基于物聯(lián)網(wǎng)的共享按摩系統(tǒng)

吳延軍

摘 要：共享按摩系統(tǒng)具有業(yè)務上的首創(chuàng)性，可擺放于機場、酒店、商場、車站等場所，是供人們手機掃碼后使用的按摩椅。用戶通過手機掃取按摩椅上的二維碼，向云端發(fā)起業(yè)務需求，業(yè)務選定并付費后，云端指揮按摩椅完成按摩服務。文中就系統(tǒng)中處于云服務器與按摩椅之間的支付板的設計思路進行闡述，介紹了其各項功能的實現(xiàn)方法，以及提高穩(wěn)定性和可靠性的舉措。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；云服務器；GPRS；OTA；二維碼

中圖分類號：TP393；TN99 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-00-03

0 引 言

共享按摩作為一種新的共享業(yè)務，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、機場、寫字樓、候車室等場所，用戶通過手機掃碼的形式享受服務。作為新生事物，共享按摩具有業(yè)務的獨創(chuàng)性。當前系統(tǒng)已研發(fā)完成，逐步在珠三角地區(qū)的公共場所中進行擺設與放置，開展共享按摩業(yè)務。

1 共享式按摩系統(tǒng)構(gòu)成

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

（1）二維碼是每臺共享按摩椅的唯一標識，是用戶發(fā)起業(yè)務需求的信息源頭；

（2）用戶手機作為掃碼工具，可讀取二維碼，獲得業(yè)務的線上接口，是進行業(yè)務選定和費用支付的載體；

（3）云服務器是所有業(yè)務的后臺處理樞紐，響應來自用戶的業(yè)務請求，向指定按摩椅支付板發(fā)送業(yè)務實施指令；

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

（5）按摩椅依照支付板的指令，啟動或關閉，為掃碼用戶提供設定時長的按摩服務。

共享按摩業(yè)務的實施過程如圖1所示。

2 支付板功能介紹

支付板是按摩椅與云服務器溝通的橋梁，與云服務器通過GSM模塊的GPRS信道形成邏輯關聯(lián)，組成以云服務器為中心的星型拓撲結(jié)構(gòu)，它與按摩椅一一對應，安裝于每臺按摩椅內(nèi)部，由按摩椅為其供電。

支付板的橋梁地位如圖2所示。

支付板接收云服務器的指令后，經(jīng)過業(yè)務解析，通過RS 232接口控制按摩椅工作，同時，支付板也收集按摩椅的工作狀態(tài)和故障代碼，反饋給云服務器，實現(xiàn)云服務器對分散在各處的共享按摩椅的集中管控，便于業(yè)務的實施與監(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)務實施、狀態(tài)監(jiān)控、故障告警、參數(shù)調(diào)整、OTA升級等功能。

2.1 業(yè)務實施

業(yè)務實施功能可完成共享按摩椅的具體業(yè)務實施。它可接收來自云服務器的業(yè)務指令，解析后通過RS 232接口啟動按摩椅，在按摩服務時長耗盡后，關閉按摩椅，并向云服務器發(fā)送業(yè)務成功實施指令，若出現(xiàn)異常，則生成告警日志，并立即反饋至云服務器。

2.2 狀態(tài)監(jiān)控

狀態(tài)監(jiān)控功能可定時檢測GPRS信號質(zhì)量、支付板工作情況、業(yè)務實施情況、按摩椅工作狀態(tài)等信息，并形成日志，存儲于內(nèi)存中，收到云服務器的查詢指令后，將存儲的日志送回云端。

2.3 故障告警

當支付板與按摩椅無法正常工作或GPRS通信不穩(wěn)定，無法完成按摩業(yè)務時，形成告警信息，寫入日志，并立即向云服務器通報，若通信受阻，則在通信恢復后第一時間向云服務器通報。

2.4 參數(shù)調(diào)整

當需要修改支付板和按摩椅相關工作參數(shù)時，由云服務器下發(fā)新的參數(shù)，支付板修改參數(shù)后重新啟動，依照新的配置進行工作。

2.5 OTA升級

OTA（Over the Air，OTA）升級考慮到共享式按摩椅的放置較為分散，維護升級時現(xiàn)場維護成本高昂，因此由云服務器通過GPRS信道向按摩椅推送升級程序，按摩椅自動升級，無需技術(shù)人員到場，在節(jié)省人力物力的同時，還大大提升了工作效率。

支付板日常運行于主程序的等待云服務器指令狀態(tài)，監(jiān)測GSM模塊接收到的指令并解析，選擇進入業(yè)務實施、狀態(tài)監(jiān)測、參數(shù)調(diào)整或OTA升級功能模塊，運行完畢后寫入一條日志，退出功能模塊后，監(jiān)測告警標示，發(fā)現(xiàn)告警標示后，進行故障處理，并立即將故障信息回送云平臺，完畢后繼續(xù)回到循環(huán)的初始位置，等待云服務器發(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RS 232串口，一個連接按摩椅，一個作為調(diào)測監(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器溝通的實施器件，它可實現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)通信。正常情況下，通過撥號建立數(shù)據(jù)通信鏈路，用UDP協(xié)議傳送字符串與云服務器進行交流，通信機制為應答制，雙方接收到任何信息后，均需要回送確認信息。

3.2 MCU微處理器

MCU處理器采用IAP15W4K58S4單片機，它是實現(xiàn)各大功能的主體，通過運行程序源代碼實現(xiàn)業(yè)務邏輯，完成與云服務器和按摩椅的信息溝通。

3.3 按摩椅通信串口

MCU通過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波特率進行二進制碼通信，通信機制為應答制，雙方接收到任何信息后，均需回送確認信息。

3.4 GSM模塊天線

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

3.5 調(diào)測監(jiān)控串口

工作人員現(xiàn)場調(diào)測接口，通過RS 232接口，支付板與PC機連接。工作人員通過PC機上的超級終端訪問支付板，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，設置兩個LED指示燈和兩個撥盤，LED燈用于信息輸出，撥盤用于信息輸入，便于人機簡要溝通。產(chǎn)品穩(wěn)定后，可取消。

支付板的硬件是所有功能實現(xiàn)的基石，是程序代碼運行的依托，出現(xiàn)故障和隱患后，挽回代價巨大，需要慎重對待，全面測試，確保達到要求。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推敲、細致器件選型的過程。

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行設計實現(xiàn)，包括主程序、業(yè)務功能模塊、日志處理模塊、告警處理模塊、參數(shù)調(diào)整模塊、OTA升級模塊、意外與故障處理模塊。

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

所有模塊都可以產(chǎn)生日志記錄，并按照時間順序存儲于內(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，同時置位告警標示位，提醒告警處理模塊進行處理。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)送給云服務器。程序流程如圖4所示。

5 支付板的通信設計

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

GPRS信道的通信可由雙方任意一方主動發(fā)起。云服務器發(fā)起的通信包括參數(shù)修改、日志查詢、業(yè)務實施、業(yè)務終止等；支付板發(fā)起的通信包括設備開機、告警等。

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

主要通信過程是按摩業(yè)務的實時通信，圖5還原了整個業(yè)務指令下發(fā)與應答通信過程，由云服務發(fā)起業(yè)務實施指令，支付板接收后，控制按摩椅完成按摩服務。

通信協(xié)議設計的最大難點在于通信異常時的處理過程，易出錯，且難于發(fā)現(xiàn)和定位，既是設計時必須謹慎對待的關鍵點之一，也是功能驗證的重點所在，通信過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，保證通信過程不會因偶發(fā)事件而崩潰。

6 結(jié) 語

當前，共享式按摩椅業(yè)務系統(tǒng)已經(jīng)開始商業(yè)化運營，在深圳、東莞和珠三角部分地區(qū)已部署超過500臺，并收到了較好的經(jīng)濟效益。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，作為信息上傳下達的關鍵，在實現(xiàn)業(yè)務功能的同時，著眼于可靠性、穩(wěn)定性和可維護性，立足于降低人力成本和維護成本的目的，做了大量保障性設計，為高質(zhì)量的共享式經(jīng)濟保駕護航。

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