協(xié)議整合入自動(dòng)售貨機控制器。見(jiàn)圖2：
圖 2 模塊連接圖
采用這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：射頻卡子模塊需要與管理中心交換的數據主要是刷卡消費紀錄、貨品庫存、掛失名單、單價(jià)等信息，可直接由GPRS通道實(shí)現；射頻卡子模塊通過(guò)MDB總線(xiàn)實(shí)現整合，只需對其內部的SST89E554RC單片機編程增加相應子功能即可作為GPRS通訊子模塊聯(lián)入MDB總線(xiàn)的橋接器。
4 射頻卡讀寫(xiě)子模塊設計
4.1 MIFARE卡讀寫(xiě)子模塊
此模塊核心芯片為MF530讀卡芯片和支持在線(xiàn)編程的SST89E554RC單片機?？芍С謱IFARE系列非接觸式IC的操作。此模塊對外的接口為標準RS232/485接口，實(shí)現了與售貨機MDB總線(xiàn)的通訊接口。硬件框圖如圖3所示。
圖 3 卡讀寫(xiě)子模塊硬件框圖
4.2 MDB（Multi-Drop Bus / Internal Communication Protocol）簡(jiǎn)介
MDB接口信號分為電源部分和通訊部分。主機VMC提供的電源為24 VDC或34 VDC 。通訊部分信號有Master Receive、Master Transmit、Communications Common，主從通訊則采用V隔離型電流環(huán)通訊方式，通訊格式為：9600 NRZ、1 Start Bit、8 Data Bits、1 Mode Bit、1 Stop Bit。射頻卡讀寫(xiě)模塊的MDB地址為00010xxxB。主要的命令有Reset、 Setup、Poll、 Vend 、Reader Revalue(option)、Expansion等。MDB接口電路如圖4所示。
圖 4 MDB接口電路
5 GPRS通訊子模塊設計
5.1 GPRS工作模式
GPRS數據分組是從基站發(fā)送到SGSN（GPRS業(yè)務(wù)支持節點(diǎn)）， SGSN與網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)GGSM進(jìn)行通信。GGSN對分組數據進(jìn)行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò )，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò )。來(lái)自Internet、標識有移動(dòng)臺地址的IP包，由GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)）接收，再轉發(fā)到SGSN，繼而傳送到無(wú)線(xiàn)終端。圖5 簡(jiǎn)要描述了GPRS網(wǎng)絡(luò )數據包的的發(fā)送與接收路徑。
圖 5 GPRS網(wǎng)絡(luò )數據包的的發(fā)送與接收示意
5.2 硬件結構
如圖6所示。設計采用西門(mén)子的MC35i工業(yè)級GPRS/GSM模塊,臺灣華邦公司的8位單片機W77E58,外部接口采用標準串口方式。
圖 6 GPRS 子模塊硬件框圖
SIEMENS MC35i模塊主要由GSM基帶處理器、射頻天線(xiàn)、FLASH，SRAM、匹配電源和一個(gè)40腳的ZIF插座組成。其中GSM基帶處理器是核心部件，他的作用相當于一個(gè)協(xié)議處理器，用來(lái)處理外部系統通過(guò)串口發(fā)送過(guò)來(lái)的AT指令。射頻天線(xiàn)部分主要實(shí)現信號的調制與解調，實(shí)現外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換。匹配電源為處理器、射頻部分和ZIF插座提供所需的電源。ZIF插座是提供給用戶(hù)的應用接口，可外接SIM卡。
MCU選用華邦的八位機W77E58。W77E58是與MCS51系列單片機兼容的、可多次編程的快速微處理器，在其內部集成有32KB的可重復編程的Flash ROM、256字節的片內存儲器、IKB用MOVX指令訪(fǎng)問(wèn)的SRAM、可編程看門(mén)狗定時(shí)器、三個(gè)16位定時(shí)器、二個(gè)增強型的全雙工串行口、片內RC振蕩器、雙16位數據指針等諸多功能。在很多場(chǎng)合，幾乎不用擴展外圍芯片就能夠滿(mǎn)足系統要求。W77E58的作用主要有：
（1） 通過(guò)串口1直接與MC35模塊相連接，輸入AT指令,完成對MC35模塊的初始化和基于GPRS業(yè)務(wù)的數據收發(fā)功能；
（2） 串口2擴展MAX232標準串口與射頻卡模塊進(jìn)行數據交換；
（3） 控制完成TCP/IP協(xié)議轉換；
（4） 自主或根據遠程控制指令采取其他操作。
5.3 軟件設計
軟件主要采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，除完成基本的單片機管理及串口通訊任務(wù)外。主要根據相應簡(jiǎn)化的協(xié)議對數據包進(jìn)行處理。
5.3.1 協(xié)議簡(jiǎn)化
根據應用需要，對TCP/IP協(xié)議族進(jìn)行了必要的簡(jiǎn)化，使之可在有限資源的單片機系統實(shí)現。各層的定義符合OSI參考模型規范，如表1所示。
5.3.2 數據處理及發(fā)送流程
在簡(jiǎn)化的協(xié)議族基礎上設計“開(kāi)機即在線(xiàn)”，模塊上電后即入網(wǎng)工作。如圖7所示:
圖 7 軟件實(shí)現流程圖
① GPRS通訊子模塊從管理中心接受的數據解包后,通過(guò)串口傳送給射頻卡讀寫(xiě)模塊，由在射頻卡讀寫(xiě)子模塊上擴充的功能模塊進(jìn)行相應處理；
② 射頻卡讀寫(xiě)子模塊提供串口數據。
6 應用情況
目前已成功實(shí)現了跨區范圍的自動(dòng)售貨機終端的無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。此系統可實(shí)現：黑名單及時(shí)下發(fā)，終端刷卡消費，消費紀錄立即上傳至管理中心，管理中心通過(guò)對紀錄的分析了解銷(xiāo)售情況做出相應分析，進(jìn)行維護和經(jīng)營(yíng)。此系統已在試運營(yíng)階段。
7 結論
本文介紹的基于GPRS的自動(dòng)售貨機IC卡收費模塊成本低廉，功能易于擴展，實(shí)際應用方式簡(jiǎn)單實(shí)用，適合自動(dòng)售貨機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統的應用，有著(zhù)廣泛的應用前景。
