自动售货机的GPRS无线通信接口模块设计

摘要:为从根本上解决目前自动售货机远程管理费时费力、无法及时准确获取其状态的缺陷,本文设计了一种基于GPRS的自动售货机无线通信接口模块,可以有效地将零散分布的自动售货机联网,进行实时管理。

关键词:自动售货机 单片机 GPRS

1、方案设计

自动售货机主要由无线通信接口模块和控制板组成。无线通信接口板主要完成:将控制板需要传递的数据通过GPRS模块传到控制中心,接收来自管理中心的命令以实现远程控制。

1.1 工作原理

图1 网络结构图

图2 无线通信接口模块结构框图

无线通信接口模块采集自动售货机当前状况及过去的售货信息,保存到存储器空间中,接收到管理中心的指令后,可以上传至管理中心上位机数据库,以供查询或者分析使用,如图1所示。

1.2 硬件结构

本文设计研制的无线通信接口模块由单片机、GSM/GPRS模块、MDB接口、大容量存储器和时钟芯片等组成,如图2所示。

2、硬件电路设计

设计选用C8051F023作为微处理器。其内部资源丰富,体积小,运行速度快,完全满足系统要求。

2.1 通信模块的选择

GSM/GPRS通信模块选择SIM300C。SIM300C支持串口的命令控制、流控制等,在本设计中串口只使用了RXD、TXD等信号线,其他与串口通信相关的控制信号线如CTS、RTS、DTR、DCD等悬空不使用。

2.2 通信模块电源电路

SIM300C的供电电路主要包括电源部分和实时时钟后备电源部分。由于自动售货机的MDB总线直流供电电压为20～42.5V,典型值为24V。主电源转换模块采用北京汇众公司的模块电源HZD05-24S05,将24V电压转换为5V,为通信控制板和其他部分提供电源。

SIM300C的供电电压范围为3.4V～4.5V,而自动售货机可提供的电源为5V,因此需要一电源变换电路。MIC29302为低电压失稳器件,其峰值电流可以达到3A,大于SIM300C的2A的峰值电流要求,其失稳电压约为300～370mV,MIC29302为5端器件,且具有关断的功能（1脚为控制端）,关断的漏电流为0。设计的输出电压大约为4V左右,完全满足SIM300C电源的要求。

另外SIM300C内置了实时时钟,实时时钟供电引脚VRTC的输入电压范围为1.2～2.0V。VRTC引脚如果外接的是可充电电池,当SIM300C工作时,该引脚可对外部电池充电;当SIM300C断电时,电池可为其模块内部的实时时钟电路供电以维持时钟运行。本设计选用Maxell公司的TC614型可充电电池,其供电电压为1.5V。

2.3 通信模块SIM卡接口电路

SMI300C模块支持外部SIM卡,支持3.0V和1.8V电压工作地SIM卡连接。SIM300C模块能自动监测和适应SIM卡类型。图3中C31在模块工作时起到稳定SIM卡工作电压的作用。D7～D10为瞬变电压抑制二极管（TVS管）。当放置SIM卡的时候,人体可能带有较高的静电电压,D7～D10用于静电防护,防止SIM300C因外部静电放电而损坏。

2.4 通信模块工作状态指示电路

SIM300C的16脚提供网络状态指示灯输出信号,用户可以从网络指示灯上的亮熄信息来判断SIM300C的工作情况。蜂鸣器有SIM300C的BUZZER引脚输出控制。当有电话呼入或者收到信息时,BUZZER引脚将输出信号提示。指令AT+CRSL=value（value为0～100）可以改变铃音大小。

2.5 存储器电路设计

系统需要存储大量的数据,选用FLASH存储器AT45DB041D。AT45DB041D工作电压在2.7V～3.6V之间,本设计采用3.3V电源电压。在系统运行的过程中,存储器中的每一个数据都有可能改变,所以/WP保护端保持无效状态。另外AT45DB041D是SPI接口,单片机采用I/O口模拟产生SPI时序来读写存储器。

2.6 时钟电路设计

为了实现GPRS链路数据测试帧定时发送及在销售数据包中添加时间信息,本方案采用DALLAS公司的DS12CR887时钟芯片。其最大的优点是使用时无需外加时钟后备电源。设计只用到了读取当前时钟的功能,总线采用INTEL总线时序,单片机采用I/O模拟产生读写时序,减少器件如地址锁存器等的使用,简化系统的设计,提高可靠性。由于C8051F023单片机采用+3.3V供电,因此选择工作电压为+3.3V的DS12CR887-3.3器件。

2.7 其他电路

单片机、存储器芯片和时钟芯片的工作电压为+3.3V,而自动售货机可提供的直流电源为+5V,因此需要一电源变换器件。AMS1117-3.3是低压差电源变换器,输出电压为+3.3V,最大可提供1A的电流,完全满足+3.3V供电需求。单片机还需要通过串口与PC机通信。单片机串行口的输入输出信号为TTL电平,而PC的9针串口电平标准为RS232。鉴于单片机串行口的TTL电平最高电压为3.3V,选用SP3232作为本设计的电平转换器件。

3、软件设计

软件设计主要完成系统正常运行的各种协议及算法,其中相当部分的工作是GPRS模块通信程序的设计。软件主要由主程序,中断部分程序和数据处理分支程序组成。

4、结语

本文设计的自动售货机无线通信接口模块满足系统的控制要求。硬件抗干扰设计,以及软件采用实时操作系统来编写程序,可以对系统进一步改进。

参考文献

[1]C8051F020/1/2/3 FLASH型微控制器数据手册,新华龙电子有限公司,.cn.

[2]SIM300C Hardware Interface Description.pdf .

[3]DS12885-DS12C887A.pdf .