1、基于gprs網絡的自動售貨機監控系統的設計實現控制技術計算機測量與控制.2008.16(3)computermeasurement&control?327?文章編號:16714598(2008)o30327一o3中圈分類號:tp273文獻標識碼:b基于gprs網絡的自動售貨機監控系統的設計實現李昌盛,金甌l(1.中南大學信息科學與工程學院,湖南長沙410083;2.湖南省金融貨幣識別與自助服務平臺工程技術研究中心,湖南長沙410004)摘要:能及時地了解自動售貨機當前的運行狀態和存貨狀態是運營商進行補貨,維修的關鍵,結合自動售貨機本身和gprs的特點,設計了基于gprs的自動售貨機監控

2、管理系統,通過該系統可以及時地獲得自動售貨機相關的數據,為運營商做出下一步行動提供了可靠的數據;詳細介紹了整個監控管理系統的總體框架,并著重介紹了gprs終端設計實現和傳輸的數據格式及安全性的設計;該系統已經運用于實際,并達到了預期的效果.關鍵詞:gprs;自動售貨機;遠程監控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引言隨著通信技術,微電子技術的進步和智能化建設的發展,越來越多的設備如家電,電表,工業終端等都有了聯網的需求,并且有大量的數據需要傳輸,而在很多場合有線連接的方式已經不能滿足人們的需要,無線接入以其方便,快捷和廉價的優勢,彌補了有線方式的不足.覆蓋全國的gprs網絡已成為一種可持續利用和開發的資源,因而在此基礎上開發出滿足需求的無線接入產品就成為可能.以往自動售貨機的補貨,

6、故障巡查對于自動售貨機的運營商來說是一項消耗大量人力的工作,發生缺貨或故障等問題時,不能及時解決,不僅減少了銷售時間,影響了運營商的收入,而且給消費者帶來不便.本文根據自動售貨機和gprs無線網絡的特點出發,設計了適用于自動售貨機的gprs終端模塊和具有擴展性的傳輸數收稿日期:2007一o621;修回日期:20070728.基金項目:國家科技攻關計劃項目基于貨幣識別的職能自主服務平臺(2003ba104c);國家自然科學基金資助項目(60673165)作者簡介:李昌盛(1981一),男,河北邢臺人,碩士研究生,主要從事計算機控制與信息處理,嵌入式系統等方向的研究.金甌(1962一),男,浙江溫

7、州人,教授,碩士生導師,主要從事計算機控制與信息處理,貨幣識別,嵌入式系統等方向的研究.據格式,該模塊通過rs一232串口可與計算機或售貨機通信,結合gprs網絡,遠程的自動售貨機和監控中心之間可以相互傳輸加密后的數據,從而實現了自動售貨機和監控中心之間的通信.該系統的使用可使故障巡查工作自動化,補貨及時化.1gprs網絡概述gprs(generalpacketradioservice,通用無線分組業務),是在gsm基礎上的分組交換的資料承載和傳輸方式.提供端到端的,廣域的無線ip鏈接,具有充分利用現有的網絡,資源利用率高,始終在線,傳輸速度快等特點.gprs網絡的技術核心是在gsm網絡中傳送

8、分組數據業務,它的技術優勢主要體現在兩個方面,即實現了用戶數據與無線網絡資源的最佳結合,實現了ip協議的透明傳送.與原有的gsm比較,gprs在數據的承載和支持上具有明顯的優勢:通過多個gsm時隙的服用支持數據傳輸的速率更改,理論峰值達171kbit/s;不同的網絡用戶共享同一組gprs.但只有當某一個用戶需要發送或接受數據時才會占用資源.這樣,通過多用戶的業務服用,更有效地利用了無線網絡的信道資源.特別適合突發性,小流量數據傳輸;gprs計費方式更加靈活.支持按數據流量來進行計費;與wap(wirelessapplicationprotocol,無線應用協議)技術不同,gprs能夠隨時為用戶

9、提供透明的ip通道,可直接訪問internet中的所有資源.中華測控網?328-計算機測量與控制第16卷2系統設計2.1總體結構本系統的整體構架如圖1所示.在實際應用中,一個基于gprs無線網絡的自動售貨機實時監控系統由以下3部分構成.曩謀糌gprs終端圖1系統整體結構圖日打印機2.1.1遠程終端單元(rtu,remoteterminalunit)遠程終端單元(rtu)分散地分布在自動售貨機的遙測點上.主要由grps智能模塊+tcp/ip模塊,電源,天線,pic的cpu及各種i()模塊及后備電池等幾部分組成.自動售貨機利用gprs無線通訊模塊把貨物存儲狀態,故障報警等信息數據通過gprs網絡或

10、internet網絡傳送給監控中心.另一方面.如果gprs無線模塊接受到監控中心的命令,自動售貨機還將根據該命令實現各種動作,例如,調整某貨道價格,停止售貨等.2.1.2監控中心+一一公司內部網圖2監控中心結構圖監控中心結構如圖2所示.由兩套pc及gprs模塊組成雙機備份系統,兩臺pc,主用機選用服務器,備用機使用工控機.通過網絡與公司內網連接.監控中心pc驅動gprs通訊模塊向rtu下發控制信息.接受下位機上報的數據及其他信息,同時對采集數據進行管理,提供查詢,統計,報表等功能.監控中心的具體功能如下.(1)能夠給rtu下發組態信息,控制命令,能夠校準rtu的時鐘.(2)rtu發送來的數據自

11、動進入數據庫,數據庫具備移動的安全措施.(3處理rtu的報警信息.報警信息包括各種故障,缺貨等信息.(4)數據遙測功能:定時巡測,手動巡測,隨機抽測,分組召測.(5)遙控功能:控制售貨機自動開關,改變某貨道價格中華測控網chinamca.corn等.(6)進銷存系統功能:具有常規進銷存管理信息系統功能.(7)結合進銷存功能,進行數據挖掘,并做出補貨,檢修,機器放置等相應策略.2.1.3無線gprs網絡根據內部網對網絡安全的特殊要求,采用gprs網絡的專用apn形式入網,每個sim卡綁定固定內部ip,擁有獨立上網apn名,其特點如下;網內分配專用的apn名,普通用戶不得申請該apn.用于gprs

12、專網的sim卡僅開通該專用apn,限制使用其他apn,也限制網外sim卡使用專網apn.2.2定義傳輸主要內容(1)開門數據:覆蓋了1o種開門事件.如維修開門,補貨開門,取錢開門,補充硬幣開門等.任何一種開門發生,都會發送該數據給監控中心.(2)故障數據:覆蓋了自動售貨機約64種故障.如冷卻機異常,出貨電機異常,紙/硬幣異常,計時器異常,錢幣藏滿,錢幣受人率低下等.任何一種故障發生(除維修期間),都會發送該數據給監控中心.(3)缺貨數據:售貨機中傳感器自動地對商品數量進行檢測,讓某種商品的數量達到一個閾值時,發送數據到監控中心.(4)缺幣數據;當硬幣簡內的硬幣數量到達某一個閾值時,發送該數據到

13、監控中心.(5)命令數據:該數據由監控中心發送到售貨機.如調整某一貨道價格命令,關閉日照燈命令,停止售貨等命令數據.3關鍵技術的實現3.1gprs終端實現gprs終端設計如圖3所示.為了滿足gprs終端的富控ltcp/ipli協議處理igprs行j制tcp/ip模塊無線接模l透明通道l嗲模塊口塊li圖3gprs+tcp模塊結構圖低成本,小型化和移動靈活等要求,采用單片機對gprs終端進行控制,并且引入嵌入式系統實現tcp/ip協議棧6.目前主要的困難在于:運行tcp/ip協議對計算機存儲器,運算速度等要求較高,會占用大量的系統資源;而嵌入式系統大多采用8位單片機,硬件資源非常有限,支持tcp/

14、ip協議非常困難.在設計中采用了在嵌入式實時操作系統uc/os-ii7中移植一種小型tcp/ip協議棧uip的方法8,使基于8051嵌入式系統的gprs終端能夠在網絡中進行數據傳輸;同時改善了系統的性能,提高了系統的可靠性,增強了系統的可擴展性和開發的可延續性.在基于8051的uc/0sii中,移植uip不需要對現有的瓣瓣一卯自貨一售0一一售一-ul2動扭一心動機一卯自貨一一卯自貨一第3期李昌盛,等:基于gprs網絡的自動售貨機監控系統的設計實現?329?tcp/ip源代碼做任何修改,但是必須為網絡設備(如網卡芯片,串口等)寫一個驅動程序.同時,現有系統的集成部分也要進行相應的處理,例如當有數

15、據到達或者周期性的定時器計數滿等情況下,主控制系統應該調用uip函數.移植的具體步驟如下.(1)在目錄uip一0.9/下創建一個自己的目錄,例如uip一0.9/8051(2)把uiparch.c文件從目錄uip一0.9/unix/中復制到目錄uip一0.9/8051中;它包含了用c語言實現的32位加法,校驗和算法;(3)把uipopt.h文件從目錄uip一0.9/unix中復制到目錄uip一0.9/8051中,并對其進行修改,以滿足系統的需要.uipopt.h是ulp的配置文件,其中不僅包含了諸如uip網點的ip地址和同時可連接的最大值等設置選項,而且還有系統結構和c編譯器的特殊選項;(4)參

16、考例子unix/tapdev.c和uip/slipdev.c,為串口編寫驅動程序;表1包格式定義包格式長度說明機器編號6字符型信息編號400009999包長度3051160下行控制包:c=貨道開啟控制n一正常收到數據包,發回應答消息上行銷售包:s一銷售報告信息類型上行故障包:s1d一開門e一出錯p一開機或重啟g一按命令(命令的內容為:英文單詞demand.)m一每天午夜錢箱中總6金額以機器能接收的最小值為單位,機器安裝無小數位和符號位,十六進制,以來的總8下行控制包無意義銷售額總售貨次6無符號位,十六進制,下行控制包無意義數日期和時14格式為yyyymmddhhnnss間銷售包為銷售數量,其它

17、為存貨數量,下行數量1控制包無意義銷售包為當前銷售單價,其它包有故障代單價/故障1碼:0正常,1暫停,2不歸位,3無響應,4其碼它每個貨道重復上面兩個數據,如果是其它設備故障,數量61代表制冷設備,60代表照明設備,59代表其它設備前面所有字符的校驗總和,字母轉換為10校驗位161的數字相加,最后結果對62取余.(5)參考例子unix/main.c,寫自己的主控制系統.以便在適當的時候可以調用ulp函數;(6)編譯源代碼.3.2傳輸內容的安全性由于所有的信息都要通過gprs網絡來傳輸,所以不能很好地保證信息的安全.例如,傳輸的信息是控制售貨機中貨道的價格,如果被人獲取并修改后重新發送,那么售貨

18、機中的物品會被最低的價格買走,給運營商造成了很大損失.為了防止這種情況的發送必須對發送的信息進行相應的處理.3.2.1信息包設計為了使信息包的內容直觀明了,包含的內容豐富,所以對信息內容做出以下規定:(1)信息內容中包含字符o一9,az,az和回車符,其它難以理解的字符和中文符號都沒有.(2)字符o一9,az,az分別代表061個數字.(3)信息包分為兩種,一種為銷售信息包,一種為故障信息包,包格式定義如表1所示.3.2.2加密設計為了能更好地達到保密性,我們使用了雙鑰技術.雙鑰技術就是公共密鑰加密pke(publickeyen(.ryption)技術,它使用兩把密鑰,一把公共密鑰(publickey)和.把專用密鑰(privatekey),前者用于加密,后者用于解密.這種法也稱為非對稱式加密方法,它解決了傳統加密方法的根本性問題,極大地簡化了密鑰分發的工作量.4結束語基于gprs網絡的自動售貨機機群狀態遠程設備監控實現了遠程數據傳輸和對自動售貨機機群進行遠程狀態監控.可以將自動售貨機的運行狀況實時地傳遞給監控中心,實現了對自動售貨機運行狀況及時掌握,并能及時