本发明涉及自动零售领域，具体涉及一种自动售货机分布式控制系统。
背景技术
自动售货机(vendingmachine，vem)从广义上来讲是投入硬币、纸币、信用卡等后便可以自动付货的机器。自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易，又被称为24小时营业的微型超市。在日本，70％的罐装饮料是通过自动售货机售出的；全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。目前国内常见的自动售货机共分为四种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机、化妆品自动售货机。
目前市场上常见的自动售货机能够实现的基础功能包括：采用led显示屏、多媒体显示器技术，自动售货机系统与pc系统对接，使消费者可以通过pc控制的触摸屏选购售货机的商品，不但取代选货按键，而且使售货机具有传媒功能；在网络环境支持情况下，具备多种电子支付功能，如信用卡、储值卡等刷卡消费以及手机移动支付；电控系统可以配合纸币、硬币识别器增加代金券功能，可以识别纸质和硬币类型的代金券；将自动售货机当前运营的数据，包括系统状态、系统故障、料道故障、缺货情况、销售数据通过安装在自动售货机上的gprs模块无线传输到售货机网络服务器，运营人员可以在任何一台联网的电脑上掌握售货机的这些信息，运营商还能掌握不同地区、不同机器、不同商品的售卖情况，实现自动售货机的大规模运营和网络化管理。
近两年，在世界范围内，各大互联网企业都在关注智能无人零售的技术。2016年初，瑞典出现了通过手机扫描二维码进门，用手机绑定信用卡支付的无人便利店。2016年底，亚马逊在美国推出无人便利店，通过感知人与货架之间的相对位置和货架上商品的移动来计算是谁拿走了哪一件商品，通过扫描手机上的亚马逊客户端来完成购买，顾客无需排队、无需等待结账。2017年5月，韩国乐天集团在“7-eleven”高端版本“7-elevensignature”，开始测试利用生物技术的“刷手”支付。7月，日系便利店巨头罗森也推出了一款名为“火星兔子”的客户端，宣布进军无人支付领域。
在国内，随着阿里的无人超市体验店在杭州落地，智能零售行业也成为了一个热门的行业，正帮助中国传统线下零售业实现复兴，众多商家都在纷纷寻找切入点进行布局。把无人超市以自动售货机的方式放到城市的各个角落成为最接地气的一种智能零售形态，这种自动售货机一般以智能冰箱的形态出现(但也不限制于冰箱)，区别于传统的只售卖单品类的售货机，智能冰箱中摆放的是各种品类的实物，比如水果，面包，饮料，零食等等，而且对包装的形态也不做任何限制。
智能化自动售货机在技术上能够实现，得益于无线射频识别rfid(radiofrequencyidentification)标签和rfid读写设备的新型应用。无线射频识别rfid技术作为“物联网”的关键技术，近年来受到人们的关注，其可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。在智能化自动售货机中，每一个商品上都贴有一张rfid标签。
通常情况下，智能化自动售货机以一台一台的方式出现在各种场所，并且，每一台智能化自动售货机都包含有一个单独的控制器，该控制器用于全面控制智能锁、rfid读取设备以及后台程序等进行通信，以实现整体功能。此外，在商业区、写字楼或者居民楼比较集中的场所，为了满足不同人群的需求，智能化自动售货机是以多台的形式出现，每一台里面售卖的商品都不一样，通过增加售货机的数量来提高商品的丰富程度，从而更接近无人零售店。
以基于rfid设备的情形为例，智能化自动售货机的硬件成本主要由以下几个部分组成：售货机箱体、智能控制器、智能锁、rfid读取设备、rfid天线和无线路由器。其中，智能控制器、rfid读取设备、无线路由器这三个部件的成本占到了智能化自动售货机硬件成本的一半。
随着智能零售行业的普及推广，智能化自动售货机的需求量也越来越大，能够提供性能价格比优的产品就成了广大设备厂商所追求的目标。在现有技术中，通常都是采用一套控制系统单独控制一个自动售货机的方式来布设系统，这一布设方式存在的问题是，布设n台自动售货机的成本完全就是n乘以1台自动售货机的成本，从总体上来说价格较为昂贵，极大地增加了智能化零售的运营成本。这一问题在智能化自动售货机以多台形式出现的场合尤为突出。鉴于智能化自动售货机的广泛应用前景，以及运营成本对于智能零售行业未来发展的重要性，本发明的发明人在研究现有工作方式的基础上，提出一种新的自动售货机分布式控制系统，能有效克服现有技术存在的缺陷。
技术实现要素：
为了解决背景技术所提及的上述问题，本发明提供一种自动售货机分布式控制系统，所述分布式控制系统用于两个或两个以上自动售货机，其特征在于，所述系统包括一个路由器、一个主控制器、一个rfid读取设备以及两个或两个以上处理器，其中：
所述路由器实现的功能至少包括用于建立所述自动售货机分布式控制系统与服务器、移动终端之间的通信链路；
所述主控制器至少与所述路由器以及所述两个或两个以上处理器中的主处理器电性连接，用于实现所述自动售货机分布式控制系统的总体控制；
所述rfid读取设备至少与所述主控制器或所述主处理器电性连接，其具有多天线接口，可通过硬件电路和软件算法在多根天线之间进行连接切换，对所述两个或两个以上自动售货机中的商品进行盘点；以及，
所述处理器中的每一个分别位于一个所述自动售货机上，至少用于所在自动售货机上的智能锁的控制、相关传感器的控制以及状态信息的采集，多个所述处理器之间采用级联的方式顺次电性连接，位于级联端点的所述主处理器与所述主控制器电性连接。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，所述路由器为4g路由器，至少同时提供一个rs232或rs485或rs422接口、一个以太网lan接口、一个以太网wan接口以及一个wi-fi接口，实现数据透明传输和路由功能。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，所述两个或两个以上处理器均为低成本的通用处理器，并且具有相同的软件设计和相同的硬件设计。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，所述两个或两个以上处理器均为微控制单元mcu(microcontrollerunit)。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，每个所述自动售货机上包括两根或两根以上所述天线，所述rfid读取设备上的多天线接口通过硬件电路和软件算法在所述两根或两根以上天线之间进行连续的连接切换。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，所述rfid读取设备具有一个或多个天线多路复用开关模块。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，所述rfid读取设备具有控制单元和射频开关单元，所述控制单元包括相互连接的拨码开关和无线网络芯片，所述射频开关单元包括射频开关芯片。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，所述rfid读取设备可用一个图像处理设备代替，所述天线用摄像头代替，所述图像处理设备至少与所述主控制器或所述主处理器电性连接，其具有多图像处理接口，可通过硬件电路和软件算法在多个摄像头之间进行连接切换，对所述两个或两个以上自动售货机中的商品进行盘点。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，所述系统进一步包括多个重量感应装置，每个所述自动售货机上均包括两个或两个以上独立货架，所述每个货架均设置有所述重量感应装置，当某一所述自动售货机a的智能锁被顾客请求打开时，所述自动售货机a上的所述处理器用于执行以下操作：根据所述顾客的开锁请求将所述智能锁打开，并指示所述自动售货机a内的每个重量感应装置采集所在货架上所有商品的总重量，当检测到所述自动售货机a的所述智能锁闭合时，指示所述自动售货机a的每个重量感应装置重新采集所在货架上所有商品的总重量，并将所述所有商品总重量发生变化的货架编号发送给所述主控制器；所述主控制器执行以下操作：接收所述处理器发送的所述货架编号，并指示所述rfid读取设备对所述货架编号对应的货架上的商品进行盘点，获取所述货架上被所述顾客取走的商品的类型和数量。
根据所述的自动售货机分布式控制系统，其中，根据所述顾客的开锁请求将所述智能锁打开，并指示所述自动售货机a内的每个重量感应装置采集所在货架上所有商品的总重量具体为：
指示所述自动售货机a内所述每个独立的货架上设置的重量感应装置采集所在货架上所有商品的总重量，并收集每个所述重量感应装置的第一称重结果进行保存，在确保已收到每个所述重量感应装置的称重结果后，才根据所述开锁请求将智能锁打开。
针对上述的缺陷，本发明所提出的自动售货机分布式控制系统，通过一个路由器、一个主控制器和一个rfid读取设备就可以控制多台自动售货机，多个分布式处理器之间采用级联的方式顺次电性连接，由位于级联端点的主处理器与主控制器电性连接，与现有的技术方案相比，本发明最大的优势在于，主控制器只需要一个接口，即可简单地、无限制地扩充分布式自动售货机的数量，并且能够做到每个从自动售货机距离上一级从自动售货机(第一级从自动售货机距离主自动售货机)较近，而每个从自动售货机具有接收并转发信号的能力，以上连接方式可保证每一个从自动售货机接收到的信号质量较好。
附图说明
图1为现有技术中单个自动售货机的控制系统架构图；
图2为现有技术中布设多个自动售货机的控制系统架构图；
图3为根据本发明优选实施例提供的自动售货机分布式控制系统架构图。
具体实施方式
下文将详细参考附图描述本发明的技术方案以及优选实施例，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了诸多细节，但本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施例中，不详细描述公知的方法、过程，以免不必要地使实施例模糊。
在本发明中，自动售货机泛指可以自动实现货物交易和支付的智能设备，对其具体的形状和结构不做任何限制，可放置在机场、火车站、地铁站、办公室、商场、酒店等场所；移动终端泛指可以在移动中使用的计算机设备，广义的讲包括智能手机、pda、平板电脑、笔记本、穿戴式智能设备、pos机甚至包括车载电脑。
参见图1，通常情况下，现有技术中智能化自动售货机以一台一台的方式出现在各种场所，每一台智能化自动售货机的控制系统通常包括无线路由器、智能控制器、rfid读取设备、智能锁、rfid天线等。其中，智能控制器、rfid读取设备、无线路由器这三个部件的成本占到了智能化自动售货机硬件成本的一半。
参见图2，在商业区、写字楼或者居民楼比较集中的场所，为了满足不同人群的需求，智能化自动售货机往往以多台的形式出现，每一台里面售卖的商品都不一样，通过增加售货机的数量来提高商品的丰富程度，从而更接近无人零售店。其中，多台智能化自动售货机中的每一台都包含有一个单独的无线路由器、智能控制器和rfid读取设备，控制器用于全面控制智能锁、rfid读取设备以及后台程序等进行通信，以实现整体功能。
这一布设方式采用一套完整的控制系统单独控制一个自动售货机，存在的问题是，布设n台自动售货机的成本完全就是n乘以1台自动售货机的成本，从总体上来说价格较为昂贵，极大地增加了智能化零售的运营成本。
鉴于智能化自动售货机的广泛应用前景，以及运营成本对于智能零售行业未来发展的重要性，本发明的发明人在研究现有工作方式的基础上，提出一种新的自动售货机分布式控制系统，能有效克服现有技术存在的缺陷。
参见图3，本发明优选实施例提供的自动售货机分布式控制系统通常应用在两个或两个以上自动售货机的场合，其包括一个路由器、一个主控制器、一个rfid读取设备以及两个或两个以上处理器。
路由器实现的功能至少包括用于建立所述自动售货机分布式控制系统与服务器、移动终端之间的通信链路。
在一个优选实施例中，所述路由器为4g路由器，4g路由器是一款工业物联网高速路由器，全线兼容4g/3.5g/3g/2.5g网路，旗舰级配置、vpn链接、工业级防护、宽温设计，可轻松组建高速、稳定的无线传输网络，利用公用lte网络为用户提供无线长距离数据传输功能。
4g路由器优选采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供1个rs232(或rs485/rs422)、以太网lan，以太网wan以及1个wi-fi接口，可同时连接串口设备、以太网设备和wi-fi设备，实现数据透明传输和路由功能。通常支持无线公网和有线wan双链路智能切换备份功能，支持vpnclient(pptp，l2tp，ipsec和gre)，支持对wi-fi接口的数据进行镜像，镜像数据发送到lan口(lan1、lan2、lan3、lan4中的一个端口)，并且不影响该端口的正常使用，wi-fi接口同时支持wi-fiap、apclient和wds功能，支持多种上下线触发模式，包括短信、电话振铃、串口数据、网络数据触发上下线模式，支持apn/vpdn，支持无线视频监控和动态图像传输，支持dhcpserver及dhcpclient，ddns，防火墙，nat，dmz主机等功能，支持tcp/ip、udp、telnet、ftp、http等完善的网络协议。
在本发明中，服务器连接到互联网，通过互联网可访问分布在不同地点的多个自动售货机。自动售货机分布式控制系统通过上述4g路由器建立连接到互联网，从而与服务器进行信息交互。服务器的主要功能可包括：验证顾客身份的信息和/或确认账户余额足够的信息；集中控制和统一修改不同地点的多个自动售货机中售卖产品的价格；作为多个自动售货机的产品信息中心，包括产品给用户的信息或产品信息相关的采购流程；定期检查、集中管理多个自动售货机的库存情况；等等。
移动终端通常由顾客随身携带，顾客用移动终端上安装的具有支付功能的app，例如支付宝或者微信，扫描所述自动售货机正面的二维码，向所述自动售货机发起购物请求。或者，所述自动售货机通过读取移动终端上生成的二维码接收顾客的购物请求。具体地，在自动售货机正面某个位置设置有一用于识别顾客身份信息的二维码读取装置，所述二维码读取装置与处理器电性连接。在一个优选实施例中，所述二维码读取装置集成在自动售货机的电子显示屏上。
主控制器至少与所述路由器以及所述两个或两个以上处理器中的主处理器电性连接，用于实现所述自动售货机分布式控制系统的总体控制。在一个优选实施例中，主控制器基于arm架构，是一个32位精简指令集(risc)处理器架构，具有低耗电的特性，广泛应用于在很多消费性电子产品的嵌入式系统设计场合。从物理位置上来说，路由器和主控制器既可以集成在主自动售货机中，也可以单独设置。
rfid读取设备至少与所述主控制器或所述主处理器电性连接，其具有多天线接口，可通过硬件电路和软件算法在多根天线之间进行连接切换，对所述两个或两个以上自动售货机中的商品进行盘点。优选地，可在每个自动售货机上设置两根或两根以上天线，以提高自动售货机的商品盘点效率，由于rfid读取设备需要在多个自动售货机上的天线之间进行周期切换，在具体实现时，rfid读取设备上的多天线接口通过硬件电路和软件算法在同一自动售货机上的两根或两根以上天线之间进行连续的连接切换，这样做的好处是，针对同一个自动售货机，能在最低的时间内完成商品盘点。
在一个优选实施例中，rfid读取设备采用符合全球多协议超高频(860-960mhz)的rfid超高频读写器的gm-mm922系列模块，可以支持绝大部分超高频(uhf)电子标签的读写，其特点是拥有多种通讯接口，可方便用户的扩展应用，通过通讯接口接驳多路天线。具体地，gm-mm922可实现基于epcclass1gen2空中接口和协议标准的标签的读写操作，并且输出功率可以通过软件调整；并且通过rs485(或rs232)主动通讯接口扩展一个或数个天线多路复用开关模块，所述天线多路复用开关模块采用4路、8路、16路或者由多个标准多路复用开关组合形成的更多路。
在另一个优选实施例中，rfid读取设备包括控制电路和射频开关电路，所述控制电路包括相互连接的拨码开关和无线网络芯片，所述射频开关电路包括射频开关芯片。具体地，拨码开关与无线网络芯片gpio接口连接，输出天线选择启用信号。无线网络芯片gpio接口连接至射频开关芯片，输出多个天线转换信号。射频开关芯片通过电容连接至多条天线，并根据所述多个天线转换信号中的某一个选择一条特定的天线进行输出。
两个或两个以上处理器中的每一个分别位于一个自动售货机上，处理器的具体个数与布设的自动售货机一致，其用于实现所在自动售货机上的智能锁的控制、相关传感器的控制以及状态信息的采集等功能。多个处理器之间采用级联的方式顺次电性连接，也就是说，处理器1连接处理器2，处理器2连接处理器3，以此类推，直至处理器n-1连接处理器n，其中，将位于级联端点的处理器1作为主处理器，与所述主控制器电性连接。通常认为，包括主处理器1的自动售货机为主自动售货机，而其他包括处理器2至处理器n中的一个的自动售货机为从自动售货机。
为了降低设计难度和成本，并且提高量产效率，所述两个或两个以上处理器均采用低成本的通用处理器，例如，微控制单元mcu(microcontrollerunit)，并且具有相同的软件设计和相同的硬件设计。微控制单元mcu的类型很丰富，根据数据总线宽度可分为8位、16位和32位机，根据内嵌程序存储器的类别可分为otp、掩膜、eprom/eeprom和闪存flash，根据存储器结构可分为harvard结构和vonneumann结构，根据指令结构又可分为cisc(complexinstructionsetcomputer)微控制单元和risc(reducedinstructionsetcomputer)微控制单元。在实际应用中，可根据具体需求和性能要求进行灵活选择。
优选地，rfid读取设备可用一个图像处理设备代替，所述天线用摄像头代替，图像处理设备至少与主控制器或主处理器电性连接，其具有多图像处理接口，可通过硬件电路和软件算法在多个摄像头之间进行连接切换，对两个或两个以上自动售货机中的商品进行盘点。具体地，自动售货机箱体内设置有一个或多个摄像头，所述摄像头连接至图像处理设备，所述图像处理设备通过网络连接服务器。在顾客购物时，摄像头拍摄货架上待售商品的实时图像信息并将其发送给图像处理设备，所述图像处理设备根据所述实时图像信息识别出货架上的待售商品种类和数量，初步处理之后发送至服务器，所述服务器根据所述待售商品种类和数量确定被顾客取出的待售商品的种类和数量，根据所述待售商品的种类和数量进行结算。
为了提高自动售货机的盘点速度，从而减少顾客购物所耗费的时间以及下一个顾客等待的时间，分布式控制系统可进一步包括多个重量感应装置，每个自动售货机上均包括两个或两个以上独立货架，所述每个货架均设置有所述重量感应装置，当某一所述自动售货机a的智能锁被顾客请求打开时，所述自动售货机a上的所述处理器用于执行以下操作：根据所述顾客的开锁请求将所述智能锁打开，并指示所述自动售货机a内的每个重量感应装置采集所在货架上所有商品的总重量，当检测到所述自动售货机a的所述智能锁闭合时，指示所述自动售货机a的每个重量感应装置重新采集所在货架上所有商品的总重量，并将所述所有商品总重量发生变化的货架编号发送给所述主控制器；所述主控制器执行以下操作：接收所述处理器发送的所述货架编号，并指示所述rfid读取设备对所述货架编号对应的货架上的商品进行盘点，获取所述货架上被所述顾客取走的商品的类型和数量。
重量感应装置优选为称重传感器，称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用称重传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类，以电阻应变式使用最广。
优选地，自动售货机a上的处理器指示所述自动售货机a内所述每个独立的货架上设置的重量感应装置采集所在货架上所有商品的总重量，并收集每个所述重量感应装置的第一称重结果进行保存，在确保已收到每个所述重量感应装置的称重结果后，才根据所述开锁请求将智能锁打开。
对于通信协议，典型的串行通信标准是rs232和rs485，它们定义了电压、阻抗等，本发明优选rs485，原因在于rs485相比rs232具有以下优点：接口信号电平比rs-232低，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与ttl电平兼容，可方便与ttl电路连接；rs-485的数据最高传输速率为10mbps；rs-485接口强，即抗噪声干扰性好；rs-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺；rs-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的rs-485接口方便地建立起设备网络。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。