周婷婷++王寧誠(chéng)

摘要：自90年代以來(lái)，自動(dòng)售貨機(jī)逐步進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)逐步滲透進(jìn)了人們的生活。自動(dòng)售貨機(jī)的出現(xiàn)和廣泛使用，方便了人們的購(gòu)物，為商家創(chuàng)造了商機(jī)。但由于自動(dòng)售貨機(jī)自身的缺陷，例如，多故障、易缺貨和分布分散等，使得運(yùn)營(yíng)商的管理成本大大提高。設(shè)計(jì)以STM32單片機(jī)作為核心控制器，結(jié)合稱重傳感器和GSM模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)貨物銷售情況的監(jiān)測(cè)。可用于查詢售貨機(jī)的貨物剩余情況，及時(shí)提醒運(yùn)營(yíng)商送貨等。該作品主要包括以下三個(gè)模塊：稱重傳感器模塊、中央控制模塊和GSM通信模塊。通過(guò)稱重傳感器模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，借助中央主控STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用串口發(fā)送相應(yīng)指令到GSM短信收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)送貨物銷售情況到預(yù)先設(shè)置的手機(jī)上。同時(shí)也可以通過(guò)手機(jī)發(fā)送查詢指令，終端返回售貨參數(shù)，實(shí)現(xiàn)售貨人員隨時(shí)隨地的查詢。

關(guān)鍵字：GSM模塊；串口通信；自動(dòng)售貨機(jī)；監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）11-0275-03

1 背景

自動(dòng)售貨機(jī)被稱為24小時(shí)營(yíng)業(yè)的微型自助超市，又稱自動(dòng)販賣機(jī)，它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是絕大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家商品零售的主流零售模式。自從1999年，自動(dòng)售貨機(jī)逐步進(jìn)入中國(guó)。如今，在全國(guó)各地客流較大的公共場(chǎng)所，都能看到自動(dòng)售貨機(jī)的身影。中國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)專業(yè)委員會(huì)對(duì)中國(guó)內(nèi)地自動(dòng)售貨機(jī)（自動(dòng)販賣機(jī)）應(yīng)用市場(chǎng)做出的預(yù)測(cè)是，啟動(dòng)期至少應(yīng)布機(jī)10萬(wàn)臺(tái)，年生產(chǎn)總值在10億元人民幣，到發(fā)展期至少應(yīng)布機(jī)50萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值應(yīng)達(dá)到100億元人民幣，而到成熟期將達(dá)到300萬(wàn)臺(tái)，年生產(chǎn)總值將達(dá)到600億元之巨，屆時(shí)中國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)將發(fā)展成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)[1]。

自動(dòng)售貨機(jī)的出現(xiàn)，的確極大地方便了人們的生活，但是，除了其自身具備的便利性等優(yōu)勢(shì)外，也存在部分需要深入研究并加以解決的問(wèn)題。首先，在大量的自動(dòng)售貨機(jī)投入使用后，他的區(qū)域分布將非常廣泛，這將會(huì)給運(yùn)營(yíng)商的管理帶來(lái)了諸多不便。其次，運(yùn)營(yíng)商也無(wú)法及時(shí)了解各個(gè)售貨機(jī)的銷售情況，形成系統(tǒng)化的管理。不能在第一時(shí)間得知商品剩余情況，這將會(huì)延誤補(bǔ)貨從而影響經(jīng)濟(jì)收益。綜上所述，若能將售貨機(jī)的銷售情況直接反饋給運(yùn)營(yíng)商，并且運(yùn)營(yíng)商也可通過(guò)主動(dòng)查詢來(lái)獲取售貨機(jī)的銷售情況，將會(huì)極大的方便其對(duì)自動(dòng)販賣機(jī)的管理。

2 總體方案設(shè)計(jì)

2.1總體框架

如圖1所示，考慮到單片機(jī)具有體積小、功耗低、可控性強(qiáng)、擴(kuò)展靈活等優(yōu)點(diǎn)，本項(xiàng)目采用單片機(jī)STM32F103ZET6作為核心控制器，使用壓力傳感器對(duì)信息進(jìn)行采集，經(jīng)由單片機(jī)處理后將相應(yīng)的信息通過(guò)GSM模塊發(fā)送到預(yù)先設(shè)定的手機(jī)端。同

時(shí)借助外部定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間發(fā)送相應(yīng)信息到手機(jī)端。實(shí)物如圖2所示：

2.2稱重傳感器模塊

本設(shè)計(jì)選用雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式稱重傳感器，它的特點(diǎn)是：精度高、易加工、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)，固有頻率高。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片選用HX711芯片，這是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其他同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)良特點(diǎn)[2]。大大降低了電子秤的整體成本，提高了稱重傳感器模塊的性能和可靠性。工作原理如圖3所示。

圖4 應(yīng)變式力傳感器的電路工作原理

將四個(gè)應(yīng)變片粘貼到受力的力敏彈性元件上， 當(dāng)彈性元件因?yàn)槭芰Ξa(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)變片會(huì)隨之產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變， 然后經(jīng)過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)化成電阻值變化。將應(yīng)變片接成如圖 4 所示的電橋，壓力引起的電阻變化將轉(zhuǎn)換為測(cè)量電路的電壓變化，通過(guò)測(cè)量輸出電壓的數(shù)值， 再通過(guò)換算即可得到所測(cè)量物體的重量[3]。

電橋的四個(gè)臂上接工作應(yīng)變片，都參與機(jī)械變形，同處一個(gè)溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消，電壓輸出靈敏度高。當(dāng) 4 個(gè)應(yīng)變片的材料、阻值都相同時(shí)，可推導(dǎo)出以下公式[4]：

[ΔUBC=Ek4ε1-ε2+ε3-ε4=Ek44ε1] （1）

式中，[ΔUBC]：BC兩點(diǎn)電壓，E：供橋電壓，K：電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)，[ε1，ε2，ε3，ε4]：應(yīng)變計(jì) 1、2、3、4 的應(yīng)變值，正號(hào)表示拉伸，負(fù)號(hào)表示壓縮。

2.3 通訊模塊

利用串行通訊與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。串行通信是指在計(jì)算機(jī)總線或其他數(shù)據(jù)通道上，每次傳輸一個(gè)位元數(shù)據(jù)，并連續(xù)進(jìn)行以上單次過(guò)程的通信方式。相對(duì)于并行通信，即在串行端口上通過(guò)一次同時(shí)傳輸若干位元數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行通信，雖然串行連接單個(gè)時(shí)鐘周期能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比并行數(shù)據(jù)更少，看起來(lái)前者傳輸能力比后者要弱一些，實(shí)際的情況卻常常相反，串行通信可以比并行通信更容易提高通信時(shí)鐘頻率，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。同時(shí)使用串行通信成本更加低廉，電路更加簡(jiǎn)化[5]。

利用GSM模塊進(jìn)行對(duì)外的信息傳達(dá)。GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。作為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛運(yùn)用了幾十年的時(shí)間，發(fā)展到今日其應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。因而選擇GSM作為設(shè)備系統(tǒng)的無(wú)限距離數(shù)據(jù)傳輸工具[6]。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1程序設(shè)計(jì)方案

本設(shè)備是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理識(shí)別、數(shù)據(jù)的接收發(fā)送三個(gè)程序模塊組成。使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的全部代碼工作。通過(guò)稱重傳感器對(duì)貨物信息進(jìn)行采集獲取，獲取數(shù)據(jù)后通過(guò)串行通信直接輸入主控芯片做進(jìn)一步的處理，根據(jù)主控的處理結(jié)果控制GSM模塊完成貨物信息的發(fā)送。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖5所示：

在整個(gè)程序中對(duì)于中斷的處理是一個(gè)關(guān)鍵的部分，嵌套中斷向量控制器部分的函數(shù)如下[7]：

在程序運(yùn)行過(guò)程中，優(yōu)先處理貨物售完的情況，其實(shí)是到達(dá)預(yù)定時(shí)間發(fā)送信息，最后是運(yùn)營(yíng)商通過(guò)短信查詢的情況。以此來(lái)確保貨物售完及時(shí)通知運(yùn)營(yíng)商。

3.2短信發(fā)送流程

短信發(fā)送步驟如下：

首先，發(fā)送：AT+CMGF=1，設(shè)置為文本模式。

然后，發(fā)送：AT+CSMP=17，167，2，25，設(shè)置文本模式參數(shù)。

最后，發(fā)送：AT+CSCS="UCS2"，設(shè)置編碼字符集為UCS2。

此時(shí)，我們便可以發(fā)送 AT+CMGS 指令來(lái)發(fā)送中英文短信了，不過(guò)由于使用了 UCS2 字符集，所有字符/數(shù)字/漢字，都必須使用 UNICODE 編碼。

以給指定手機(jī)號(hào)碼182xxxxxxxx發(fā)送一條中英文短信為例。假定短信內(nèi)容為“SIM900A 中英文短信發(fā)送測(cè)試”。

第一步：將號(hào)碼和發(fā)送內(nèi)容轉(zhuǎn)換為 UNICODE 字符串，182xxxxxxxx轉(zhuǎn)換UNICODE 字符串為：

00310038003200780078007800780078007800780078。SIM900A中英文短信發(fā)送測(cè)試經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的 UNICODE 字符串：

00530049004D00390030003000414E2D82F1658777ED4FE153D190016D4B8BD5。

第二步：發(fā)送指令：AT+CMGS="0031003800320 0780078007800780078007800780078"，接收到這個(gè)指令后模塊返回：> . 此時(shí)我們輸入我們需要發(fā)送的內(nèi)容：00530049004D00390030003000414E2D82F1658777ED4FE153D190016D4B8BD5，注意，此處不發(fā)送回車。在發(fā)送完內(nèi)容以后，最后以十六進(jìn)制（HEX）格式單獨(dú)發(fā)送（不用添加回車）：1A（即0X1A），啟動(dòng)一次短信發(fā)送[8]。發(fā)送命令代碼如下：

Void sendSMS（）{

char a = 0x1A；

printf（"AT＼r＼n"）；//握手

delay_ms（100）；

printf（"AT+CMGF=1＼r＼n"）；//設(shè)置文本格式

delay_ms（100）；

printf（"AT+CSMP=17，167，2，25＼r＼n"）；//設(shè)置文本模式參數(shù)

delay_ms（100）；

printf（"AT+CSCS=＼"UCS2＼"＼r＼n" ）；//設(shè)置UCS2編碼字符集

delay_ms（100）；

printf（"AT+CMGS=＼"00310038003200780078007800780078007800780078＼"＼r＼n"）；//設(shè)置目標(biāo)手機(jī)號(hào)

printf（"00530049004D00390030003000414E2D82F1658777ED4FE153D190016D4B8BD5"）；//短信內(nèi)容

delay_ms（100）；

printf（"%c"，a）；//啟動(dòng)短信發(fā)送

}

3.3英文短信的讀取流程

我們將用其他手機(jī)先發(fā)送一條英文短信到 GSM模塊上，然后讀取模塊接收到的這條英文短信。

第一步，發(fā)送：AT+CMGF=1，設(shè)置為文本模式。

第二步，發(fā)送：AT+CSCS="GSM"，設(shè)置GSM 字符集，

第三步，發(fā)送：AT+CNMI=2，1，設(shè)置新消息提示。

此時(shí)，若我們用別的手機(jī)發(fā)送一條英文短信“SIM900AModule”到GSM模塊上（如果不知道模塊號(hào)碼，可以發(fā)送：AT+CNUM，查詢模塊號(hào)碼）。模塊接收到短信后，會(huì)提示如：+CMTI："SM"，2，表明收到了新的短信，存放在 SIM 卡位置 2。通過(guò)發(fā)送 AT+CMGR=2指令，即可讀取該短信。接收讀取短信代碼如下：

Void receiveSMS（）{

printf（"AT＼r＼n"）；//握手

delay_ms（100）；

printf（"AT+CMGF=1＼r＼n"）；//設(shè)置文本格式

delay_ms（100）；

printf （"AT+CNMI=2，1＼r＼n"）；//設(shè)置新消息提示

delay_ms（100）；

printf （"AT+CMGR=2＼r＼n"）；//讀取SIM卡位置2的信息}

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)作為一個(gè)簡(jiǎn)易的自動(dòng)售貨機(jī)銷售情況監(jiān)測(cè)反饋模型，在實(shí)驗(yàn)室的多次測(cè)試結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的采集貨物信息并及時(shí)反饋到預(yù)先設(shè)定的手機(jī)端，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。可廣泛的應(yīng)用到各類自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)之中，能夠較為有效的解決運(yùn)營(yíng)商因貨機(jī)分布過(guò)于分散而造成的管理問(wèn)題，同時(shí)可作為輔助工具幫助運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化其送貨體系，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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