基于無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)自動售貨機遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案

一、摘要：
      自動售貨機作為一種新型的便民設(shè)備,正逐漸被消費者接受。近年來,人們逐漸意識到售貨機系統(tǒng)的不完善：對于實時運行狀態(tài)不能及時了解，也不能及時進行補貨操作，影響了機器的正常運行，為運營商和消費者都帶來很大不便。為此有人提出了將售貨機進行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的想法，通過分析無線網(wǎng)絡(luò)通信的特點，以及對售貨機的應(yīng)用需求的分析，使用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，構(gòu)建了一個無線網(wǎng)絡(luò)的遠程售貨機監(jiān)控系統(tǒng)。使用C/S (Client/Server)架構(gòu)的通信模式,建立售貨機與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信，使用無線模塊與嵌入式模塊的連接作為客戶端,負責(zé)采集售貨機終端的運行數(shù)據(jù)；對于服務(wù)器端實現(xiàn)消息的處理與界面的顯示，并且使用數(shù)據(jù)庫的存儲和查詢功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)查詢操作。在此基礎(chǔ)上封裝傳輸數(shù)據(jù)與應(yīng)答措施，并設(shè)計系統(tǒng)工作流程以達到穩(wěn)定地連接通信。通過監(jiān)控端用戶界面的顯示，直觀的反映出了售貨機的狀態(tài)以及銷售情況，對于后勤人員的補貨操作提供更加及時的參考，方便了工作人員對售貨機的運行狀態(tài)指標進行實時監(jiān)控。

二、系統(tǒng)架構(gòu)
      選擇合適的硬件平臺搭建售貨機的監(jiān)控系統(tǒng)，達到在廣域網(wǎng)上的穩(wěn)定連接，能夠遠程監(jiān)控到各售貨機的運行和售貨情況，方便遠程終端獲取缺貨信息進行補貨，保證維護人員實時了解當(dāng)前售貨運行的各項指標。設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)，分析應(yīng)用需求，設(shè)計并實現(xiàn)了服務(wù)端的監(jiān)控程序：使用圖形界面動態(tài)模擬了售貨機的售貨狀態(tài)，以及便捷的生產(chǎn)缺貨清單方案，為實際加貨操作提供了方便。
      售貨機與刷卡板的串口通信，設(shè)計通信流程，使得在具備刷卡功能的同時能夠在消費成功后將相關(guān)售貨數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，以及需要定時的對售貨機的狀態(tài)進行反饋到監(jiān)控平臺。
      采用合適的消息封裝格式以及合理的應(yīng)答措施，使得無線網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定，實時更新售貨機的狀態(tài)信息和售貨信息，網(wǎng)絡(luò)故障時，采用短信方式通知服務(wù)器。 在發(fā)送端將傳輸數(shù)據(jù)采用合適的加密算法以及相關(guān)密鑰進行加密處理，已達到信息的安全傳輸。


三、軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹
   基于無線2G/3G/4G通信模塊的自動售貨機監(jiān)控系統(tǒng)由自動售貨機終端、無線2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)以及后臺服務(wù)系統(tǒng)組成。
總體網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如下所示：

整個系統(tǒng)分為兩大部分：虛線以上為售貨機的監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于獲取售貨機終端的實時數(shù)據(jù)并存儲和管理這些數(shù)據(jù)。虛線一下為查詢系統(tǒng)，負責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上向消費者公布售貨機售貨和消費者信息等。

監(jiān)控系統(tǒng)：將售貨機終端作為客戶端，客戶端的職責(zé)是采集每個售貨機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)與售貨數(shù)據(jù)，向服務(wù)器保持通信，并根據(jù)服務(wù)器下發(fā)的命令做出相關(guān)操作。服務(wù)器接收客戶端發(fā)送的各類數(shù)據(jù)信息，分類進行處理，將狀態(tài)與報警信號顯示到監(jiān)控界面，銷售數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并應(yīng)要求從數(shù)據(jù)庫讀取歷史數(shù)據(jù)。

無線數(shù)據(jù)傳輸模塊：為使得自動售貨機更加信息化智能化，管理更加便捷化，新型的自動售貨機信息管理系統(tǒng)正在解決這一問題，系統(tǒng)利用2G/3G/4G無線通信技術(shù)，將自動售貨機當(dāng)前運營的數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)故障、料道故障、缺貨情況、銷售數(shù)據(jù)通過安裝在自動售貨機上的無線網(wǎng)絡(luò)模塊遠程傳輸?shù)绞圬洐C網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，運營人員可以在任何一臺聯(lián)網(wǎng)的電腦上掌握售貨機的這些信息，實現(xiàn)自動售貨機的大規(guī)模運營和網(wǎng)絡(luò)化管理。

       監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S（客戶端/服務(wù)器）分布體系結(jié)構(gòu)。利用兩端硬件環(huán)境，將任務(wù)分別分配到服務(wù)器和客戶端上，并且通過監(jiān)控服務(wù)器來進行數(shù)據(jù)的處理，以及完成客戶端與數(shù)據(jù)庫之間的通信，這樣既減輕了客戶端的負擔(dān)，也增強了系統(tǒng)的安全性。
 
       查詢系統(tǒng)：查詢系統(tǒng)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）分布體系結(jié)構(gòu)。B/S是一種“客戶機/胖服務(wù)器”模式，主要事務(wù)邏輯都由WWW瀏覽器通過服務(wù)器完成，減輕客戶端的負擔(dān)。其次，WEB服務(wù)器將可擴展標記語言（XML）作為基本的表示數(shù)據(jù)，客戶端只配置瀏覽器，具有良好的擴展能力和跨平臺性。
       用戶使用手機或者PC機通過瀏覽器訪問WEB服務(wù)器，查詢售貨機位置、余貨以及消費記錄。

自動售貨系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖
   
四、系統(tǒng)各模塊結(jié)構(gòu)和功能介紹
自助售貨機終端
       售貨機的交易操作流程是：先通過鍵盤或者其他人機界面進行選貨和確認，然后開啟硬幣機、紙幣機以及刷卡設(shè)備，進行資金支付，支付完成后完成出貨，出貨成功，檢查網(wǎng)絡(luò)連接，統(tǒng)計交易數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)送至服務(wù)器。在無交易情況下，根據(jù)服務(wù)器的要求定時報告運行狀況信息，在狀態(tài)超出警告范圍時需要主動向上發(fā)起報告。
       按照功能劃分，總體可分為以下功能模塊：
       人機交互：包括鍵盤，LCD屏幕等，支持用戶選貨確認，以及提醒用戶操作指示和顯示運行狀態(tài)。目前很多售貨機制造商都采用大屏幕的觸屏顯示代替?zhèn)鹘y(tǒng)功能單一的顯示屏和鍵盤，將兩者功能進行合并，而且在功能性和娛樂性上有了很大提高。
       外圍設(shè)備：實現(xiàn)硬幣機、紙幣機的交互，以及對控制出貨的螺旋電機進行控制操作。此處的通信使用MDB/ICP協(xié)議。
       存儲模塊：在售貨機內(nèi)部也有存放銷售以及狀態(tài)信息的存儲模塊，防止在網(wǎng)絡(luò)故障時交易信息的丟失，以及對網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時刻進行補發(fā)。
       刷卡以及通信設(shè)備：刷卡以及通信設(shè)備就是本文詳述的部分，作用是使用刷卡支付代替現(xiàn)金交易支付功能，同時通過網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與狀態(tài)監(jiān)控。

       其中的售貨機終端指的是刷卡和通信設(shè)備。售貨機終端包括售貨機主板、刷卡微控制單元（MCU）、無線2G/3G/4G模塊以及RF_UIM板。刷卡板MCU作為連接售貨機主板與無線2G/3G/4G模塊以及RF_UIM板的橋梁，擔(dān)負著刷卡與數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾饔谩Ｊ褂蒙漕l卡取代現(xiàn)金交易，使交易更便捷進行，增加了消費記錄的可讀性。售貨機上電是MCU初始化無線2G/3G/4G模塊，向模塊發(fā)送AT指令，通過內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議棧撥號并向服務(wù)器地址和端口發(fā)起網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)消費且出貨成功后，向MCU發(fā)送消費數(shù)據(jù)，經(jīng)過MCU的處理，將銷售數(shù)據(jù)通過2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控服務(wù)器。
        MCU定時采集本售貨機的運行狀況，向上匯報。在接收到應(yīng)答確認之前不清除發(fā)送數(shù)據(jù)，等待與下次的數(shù)據(jù)整合合成一條向上發(fā)送，防止因為服務(wù)器的工作中斷而丟失消息數(shù)據(jù)。

五、才茂DTU無線數(shù)傳終端介紹

DTU(Data Transfer Unit),全稱數(shù)據(jù)傳輸單元,為用戶提供高速、永遠在線、TCP/UDP 透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)級無線終端設(shè)備。產(chǎn)品采用高速高性能工業(yè)級ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構(gòu)高性能嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，超大內(nèi)存，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP 協(xié)議棧，為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)應(yīng)用。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，DTU 產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。

5.1、才茂DTU功能的優(yōu)勢
1)豐富的接口類型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 滿足客戶應(yīng)用現(xiàn)場不同接口需求。
 2）完善的網(wǎng)絡(luò)支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網(wǎng)絡(luò)，滿足不同行業(yè)客戶的全方面需求。
 3）三層系統(tǒng)保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護）系統(tǒng)保護的基礎(chǔ)上，增加一級系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠
 4)金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設(shè)計；符合電力安規(guī)要求；防護等級為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域。
 5）完全工業(yè)級設(shè)計生產(chǎn)，支持寬電壓5-32V供電。
 6）通信模塊均采用工業(yè)級無線模塊，所有無線模塊都有通過CGD認證或者FCC認證或者CE認證
 7）高速處理CPU：采用高速性能工業(yè)級CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線”、“假死機”、“當(dāng)機”等疑難問題。
 8)超大內(nèi)存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號內(nèi)存不同），有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失。
 9)DNS自動獲?。鹤詣荧@取DNS，不再需要人工配置輸入DNS；規(guī)避了因為選擇的DNS服務(wù)器異常而導(dǎo)致DTU設(shè)備當(dāng)機的嚴重現(xiàn)象。
 10）完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網(wǎng)絡(luò)通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低。
EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；通過EMC測試；支持短信遠程配置，遠程控制；支持短消息告警；智能防掉線。支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設(shè)備永遠在線；支持批量配置功能；

5.2、DTU系列產(chǎn)品資質(zhì)與檢測
無線通信在線維持專利技術(shù)
摩爾實驗室高低溫檢測報告
福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院檢測
著作版權(quán)證書
EMC檢測報告
國家強制3C認證
DTU創(chuàng)新產(chǎn)品獎
深圳比亞迪用戶測試報告

六、才茂資質(zhì)
公司榮譽：
2009 年公司GPRS DTU 產(chǎn)品被評為“創(chuàng)新產(chǎn)品獎”；
2011 年被評為“中國工控行業(yè)客戶滿意最好供應(yīng)商”；
2012 年公司成為“中國質(zhì)量萬里行”會員；
2013 年公司成為“智能輸配電設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”會員；
2010 年被國家認定的高新科技企業(yè)；
2010 年被國家認定的雙軟企業(yè)企業(yè)；
公司擁有1 項保持設(shè)備穩(wěn)定的專利技術(shù)證書和12 個軟件著作版權(quán)證書；
全國設(shè)立了9 大區(qū)域辦事處，66個代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務(wù)；
公司注冊資本1280 萬；廈門市重點扶持高新科技企業(yè)；
12 年的行業(yè)研發(fā)積累和行業(yè)應(yīng)用考驗。

七、結(jié)束語

   對于售貨機的應(yīng)用，已經(jīng)成為零售業(yè)的未來趨勢，而售貨機的網(wǎng)絡(luò)化消費和網(wǎng)絡(luò)化管理已成為售貨機行業(yè)的必然趨勢，人們通過自己投幣自動取貨，不受時間和地點限制，方便快捷地買到

需要的飲料、食品等。自動售貨機通過無線通信模塊不僅可以補充人力資源不足的缺陷，而且可以實現(xiàn)24小時無人售貨的系統(tǒng)，可以更省力，運營資本少，擁有多種優(yōu)勢。