吳延軍

摘 要：共享按摩系統(tǒng)具有業(yè)務(wù)上的首創(chuàng)性，可擺放于機(jī)場(chǎng)、酒店、商場(chǎng)、車站等場(chǎng)所，是供人們手機(jī)掃碼后使用的按摩椅。用戶通過(guò)手機(jī)掃取按摩椅上的二維碼，向云端發(fā)起業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)選定并付費(fèi)后，云端指揮按摩椅完成按摩服務(wù)。文中就系統(tǒng)中處于云服務(wù)器與按摩椅之間的支付板的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行闡述，介紹了其各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)方法，以及提高穩(wěn)定性和可靠性的舉措。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；云服務(wù)器；GPRS；OTA；二維碼

中圖分類號(hào)：TP393；TN99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）11-00-03

0 引 言

共享按摩作為一種新的共享業(yè)務(wù)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將具有通信功能的按摩椅部署于酒店、機(jī)場(chǎng)、寫字樓、候車室等場(chǎng)所，用戶通過(guò)手機(jī)掃碼的形式享受服務(wù)。作為新生事物，共享按摩具有業(yè)務(wù)的獨(dú)創(chuàng)性。當(dāng)前系統(tǒng)已研發(fā)完成，逐步在珠三角地區(qū)的公共場(chǎng)所中進(jìn)行擺設(shè)與放置，開(kāi)展共享按摩業(yè)務(wù)。

1 共享式按摩系統(tǒng)構(gòu)成

共享按摩系統(tǒng)由按摩椅標(biāo)示的二維碼、用戶掃碼手機(jī)、云服務(wù)器、支付板和按摩椅構(gòu)成。

（1）二維碼是每臺(tái)共享按摩椅的唯一標(biāo)識(shí)，是用戶發(fā)起業(yè)務(wù)需求的信息源頭；

（2）用戶手機(jī)作為掃碼工具，可讀取二維碼，獲得業(yè)務(wù)的線上接口，是進(jìn)行業(yè)務(wù)選定和費(fèi)用支付的載體；

（3）云服務(wù)器是所有業(yè)務(wù)的后臺(tái)處理樞紐，響應(yīng)來(lái)自用戶的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，向指定按摩椅支付板發(fā)送業(yè)務(wù)實(shí)施指令；

（4）支付板內(nèi)置于按摩椅中，使用GPRS信道與云服務(wù)器溝通，獲取業(yè)務(wù)指令并解析，通過(guò)RS 232串口指揮按摩椅完成任務(wù)；

（5）按摩椅依照支付板的指令，啟動(dòng)或關(guān)閉，為掃碼用戶提供設(shè)定時(shí)長(zhǎng)的按摩服務(wù)。

共享按摩業(yè)務(wù)的實(shí)施過(guò)程如圖1所示。

2 支付板功能介紹

支付板是按摩椅與云服務(wù)器溝通的橋梁，與云服務(wù)器通過(guò)GSM模塊的GPRS信道形成邏輯關(guān)聯(lián)，組成以云服務(wù)器為中心的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它與按摩椅一一對(duì)應(yīng)，安裝于每臺(tái)按摩椅內(nèi)部，由按摩椅為其供電。

支付板的橋梁地位如圖2所示。

支付板接收云服務(wù)器的指令后，經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)解析，通過(guò)RS 232接口控制按摩椅工作，同時(shí)，支付板也收集按摩椅的工作狀態(tài)和故障代碼，反饋給云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)云服務(wù)器對(duì)分散在各處的共享按摩椅的集中管控，便于業(yè)務(wù)的實(shí)施與監(jiān)控，更有利于故障查詢與維修。

支付板的主要功能包括業(yè)務(wù)實(shí)施、狀態(tài)監(jiān)控、故障告警、參數(shù)調(diào)整、OTA升級(jí)等功能。

2.1 業(yè)務(wù)實(shí)施

業(yè)務(wù)實(shí)施功能可完成共享按摩椅的具體業(yè)務(wù)實(shí)施。它可接收來(lái)自云服務(wù)器的業(yè)務(wù)指令，解析后通過(guò)RS 232接口啟動(dòng)按摩椅，在按摩服務(wù)時(shí)長(zhǎng)耗盡后，關(guān)閉按摩椅，并向云服務(wù)器發(fā)送業(yè)務(wù)成功實(shí)施指令，若出現(xiàn)異常，則生成告警日志，并立即反饋至云服務(wù)器。

2.2 狀態(tài)監(jiān)控

狀態(tài)監(jiān)控功能可定時(shí)檢測(cè)GPRS信號(hào)質(zhì)量、支付板工作情況、業(yè)務(wù)實(shí)施情況、按摩椅工作狀態(tài)等信息，并形成日志，存儲(chǔ)于內(nèi)存中，收到云服務(wù)器的查詢指令后，將存儲(chǔ)的日志送回云端。

2.3 故障告警

當(dāng)支付板與按摩椅無(wú)法正常工作或GPRS通信不穩(wěn)定，無(wú)法完成按摩業(yè)務(wù)時(shí)，形成告警信息，寫入日志，并立即向云服務(wù)器通報(bào)，若通信受阻，則在通信恢復(fù)后第一時(shí)間向云服務(wù)器通報(bào)。

2.4 參數(shù)調(diào)整

當(dāng)需要修改支付板和按摩椅相關(guān)工作參數(shù)時(shí)，由云服務(wù)器下發(fā)新的參數(shù)，支付板修改參數(shù)后重新啟動(dòng)，依照新的配置進(jìn)行工作。

2.5 OTA升級(jí)

OTA（Over the Air，OTA）升級(jí)考慮到共享式按摩椅的放置較為分散，維護(hù)升級(jí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成本高昂，因此由云服務(wù)器通過(guò)GPRS信道向按摩椅推送升級(jí)程序，按摩椅自動(dòng)升級(jí)，無(wú)需技術(shù)人員到場(chǎng)，在節(jié)省人力物力的同時(shí)，還大大提升了工作效率。

支付板日常運(yùn)行于主程序的等待云服務(wù)器指令狀態(tài)，監(jiān)測(cè)GSM模塊接收到的指令并解析，選擇進(jìn)入業(yè)務(wù)實(shí)施、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、參數(shù)調(diào)整或OTA升級(jí)功能模塊，運(yùn)行完畢后寫入一條日志，退出功能模塊后，監(jiān)測(cè)告警標(biāo)示，發(fā)現(xiàn)告警標(biāo)示后，進(jìn)行故障處理，并立即將故障信息回送云平臺(tái)，完畢后繼續(xù)回到循環(huán)的初始位置，等待云服務(wù)器發(fā)送的下一次指令。

3 支付板的硬件構(gòu)成

支付板的硬件由MCU、GSM通信模塊及附屬器件構(gòu)成，由按摩椅提供5 V直流工作電壓，保留兩個(gè)RS 232串口，一個(gè)連接按摩椅，一個(gè)作為調(diào)測(cè)監(jiān)控的接口。硬件模塊框圖如圖3所示。

3.1 GSM通信模塊

通信模塊采用SIM900A模塊，該模塊是支付板與云服務(wù)器溝通的實(shí)施器件，它可實(shí)現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)通信。正常情況下，通過(guò)撥號(hào)建立數(shù)據(jù)通信鏈路，用UDP協(xié)議傳送字符串與云服務(wù)器進(jìn)行交流，通信機(jī)制為應(yīng)答制，雙方接收到任何信息后，均需要回送確認(rèn)信息。

3.2 MCU微處理器

MCU處理器采用IAP15W4K58S4單片機(jī)，它是實(shí)現(xiàn)各大功能的主體，通過(guò)運(yùn)行程序源代碼實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，完成與云服務(wù)器和按摩椅的信息溝通。

3.3 按摩椅通信串口

MCU通過(guò)RS 232串口與按摩椅通信，其中，Tx和Rx管腳工作電壓為±12 V，但考慮到數(shù)據(jù)量較少，可靠性要求較高，故采用較低的2 400波特率進(jìn)行二進(jìn)制碼通信，通信機(jī)制為應(yīng)答制，雙方接收到任何信息后，均需回送確認(rèn)信息。

3.4 GSM模塊天線

GSM模塊的天線是影響GSM模塊通信信號(hào)強(qiáng)弱的重要因素，天線的選取與放置，需要結(jié)合按摩椅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型和確定。

3.5 調(diào)測(cè)監(jiān)控串口

工作人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)測(cè)接口，通過(guò)RS 232接口，支付板與PC機(jī)連接。工作人員通過(guò)PC機(jī)上的超級(jí)終端訪問(wèn)支付板，獲取工作狀態(tài)與日志信息。產(chǎn)品穩(wěn)定后，可以取消。endprint

3.6 指示燈與撥盤

為了直觀呈現(xiàn)支付板的工作信息，設(shè)置兩個(gè)LED指示燈和兩個(gè)撥盤，LED燈用于信息輸出，撥盤用于信息輸入，便于人機(jī)簡(jiǎn)要溝通。產(chǎn)品穩(wěn)定后，可取消。

支付板的硬件是所有功能實(shí)現(xiàn)的基石，是程序代碼運(yùn)行的依托，出現(xiàn)故障和隱患后，挽回代價(jià)巨大，需要慎重對(duì)待，全面測(cè)試，確保達(dá)到要求。穩(wěn)定、可靠、安全、成本可控是必須考慮的幾大要素，而這也將是方案反復(fù)推敲、細(xì)致器件選型的過(guò)程。

4 支付板的軟件架構(gòu)

支付板的軟件代碼依照支付板的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，包括主程序、業(yè)務(wù)功能模塊、日志處理模塊、告警處理模塊、參數(shù)調(diào)整模塊、OTA升級(jí)模塊、意外與故障處理模塊。

支付板的主程序首先完成對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)初始化工作，再對(duì)GPRS信道進(jìn)行試通信檢測(cè)，成功接收到來(lái)自云服務(wù)器的應(yīng)答后，進(jìn)入主循環(huán)；若信道通信不暢，則生成日志并記錄，間隔若干時(shí)間后再次檢測(cè)，直至GPRS通信正常為止。

所有模塊都可以產(chǎn)生日志記錄，并按照時(shí)間順序存儲(chǔ)于內(nèi)存中，在支付板接收到云端的日志查詢指令后，將這些日志取出并發(fā)送回云服務(wù)器備案，若發(fā)送成功，則清除日志，否則保留。

所有模塊均可產(chǎn)生告警信息，作為一條告警日志寫入日志記錄中，同時(shí)置位告警標(biāo)示位，提醒告警處理模塊進(jìn)行處理。告警處理模塊發(fā)現(xiàn)有告警信息后，立即將告警日志發(fā)送給云服務(wù)器。程序流程如圖4所示。

5 支付板的通信設(shè)計(jì)

支付板的通信協(xié)議包括與云服務(wù)器溝通的協(xié)議和與按摩椅溝通的協(xié)議。支付板與云服務(wù)器之間的通信借助GPRS信道完成，云服務(wù)器使用公網(wǎng)靜態(tài)IP地址，雙方使用UDP協(xié)議進(jìn)行字符串形式的通信；支付板與按摩椅之間采用帶有驅(qū)動(dòng)功能的RS 232接口通信，使用單字節(jié)二進(jìn)制碼完成信息交流。GPRS通信指令見(jiàn)表1所列。

GPRS信道的通信可由雙方任意一方主動(dòng)發(fā)起。云服務(wù)器發(fā)起的通信包括參數(shù)修改、日志查詢、業(yè)務(wù)實(shí)施、業(yè)務(wù)終止等；支付板發(fā)起的通信包括設(shè)備開(kāi)機(jī)、告警等。

RS 232串口通信采用支付板查詢機(jī)制，由支付板向按摩椅發(fā)送二進(jìn)制指令，按摩椅實(shí)施或反饋信息，包括按摩椅啟動(dòng)、按摩椅停機(jī)、按摩椅狀態(tài)查詢等，操作完畢后需形成日志記錄。RS 232接口通信指令見(jiàn)表2所列。

主要通信過(guò)程是按摩業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)通信，圖5還原了整個(gè)業(yè)務(wù)指令下發(fā)與應(yīng)答通信過(guò)程，由云服務(wù)發(fā)起業(yè)務(wù)實(shí)施指令，支付板接收后，控制按摩椅完成按摩服務(wù)。

通信協(xié)議設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)在于通信異常時(shí)的處理過(guò)程，易出錯(cuò)，且難于發(fā)現(xiàn)和定位，既是設(shè)計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)慎對(duì)待的關(guān)鍵點(diǎn)之一，也是功能驗(yàn)證的重點(diǎn)所在，通信過(guò)程中注重考慮非正常情況的發(fā)生與處理方法，慎重篩查并尋找邏輯漏洞，保證通信過(guò)程不會(huì)因偶發(fā)事件而崩潰。

6 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前，共享式按摩椅業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，在深圳、東莞和珠三角部分地區(qū)已部署超過(guò)500臺(tái)，并收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益。商業(yè)化部署的共享按摩椅如圖6所示。

共享按摩系統(tǒng)中的支付板，作為信息上傳下達(dá)的關(guān)鍵，在實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的同時(shí)，著眼于可靠性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性，立足于降低人力成本和維護(hù)成本的目的，做了大量保障性設(shè)計(jì)，為高質(zhì)量的共享式經(jīng)濟(jì)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

[1]孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯(lián)網(wǎng)：概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（3）：1-9.

[2] 王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2009，23 （12） ：1-7.

[3] 韓冰，李芬華.GPRS技術(shù)在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2003，30（8）：26-29.

[4]申莉，畢偉，舒開(kāi)旗.基于 GPS 與 GPRS 的遠(yuǎn)程同步檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].電測(cè)與儀表，2016，53（21） ：124-128.

[5]董玉德，張昌浩，丁保勇，等.基于 GIS 的城市道路數(shù)字化照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，44（1）：50-57.

[6]祁力鈞，杜政偉，冀榮華，等.基于GPRS的遠(yuǎn)程控制溫室自動(dòng)施藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（23）：51-57.

[7]高延增，鄧毅華.智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)即移動(dòng)端控制實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（1）：48-50.

[8]鄧未玲，李妮妮.基于共享交換云平臺(tái)的區(qū)域基層醫(yī)療云總體架構(gòu)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（3）：58-59，63.endprint