基于物联网的共享按摩系统

吴延军

摘 要：共享按摩系统具有业务上的首创性，可摆放于机场、酒店、商场、车站等场所，是供人们手机扫码后使用的按摩椅。用户通过手机扫取按摩椅上的二维码，向云端发起业务需求，业务选定并付费后，云端指挥按摩椅完成按摩服务。文中就系统中处于云服务器与按摩椅之间的支付板的设计思路进行阐述，介绍了其各项功能的实现方法，以及提高稳定性和可靠性的举措。

关键词：物联网；云服务器；GPRS；OTA；二维码

中图分类号：TP393；TN99 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）11-00-03

0 引 言

共享按摩作为一种新的共享业务，借助物联网技术将具有通信功能的按摩椅部署于酒店、机场、写字楼、候车室等场所，用户通过手机扫码的形式享受服务。作为新生事物，共享按摩具有业务的独创性。当前系统已研发完成，逐步在珠三角地区的公共场所中进行摆设与放置，开展共享按摩业务。

1 共享式按摩系统构成

共享按摩系统由按摩椅标示的二维码、用户扫码手机、云服务器、支付板和按摩椅构成。

（1）二维码是每台共享按摩椅的唯一标识，是用户发起业务需求的信息源头；

（2）用户手机作为扫码工具，可读取二维码，获得业务的线上接口，是进行业务选定和费用支付的载体；

（3）云服务器是所有业务的后台处理枢纽，响应来自用户的业务请求，向指定按摩椅支付板发送业务实施指令；

（4）支付板内置于按摩椅中，使用GPRS信道与云服务器沟通，获取业务指令并解析，通过RS 232串口指挥按摩椅完成任务；

（5）按摩椅依照支付板的指令，启动或关闭，为扫码用户提供设定时长的按摩服务。

共享按摩业务的实施过程如图1所示。

2 支付板功能介绍

支付板是按摩椅与云服务器沟通的桥梁，与云服务器通过GSM模块的GPRS信道形成逻辑关联，组成以云服务器为中心的星型拓扑结构，它与按摩椅一一对应，安装于每台按摩椅内部，由按摩椅为其供电。

支付板的桥梁地位如图2所示。

支付板接收云服务器的指令后，经过业务解析，通过RS 232接口控制按摩椅工作，同时，支付板也收集按摩椅的工作状态和故障代码，反馈给云服务器，实现云服务器对分散在各处的共享按摩椅的集中管控，便于业务的实施与监控，更有利于故障查询与维修。

支付板的主要功能包括业务实施、状态监控、故障告警、参数调整、OTA升级等功能。

2.1 业务实施

业务实施功能可完成共享按摩椅的具体业务实施。它可接收来自云服务器的业务指令，解析后通过RS 232接口启动按摩椅，在按摩服务时长耗尽后，关闭按摩椅，并向云服务器发送业务成功实施指令，若出现异常，则生成告警日志，并立即反馈至云服务器。

2.2 状态监控

状态监控功能可定时检测GPRS信号质量、支付板工作情况、业务实施情况、按摩椅工作状态等信息，并形成日志，存储于内存中，收到云服务器的查询指令后，将存储的日志送回云端。

2.3 故障告警

当支付板与按摩椅无法正常工作或GPRS通信不稳定，无法完成按摩业务时，形成告警信息，写入日志，并立即向云服务器通报，若通信受阻，则在通信恢复后第一时间向云服务器通报。

2.4 参数调整

当需要修改支付板和按摩椅相关工作参数时，由云服务器下发新的参数，支付板修改参数后重新启动，依照新的配置进行工作。

2.5 OTA升级

OTA（Over the Air，OTA）升级考虑到共享式按摩椅的放置较为分散，维护升级时现场维护成本高昂，因此由云服务器通过GPRS信道向按摩椅推送升级程序，按摩椅自动升级，无需技术人员到场，在节省人力物力的同时，还大大提升了工作效率。

支付板日常运行于主程序的等待云服务器指令状态，监测GSM模块接收到的指令并解析，选择进入业务实施、状态监测、参数调整或OTA升级功能模块，运行完毕后写入一条日志，退出功能模块后，监测告警标示，发现告警标示后，进行故障处理，并立即将故障信息回送云平台，完毕后继续回到循环的初始位置，等待云服务器发送的下一次指令。

3 支付板的硬件构成

支付板的硬件由MCU、GSM通信模塊及附属器件构成，由按摩椅提供5 V直流工作电压，保留两个RS 232串口，一个连接按摩椅，一个作为调测监控的接口。硬件模块框图如图3所示。

3.1 GSM通信模块

通信模块采用SIM900A模块，该模块是支付板与云服务器沟通的实施器件，它可实现GPRS数据通信。正常情况下，通过拨号建立数据通信链路，用UDP协议传送字符串与云服务器进行交流，通信机制为应答制，双方接收到任何信息后，均需要回送确认信息。

3.2 MCU微处理器

MCU处理器采用IAP15W4K58S4单片机，它是实现各大功能的主体，通过运行程序源代码实现业务逻辑，完成与云服务器和按摩椅的信息沟通。

3.3 按摩椅通信串口

MCU通过RS 232串口与按摩椅通信，其中，Tx和Rx管脚工作电压为±12 V，但考虑到数据量较少，可靠性要求较高，故采用较低的2 400波特率进行二进制码通信，通信机制为应答制，双方接收到任何信息后，均需回送确认信息。

3.4 GSM模块天线

GSM模块的天线是影响GSM模块通信信号强弱的重要因素，天线的选取与放置，需要结合按摩椅的内部结构进行选型和确定。

3.5 调测监控串口

工作人员现场调测接口，通过RS 232接口，支付板与PC机连接。工作人员通过PC机上的超级终端访问支付板，获取工作状态与日志信息。产品稳定后，可以取消。endprint

3.6 指示灯与拨盘

为了直观呈现支付板的工作信息，设置两个LED指示灯和两个拨盘，LED灯用于信息输出，拨盘用于信息输入，便于人机简要沟通。产品稳定后，可取消。

支付板的硬件是所有功能实现的基石，是程序代码运行的依托，出现故障和隐患后，挽回代价巨大，需要慎重对待，全面测试，确保达到要求。稳定、可靠、安全、成本可控是必须考虑的几大要素，而这也将是方案反复推敲、细致器件選型的过程。

4 支付板的软件架构

支付板的软件代码依照支付板的功能进行设计实现，包括主程序、业务功能模块、日志处理模块、告警处理模块、参数调整模块、OTA升级模块、意外与故障处理模块。

支付板的主程序首先完成对系统的各项初始化工作，再对GPRS信道进行试通信检测，成功接收到来自云服务器的应答后，进入主循环；若信道通信不畅，则生成日志并记录，间隔若干时间后再次检测，直至GPRS通信正常为止。

所有模块都可以产生日志记录，并按照时间顺序存储于内存中，在支付板接收到云端的日志查询指令后，将这些日志取出并发送回云服务器备案，若发送成功，则清除日志，否则保留。

所有模块均可产生告警信息，作为一条告警日志写入日志记录中，同时置位告警标示位，提醒告警处理模块进行处理。告警处理模块发现有告警信息后，立即将告警日志发送给云服务器。程序流程如图4所示。

5 支付板的通信设计

支付板的通信协议包括与云服务器沟通的协议和与按摩椅沟通的协议。支付板与云服务器之间的通信借助GPRS信道完成，云服务器使用公网静态IP地址，双方使用UDP协议进行字符串形式的通信；支付板与按摩椅之间采用带有驱动功能的RS 232接口通信，使用单字节二进制码完成信息交流。GPRS通信指令见表1所列。

GPRS信道的通信可由双方任意一方主动发起。云服务器发起的通信包括参数修改、日志查询、业务实施、业务终止等；支付板发起的通信包括设备开机、告警等。

RS 232串口通信采用支付板查询机制，由支付板向按摩椅发送二进制指令，按摩椅实施或反馈信息，包括按摩椅启动、按摩椅停机、按摩椅状态查询等，操作完毕后需形成日志记录。RS 232接口通信指令见表2所列。

主要通信过程是按摩业务的实时通信，图5还原了整个业务指令下发与应答通信过程，由云服务发起业务实施指令，支付板接收后，控制按摩椅完成按摩服务。

通信协议设计的最大难点在于通信异常时的处理过程，易出错，且难于发现和定位，既是设计时必须谨慎对待的关键点之一，也是功能验证的重点所在，通信过程中注重考虑非正常情况的发生与处理方法，慎重筛查并寻找逻辑漏洞，保证通信过程不会因偶发事件而崩溃。

6 结 语

当前，共享式按摩椅业务系统已经开始商业化运营，在深圳、东莞和珠三角部分地区已部署超过500台，并收到了较好的经济效益。商业化部署的共享按摩椅如图6所示。

共享按摩系统中的支付板，作为信息上传下达的关键，在实现业务功能的同时，着眼于可靠性、稳定性和可维护性，立足于降低人力成本和维护成本的目的，做了大量保障性设计，为高质量的共享式经济保驾护航。

参考文献

[1]孙其博，刘杰，黎羴，等.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010，33（3）：1-9.

[2] 王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，23 （12） ：1-7.

[3] 韩冰，李芬华.GPRS技术在数据采集与监控系统中的应用[J].电子技术，2003，30（8）：26-29.

[4]申莉，毕伟，舒开旗.基于 GPS 与 GPRS 的远程同步检测仪设计[J].电测与仪表，2016，53（21） ：124-128.

[5]董玉德，张昌浩，丁保勇，等.基于 GIS 的城市道路数字化照明系统的设计[J].华南理工大学学报（自然科学版），2016，44（1）：50-57.

[6]祁力钧，杜政伟，冀荣华，等.基于GPRS的远程控制温室自动施药系统设计[J].农业工程学报，2016，32（23）：51-57.

[7]高延增，邓毅华.智能家居系统的组网即移动端控制实现[J].物联网技术，2015，5（1）：48-50.

[8]邓未玲，李妮妮.基于共享交换云平台的区域基层医疗云总体架构研究[J].物联网技术，2015，5（3）：58-59，63.endprint