基于物聯網的共享按摩系統

吳延軍

摘 要：共享按摩系統具有業務上的首創性，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，向云端發起業務需求，業務選定并付費后，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方法，以及提高穩定性和可靠性的舉措。

關鍵詞：物聯網；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務，借助物聯網技術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，共享按摩具有業務的獨創性。當前系統已研發完成，逐步在珠三角地區的公共場所中進行擺設與放置，開展共享按摩業務。

1 共享式按摩系統構成

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

（1）二維碼是每臺共享按摩椅的唯一標識，是用戶發起業務需求的信息源頭；

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

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

（4）支付板內置于按摩椅中，使用GPRS信道與云服務器溝通，獲取業務指令并解析，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，組成以云服務器為中心的星型拓撲結構，它與按摩椅一一對應，安裝于每臺按摩椅內部，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，經過業務解析，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和故障代碼，反饋給云服務器，實現云服務器對分散在各處的共享按摩椅的集中管控，便于業務的實施與監控，更有利于故障查詢與維修。

支付板的主要功能包括業務實施、狀態監控、故障告警、參數調整、OTA升級等功能。

2.1 業務實施

業務實施功能可完成共享按摩椅的具體業務實施。它可接收來自云服務器的業務指令，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，并向云服務器發送業務成功實施指令，若出現異常，則生成告警日志，并立即反饋至云服務器。

2.2 狀態監控

狀態監控功能可定時檢測GPRS信號質量、支付板工作情況、業務實施情況、按摩椅工作狀態等信息，并形成日志，存儲于內存中，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通信不穩定，無法完成按摩業務時，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 參數調整

當需要修改支付板和按摩椅相關工作參數時，由云服務器下發新的參數，支付板修改參數后重新啟動，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，無需技術人員到場，在節省人力物力的同時，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，監測GSM模塊接收到的指令并解析，選擇進入業務實施、狀態監測、參數調整或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，監測告警標示，發現告警標示后，進行故障處理，并立即將故障信息回送云平臺，完畢后繼續回到循環的初始位置，等待云服務器發送的下一次指令。

3 支付板的硬件構成

支付板的硬件由MCU、GSM通信模塊及附屬器件構成，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，一個作為調測監控的接口。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GPRS數據通信。正常情況下，通過撥號建立數據通信鏈路，用UDP協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，它是實現各大功能的主體，通過運行程序源代碼實現業務邏輯，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，但考慮到數據量較少，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，需要結合按摩椅的內部結構進行選型和確定。

3.5 調測監控串口

工作人員現場調測接口，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，獲取工作狀態與日志信息。產品穩定后，可以取消。endprint

3.6 指示燈與撥盤

為了直觀呈現支付板的工作信息，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。產品穩定后，可取消。

支付板的硬件是所有功能實現的基石，是程序代碼運行的依托，出現故障和隱患后，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

支付板的軟件代碼依照支付板的功能進行設計實現，包括主程序、業務功能模塊、日志處理模塊、告警處理模塊、參數調整模塊、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；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。

所有模塊都可以產生日志記錄，并按照時間順序存儲于內存中，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送回云服務器備案，若發送成功，則清除日志，否則保留。

所有模塊均可產生告警信息，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。告警處理模塊發現有告警信息后，立即將告警日志發送給云服務器。程序流程如圖4所示。

5 支付板的通信設計

支付板的通信協議包括與云服務器溝通的協議和與按摩椅溝通的協議。支付板與云服務器之間的通信借助GPRS信道完成，云服務器使用公網靜態IP地址，雙方使用UDP協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動功能的RS 232接口通信，使用單字節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起。云服務器發起的通信包括參數修改、日志查詢、業務實施、業務終止等；支付板發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務的實時通信，圖5還原了整個業務指令下發與應答通信過程，由云服務發起業務實施指令，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，且難于發現和定位，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事件而崩潰。

6 結 語

當前，共享式按摩椅業務系統已經開始商業化運營，在深圳、東莞和珠三角部分地區已部署超過500臺，并收到了較好的經濟效益。商業化部署的共享按摩椅如圖6所示。

共享按摩系統中的支付板，作為信息上傳下達的關鍵，在實現業務功能的同時，著眼于可靠性、穩定性和可維護性，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，為高質量的共享式經濟保駕護航。

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