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作者：楊偉單位：武夷學院電子工程系

無線網絡的選擇

在我國，比較常用的無線網絡技術主要有以下幾種：WIFI、藍牙、ZIGBEE、GSM、CDMA、GPRS、3G技術。Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術，目的是改善基于IEEE802.11標準的無線網絡產品之間的互通性。其通信速率非常高，無線聯網的能力非常強，是現在無線網卡的首選，不過其通信距離有限，一個WIFI接收設備的覆蓋范圍也有限，所以如果有要想讓所有用WIFI的設備聯成一個網，則需要有足夠高的WIFI覆蓋率，或是部分WIFI設備組成一個局域網后用其它方式進行聯網（如用有線的方式聯入互聯網）。考慮到我國WIFI的覆蓋率較低，所以此種方案在我國的可行性不高。藍牙是一種支持設備短距離通信的無線電技術。

其采用分散式網絡結構以及快跳頻技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業、科學、醫學）頻段。采用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。ZIGBEE是IEEE802.15.4協議的代名詞，是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。它們都和WIFI一樣，需要一定的覆蓋率才能方便地聯入互聯網，但我國這兩種無線電的覆蓋率較低，因此這兩種無線組網方式在我國可行性也不高。

GSM全名為：GlobalSystemforMobileCommuni-cations，中文為全球移動通訊系統，俗稱“全球通”，是一種起源于歐洲的移動通信技術標準，是第二代移動通信技術，其傳輸距離遠，是各大手機品牌主要采用的一種技術。GPRS則是通用分組無線服務技術（GeneralPacketRadioService)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務。GPRS可說是GSM的延續。GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道。GPRS經常被描述成“2.5G”，也就是說這項技術位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術之間。它通過利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數據傳遞。GPRS突破了GSM網只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應的功能實體和對現有的基站系統進行部分改造來實現分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數據速率卻相當可觀，其的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps，并且只要中國移動的無線網絡能覆蓋到的地方就可以用其聯入互聯網。第三代移動通信技術（3G），是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息，速率一般在幾百kbps以上。目前3G存在四種標準：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WIMAX。其的性能比GPRS更佳，但其的成本也比GPRS增加很多。同時考慮到自動售貨機對傳輸的實時性要求并不是很高，所以采用GPRS來組建此系統的無線網絡。

GPRS模塊的硬件電路設計

本系統中的GPRS模塊選用的是明基公司的M22，此模塊已將高頻部分封裝在了鐵盒里，對其的操作只是通過其引出的通信接口，因此方便了對其的二次開發應用。M22支持半串口，也支持全串口，全串口主要用在把M22接在電腦上，用其當GPRS無線上網模塊時才需要，本文中將用半串口對M22進行控制。

具體電路如圖2所示，從中看出M22的外圍通訊電路相對簡單，這是因為其封裝性較好，因此也為它的穩定打下了基礎。圖中的按鍵是用來啟動M22用的，這個按鍵接在M22模塊中的PWON引腳中，在沒按下按鍵時此引腳經外部上拉電阻上拉到高電平，當按鍵按下時，此引腳為低電平，M22模塊便開始檢測SIM卡，檢測到SIM后就將進行無線連接，成功連入中國移動的無線網絡后圖2中的D1（LED燈）將被點亮，并且在發送數據時此燈會閃爍。SIM卡的檢測電路如圖2中所示。SIM卡用SIM卡座引出，SIM卡座一般有兩個封裝形式的，一種是6個腳的其封裝如圖2中（JSIM）所示，另一種是8腳的，其封裝圖如圖3中所示。從圖3中可以看出這兩種卡座只是8腳的比6腳的多了一個GND和一個SIM_CD，而SIM_CD在此系統中是無需連接的，所以用這兩種卡座在此系統中沒有什么不一樣。值得注意的是M22模塊的供電電路，M22的供電壓較寬，在3.2V到4.2V之間都可以進行工作，但其較穩定的工作電壓為3.6V到3.8V，同時其要求工作時的電壓波動不能太大，否則其通訊質量將大受影響。然而M22工作時的電流的變化非常大，在連接上GPRS后的電流變化為100mA到1.7A，并是一直這樣變化著，這就為電源的設計及PCB布線帶來了難度。

首先選用的穩壓芯片必須能供應1.7A以上的電流，其次布線時的線寬不能太窄，不然在導線上的壓降將較大，并可能會將PCB板的導線燒毀，同時應在上下層鋪地上多放過孔，使上下層的導通性更佳。本文中選用的穩壓芯片是LT1085CM-3.6，其可穩定輸出3.6V的電壓，最大輸出電流為3A，其標稱在輸出最大電流時電壓波動正負40mV，本系統中實際測得的波動電壓為0到負70mV，在M22的電源要求中完全滿足要求，在實際測試中也未發現此波動對系統的穩定性造成影響。在此電源電路設計中必須注意的另一個問題就是在穩壓芯片的輸入級和輸出級都應加上電感進行電流濾波，輸入級的電感是為了使穩定芯片有足夠的輸入電壓，其要求輸入電壓為5V到15V，輸出級的電感是為了使在輸出電流在較大幅度中跳變時，輸出電壓能盡可能穩定，此外在電感選擇時也應注意，電感能容吶的電流必須超過1.7A，否則將可能會出現飽和現象，那樣電感將暫時斷路。具體的電路如圖4所示。

系統軟件設計

系統的軟件設計主要分為兩部分，一部分是主控制器控制GPRS傳輸的，此部分主要是對GPRS的AT指令操作；另一個部分則是遠程監控終端的，此部分主要是進行TCP/IP協議的操作，下面分別對這兩部分的主要部分進行描述。

1GPRS的AT指令

AT指令集是一種從終端設備或數據終端設備向終端適配器或數據電路終端適配器發送數據的命令集的總稱，每個GPRS模塊的廠家都有著自已的命令集。下面就本文中要應用到的一些指令作簡要介紹（以下每條指令的背后都要加回車，在介紹中不再單獨提回車，同時將指令用“”包括在其中）。在GPRS連接上網絡后，先要向M22模塊發送“AT”，等待1秒鐘，如果模塊回復“OK”，說明通信已經成功，否則繼續發送“AT”直到返回“OK”，才可以進行其它命令操作。在通信成功后應對M22模塊進行一些初始化的命令，此系統中必須的初始化命令有以下兩條：

（1）向M22模塊發送“AT$NOSLEEP=1”，此命令是用來設置M22模塊不進入睡眠狀態的，否則，如果長時間不對模塊進行操作，模塊將自動進入睡眠狀態，M22接收指令成功后將返回“OK”，否則說明設置不成功。

（2）向M22模塊發送“AT$TIMEOUT=2000”，此命令是用來設置M22模塊發送數據時的延時時間的，“2000”是一個參數，是指2000ms，M22模塊成功接收完此命令后將返回否則說明設置不成功。接著便可進行GPRS的連接，在進行GPRS連接的第一步是設置運營商，具體設置的指令是“AT+CGD-CONT=1，“IP”，“APN””，其中APN指的是具體的運營商的APN，如本系統中使用的是中國移動，其APN是“CMNET”。然后要進行用戶名和密碼的驗證設置，具體的指令是“AT%CGPCO=1，“PAP，，”，1”，其中有兩處為空的就是指定用戶名和密碼的，GPRS也支持空的用戶名和密碼。PAP為驗證方式，也可以使用CHAP驗證方式。設置完用戶名和密碼驗證之后便可設定指定的遠端的公網IP，傳輸的數據格式和端口號，具體的指令是“AT$DESTINFO=“XX.XX.XX.XX”，（1，2），PORT”，(1,2)中若是選擇1則表明使用TCP的格式傳輸數據，若是選擇2則表明使用UDP格式傳輸數據，PORT為遠端公網IP的端口號，一般的端口號在1000到5000之間，因為計算機的前1000個端口號已經基本被計算機應用了，如果強行使用，可能會發生沖突。

此外還需注意的一點是遠端公網的IP，如果是一些局域網內的上網IP，將可能無法實現連接。本系統中使用的是M22模塊的TCP模式，M22的嵌入式TCP/IP是透明傳輸模式，所謂透明傳輸就是接收數據和發送數據不用進行解包和打包，而是直接發送需要發送的數據和接收需要接收的數據。完成以上操作后便可進行撥號了，撥號的具體指令是“ATD*99#”，這里需要注意的一點是，在撥號的過程中，遠程監控中心的相應端口必須處于監聽狀態，否則無法撥通。以上每條指令成功設置后都將返回“OK”指令。以上整個流程成功發送的指令和返回如下所示：經過上述過程，M22模塊進入數據模式，如果想從數據模式切入命令模式單獨給M22發送“+++”字符串即可。要想又從命令模式回到數據模式只需發送“ATO”。如果想徹底斷開數據模式則需發送“ATH”，在此種情況下如果想再回到數據模式則需重新連接。

由于是透明傳輸，所以在協議的處理上就不可能通過字符串標志來確認一組數據發送完畢。有兩種情況會確認一組數據發送完畢并馬上將數據打包發送出去。第一種情況是在一組數據發送完畢后延時一定時間，在這延時期間模塊若是沒有接收到其它的數據，則模塊把當前接收到的數據發送出去。第二種情況是若是模塊接收的數據總量超出了模塊的緩存空間，則模塊自動將數據打包發送出去。

在數據通訊的時候還應對模塊是否在線進行判斷，一般有三種判斷方式：1.如果網絡斷開了，模塊會返回“NOCARRIER”字符串，通過這個字符串則可以判斷出模塊已經掉線。2.在模塊和遠端控制中心建立一種定時握手機制，若是模塊長時間無法和遠端握手則表明模塊已經掉線。3.利用DCD腳，在正常情況下，DCD為高電平，一旦開始撥ATD*97#的時候，DCD變為低電平，然后持續一段時間后變為高電平，若是掉線，則DCD會有一個下降沿，可利用這個下降沿作為中斷源判斷模塊掉線。

2遠程監控終端的TCP/IP介紹

本文基于VC++6.0的MFC進行遠程監控終端的開發，在本文中可以使用UDP也可以使用TCP報文進行傳輸，考慮到傳輸的數據并不多，而對可靠性則要求較高，所以本文采用TCP報文傳輸。在介紹程序之前必須了解的一個名詞就是套接字，套接字是通信的基石，是支持TCP/IP協議的網絡通信的基本操作單元，可以將套接字看作是不同主機間的進程進行雙向通信的端點。一個套接口是通信的一端，在另一端上可以找到與其對應的一個名字。每一個正在被使用的套接口都有它的類型和與其相關的進程。進行TCP/IP開發的流程如圖5所示：

自動售貨機的展望

根據自動售貨機在日本、歐美等發達國家的發展及現代商務、電子信息技術的發展，可以預測自動售機將可能會出現如下趨勢（1）智能化：隨著自動售貨機的發展，當銷售量上到一定程度，要用人力進行統計與分析將是一件非常花費人力的事情。如果將現代的智能學習算法引進此系統中，用智能學習算法進行商品的分析，總結出相應的銷售策略，將可以很大程度上省去商家的人力成本，也能幫助商家快速地做出決策。比如說根據每一臺自動售貨機每天每種商品的出貨信息自動統計出哪種商品在哪？什么時間賣得好，然后給出策略讓商家做出調整，在合適的時間送出合適的數量的貨到合適的地點。同時哪個地方的貨不夠了，馬上給出反應，讓商家能及時給補上。這將能大大提高商家對市場的反應速率。

（2）互聯網化：隨著互聯網、移動互聯網、物聯網的發展，將來人家的各種消費方式都將很大程度上和互聯網有關，這也給自動售貨機提出更高的要求。自動售貨機的各種信息也將在網上實現透明化，可以在網上查到售貨機上的產品信息，如產品名稱、生產日期、保質期等，還能在線實時地查看到各個自動售貨機的銷售活動情況（如打折信息等）。同時商家則可以實時地往自動售貨機中傳輸自己更新的打折信息和廣告。這一切對通信速率和通信質量提出較高要求，然而隨著通信技術的發展，這將成為可能。

（3）可回收物回收：隨著環保的普及，將來將越來越注意可回收物的回收（如飲料瓶的回收），可回收物的回收對識別技術有相當高的要求，然而隨著圖像識別技術的發展，這將會成為可能。

結束語

本系統采用成熟的GPRS技術解決自動售貨機存在的無法像電子商務那樣實行商家和客戶的互動以及商家對自動售貨機的貨物無法進行實時監控的缺陷，實現了自動售貨機的遠程監控。目前此系統在我國尚處于研究階段，尚未成功地用于實際的售貨機，然而可以預見此系統將在不久的未來廣泛地應用在自動售貨機上。