自动售货机软件设计.docx
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自动售货机软件设计
摘要
随着经济水平的提高，人们开始追求灵活、方便、快捷以及自助式服务，这使得自动售货机得以迅猛的发展。
自动售货机吸引了大量的顾客，人们可以利用自动售货机购买饮料，零食等商品。
在发达国家，自动售货机已经成为零售业不可分割的一部分，这种前卫的消费方式吸引了众多客户。
并且，针对地球暖化，新型自动售货机的开发致力于能源的节省。
本论文涉及到自动化、节能和计算机软件的开发，该软件可以更加方便的应用在自动售货机中。
本文对用Java语言设计自动售货机进行了系统的研究，利用Java语言实现自动售货机的硬币识别，币值累加，自动售货，自动找钱功能。
该软件的程序代码具有灵活性和可扩展性，它可以重复使用，而且当整个系统实施一些新的特点时，对现有代码的影响较小。
关键词：
自动售货机；Java设计模式；J2SE
Abstract
Withtheimprovementofeconomiclevel,peoplebegantopursueaflexible,convenient,efficient,andself-service.Akindofmachinewhichiscalledvendingmachineemergesandattractsquantitiesofcustomerstouseittobuydrinks,snacksandsimilarproducts.Indevelopedcountries,thevendingmachinehasbecomeanintegralpartoftheretailindustry,thisavant-gardewayofconsumptionattractedmanycustomers.And,inviewofglobalwarming,newdevelopmentofvendingmachineiscommittedtoenergysaving.Thispaperinvolvestheautomation,energyefficiencyandcomputersoftwaredevelopment,whichcanbemoreconvenientapplicationinthevendingmachine.
Thisthesis hasa systemic study ofthedesignofvendingmachineintheJavalanguage.Thesystemcanachievethefunctionssuchascoinrecognition, currencyaccumulate,vendingmachines,automaticallychangebyusingJavalanguage.Thesoftwareprogramcodehastheflexibilityandextensibility,so itcanberepeateduse,andwhentheentiresystemtoimplementsomenewcharacteristics,therewillbelessimpactonexistingcode.
Keywords:
VendingMachine;JavaDesignPatterns;J2SE
第1章概述
1.1研究的背景和意义
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[1]。
在中国，售货机从1999年开始进入中国市场。
如今，在机场、地铁、商场、公园等客流量较大的场所也不难发现自动售货机的身影。
从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。
大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不短上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。
自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。
自动售货机解放了人力，方便了生活，创造了效益，方便广大的市民。
实践和直觉告诉我们，自动售货机在中国的横空出世，必将为国内的食品、香烟、饮料等诸多行业带来新的契机，中国的现代文明又将以自动售货机的应用和普及开创一个新的时代。
所以设计自动售货机是非常必要的。
1.2自动售货机产业的现状
首先，我们来看一下发达国家的现状。
日本：
各种自动售货机保有量超过600万台，平均20人一台，世界普及率第一。
1990年通过自动售货机实现的销售额已达到5兆日元（约3000亿人民币）。
美国：
总的机器保有量大致和日本相当，2000年通过自动售货机实现的销售额达到250亿美元，其中OCS（OfficeCoffeeService）的销售额排第六位。
韩国：
自动售货机的使用历史要远短于其它发达国家，仅有25年，据2001年的统计，总保有量已超过80万台。
在2001年韩国生产的自动售货机中OCS占32.7%，排第一位，咖啡自动售货机占18.1%，排第三位，仅次于18.6%的充电自动售货机。
瓶罐饮料自动售货机和复合型自动售货机（同机销售瓶罐饮料和热咖啡）都仅占8.6%，并列第四位。
下面，我们来看一下我国的现状[2]。
自动售货机在我国的安放和使用，也已经有10多年的时间，但一直没有全面普及。
中国自1993年开始从日、韩等国引进自动售货机并投放中国市场。
1995年第一台国产自动售货机在北京诞生。
1999年国产自动售货机形成规模生产并批量投放市场。
相对于日本、美国等发达国家，中国目前市场运营的自动售货机数量还很少。
至2000年初，中国自动售货机研发、制造和运营的企业有10多家，天津南开戈德集团规模最大。
在自动售货机运营商方面，主要是由制造企业的关联或下属企业运营，如戈德集团的戈德移动商务公司、澳珂玛集团的澳鸿自动商务公司等，中国目前还没有产生独立的运营商。
自动售货机这种全新的零售方式已逐渐被国人所接受和信赖。
随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。
自动售货机在北京、上海、大连、沈阳、西安开始出现，成为不少年轻人时髦的购物选择。
在国家相关政府部门的大力支持下，中国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的快速发展，丰富了中国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务的时代[3]。
1.3本论文主要研究的内容
本论文主要研究用Java语言进行自动售货机控制系统软件部分的设计，即自动售货机的主控制系统。
可以实现硬币识别，币值累加，自动售货，自动找零的功能。
该设计提高了自动售货机的可靠性和执行效率，且系统维护容易，维修简单，有一定的市场推广价值。
本论文的主要研究工作如下：
第1章，概述。
简要介绍了本次毕业设计的背景，阐述了自动售货机的产业现状，介绍研究本课题的目的、意义和内容。
第2章，Java语言介绍。
主要介绍了Java语言的特点及其发展历程。
第三章，系统环境概述。
介绍了本设计的硬件系统环境及其软件系统环境。
第四章，环境搭建的介绍。
主要讲解如何运行Java程序。
第五章，利用Java语言进行详细设计。
包括总体结构设计与性能分析，主要操作的流程图，具体详细设计以及功能实现。
并介绍了本设计的两个创新点。
最后是总结，对本次的研究工作作出总结，阐明研究出的一些规律，说明了本次工作的重难点。
第2章Java语言介绍
2.1Java语言的特点
Java是1995年6月有Sun公司引进到这个世界的革命性的编程语言，它被美国的著名杂志《PCMagazine》评为1995年十大优秀科技产品。
之所以称Java为革命性编程语言，是因为传统的软件往往与具体的实现环境有关，一旦环境有所变化就需要对软件进行一番改动，耗时费力，而Java编写的软件能在执行码上兼容。
这样，只要计算机提供了Java解释器，Java编写的软件就能在其上运行[4]。
自从1946年世界上第一台电子计算机问世以来，计算模式的发展经历了三个阶段：
集中计算模式、分散计算模式和网络计算模式。
Internet的出现，为在网络计算模式下的科学计算和信息处理提供了良好平台。
然而，要充分利用网络计算模式的功能与效益，平台的运行环境是个制约因素，而Java语言和Java技术则是解决这一问题的最佳途径。
Java语言具有以下特点：
1、Java语言是简单的。
Java语言的语法与C语言和C++语言很接近，使得大多数程序员很容易学习和使用Java。
另一方面，Java丢弃了C++中很少使用的、很难理解的、令人迷惑的那些特性，如操作符重载、多继承、自动的强制类型转换。
特别地，Java语言不使用指针，并提供了自动的废料收集，使得程序员不必为内存管理而担忧。
2、Java语言是一个面向对象的。
Java语言提供类、接口和继承等原语，为了简单起见，只支持类之间的单继承，但支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现机制。
Java语言全面支持动态绑定，而C++语言只对虚函数使用动态绑定。
总之，Java语言是一个纯的面向对象程序设计语言。
3、Java语言是分布式的。
Java语言支持Internet应用的开发，在基本的Java应用编程接口中有一个网络应用编程接口，它提供了用于网络应用编程的类库，包括URL、URLConnection、Socket、ServerSocket等。
Java的RMI机制也是开发分布式应用的重要手段。
4、Java语言是健壮的。
Java的强类型机制、异常处理、废料的自动收集等是Java程序健壮性的重要保证。
对指针的丢弃是Java的明智选择。
Java的安全检查机制使得Java更具健壮性。
5、Java语言是安全的。
Java通常被用在网络环境中，为此，Java提供了一个安全机制以防恶意代码的攻击。
除了Java语言具有的许多安全特性以外，Java对通过网络下载的类具有一个安全防范机制，如分配不同的名字空间以防替代本地的同名类、字节代码检查，并提供安全管理机制让Java应用设置安全哨兵。
6、Java语言是体系结构中立的。
Java程序在Java平台上被编译为体系结构中立的字节码格式，然后可以在实现这个Java平台的任何系统中运行。
这种途径适合于异构的网络环境和软件的分发。
7、Java语言是可移植的。
这种可移植性来源于体系结构中立性，另外，Java还严格规定了各个基本数据类型的长度。
Java系统本身也具有很强的可移植性，Java编译器是用Java实现的，Java的运行环境是用ANSIC实现的。
8、Java语言是解释型的。
如前所述，Java程序在Java平台上被编译为字节码格式，然后可以在实现这个Java平台的任何系统中运行。
在运行时，Java平台中的Java解释器对这些字节码进行解释执行，执行过程中需要的类在联接阶段被载入到运行环境中。
9、Java是高性能的。
与那些解释型的高级脚本语言相比，Java的确是高性能的。
事实上，Java的运行速度随着JIT（Just-In-Time）编译器技术的发展越来越接近于C++。
10、Java语言是多线程的。
在Java中，线程是一种特殊的对象，它必须由Thread类或其子类来创建。
通常有两种方法来创建线程：
其一，使用型构为Thread（Runnable）的构造子将一个实现了Runnable接口的对象包装成一个线程，其二，从Thread类派生出子类并重写run方法，使用该子类创建的对象，即为线程。
Thread类已经实现了Runnable接口，因此，任何线程均有它的run方法，而run方法中包含了线程要运行的代码。
线程的活动由一组方法来控制。
Java语言支持多个线程的同时执行，并提供多线程之间的同步机制。
11、Java语言是动态的。
Java语言的设计目标之一是适应于动态变化的环境。
Java程序需要的类能够动态地被载入到运行环境，也可以通过网络来载入所需要的类。
这也有利于软件的升级。
另外，Java中的类有一个运行时刻的表示，能进行运行时刻的类型检查[5]。
2.2Java的发展
Java自正式问世以来已经历了数年的历程，其发展极快。
一年一度在美国旧金山召开的世界JavaOne语言开发者大会（JavaOneDeveloperConference）盛况空前正说明了这一点。
四年中每年的JavaOne大会，既是了解Java最新技术动态、应用成果和下一步发展趋势的最好场所，又是推动下一年Java快速发展的重要动力。
首届JavaOne大会于1996年召开，各届简况如下：
1996年5月29-31日，第一届，出席会议者6500余人，来自工业界的超过一半。
有人评价说：
“这是近年计算机界最光辉的一次盛会”。
工业界相当看好Java语言，认为它的使用将会引起一场软件革命：
从软件的设计风格、设计方法、设计目标到设计过程，都会产生彻底的变革，“甚至会改变此星球的生活方式”。
1997年，第二届，出席会议者10000人。
Java的追随者不断增加，应用开发迅速起步。
1998年3月24-27日，第三届，出席会议者14000余人，注册门票售价1195美元，否则1395美元，即使如此，仍有不少人不惜工本，挤入会场。
本次会议除了软件巨头微软未参加会议外，几乎所有的计算机公司都参加了。
展厅内设300多个展台，先后举行了90场专题讨论会，每场参加的人数从千人至五六千人不等。
会议的主题是：
通过Java的培训来带动Java软件的开发和技术研究，从而发展生产力，获取高额利润，提高生活质量，推动信息产业的进步。
会议展出的内容大致如下：
Java开发工具软件，如：
JMF、JDK、SymantecVisualCafe、JavaDynamicManagementKit、JFC、JNDI、JavaStudio等；
企业信息管理解决方案软件，如：
EJB；
基于Java技术的信息家电，如：
机顶盒、Java电话等；
个人信息综合服务、社会信息综合查询亭；
电子商务软件、智能卡、JavaCardAPI等；
网络计算环境下的Java服务器软件、远程方法调用、基于Java技术的移动计算设备；
JMS用于出版、票据订阅的软件；
JOS、基于Java技术的NC和JavaStation。
随着Internet的飞速发展,企业计算模式正摒弃C/S结构而采用Web-Browser结构,此即瘦客户端/胖服务器、大容量数据库的3层或N层体系结构。
由于Java的特点，使得它在开发服务器端的应用程序方面有着得天独厚的优势，面向服务器端的J2EE为当今逐渐流行的N层体系结构提供了一个标准的Java计算平台：
界面一致、工具简易、丰富、Web页面互联便捷，从而能大大加速和简化各种应用系统的开发。
Java语言的出现和发展，得到了IT业界的青睐，它像一面大旗，凝聚了世界众多的厂商与Sun公司一道，结成了对抗微软垄断的联盟。
许多知名厂商纷纷购买Java许可证，目前已有90多万个软件开发商加入了Java阵营，1亿个Java最终用户，几千种Java应用软件产品，1500余种Java书籍。
IBM公司提出“高举Java大旗，全力以赴”的口号，它在全世界的11个国家有28个实验室，集聚了2500余名技术人员，全天侯24小时进行全方位开发；芯片巨人Intel提出“抓住时机，占领Java阵地”决心使Intel芯片系统成为开发Java应用运行的最佳平台；Novell则宣称“Java是Novell的未来，未来是服务器端Java的市场”；作为Java发明者的Sun公司，坚持“保卫Java大旗，发展Java之路”的方针，从而占领市场。
此外，HP、Oracle、Apple、Sybase、Netscape、Informix、3Com、Motorola等公司均是Sun的坚强同盟。
在中国，Java的开发可以说是“人才济济，成果累累”。
如清华大学王克宏教授带领的课题组面向全国，自96年开始举办了多期Java培训班和讲座，开设了数期本科生、研究生Java课程，出版了“Java系列丛书”10余册，承担了国家“九五”攻关项目“基于Java技术的交互式远程教学系统”，并与日本就Java开发进行了国际合作，成绩斐然；东大阿派下属的宝钢东软软件技术研究中心是国内是首屈一指的Java研发骨干企业，该中心从95年起就开始了Java的研发，目前，已掌握了PersonalJava的核心移植技术，并成功地将JVM移植到汽车导航平台。
此外，他们还开发出支持Jini协议的即插即用网络打印机软件，以及一套Jini信息家电网络的可视化演示环境，完成了基于JavaBeans的组件化软件开发及运行支持环境等多项成果；在台湾，22家知名计算机公司成立了“Java联盟”，并在台北建立了“Java开发中心”，新竹建立了“Java语言实验室”；在香港，举行了全岛Java杯比赛，掀起了学习Java的热潮。
Java的浪潮汹涌澎湃，席卷全球。
Java发展至今日,已不仅仅是一种编程语言,实际上已形成了一门技术。
其内容包括：
1、Java软件包
Java语言及其编程技术、JavaOS、Java开发环境与工具、Java语言的各种软件包、数据库接口JDBC等。
2、Java虚拟机及其规范
3、Java嵌入技术
1999年8月2日，Sun公司宣布名为MAJC的专门为Java语言设计的的芯片优化研制成功，欲与Intel试比高低。
该芯片在设计时采用了模块式高性能计算引擎，实质为一种芯片级并行处理机，能以更有效的方式分解计算任务，特别适合处理多媒体数据。
Sun公司希望通过MAJC芯片的发布催生出一个基于Java语言的微处理器家族，与Intel公司竞争。
设想中的Java处理器将应用在从低价消费电子产品到高端因特网服务器领域。
4、Java计算
基于Java技术的企业Internet/Intranet信息系统以及其他应用系统。
5、Jini技术
1999年初正式发布后，立刻得到业界的广泛支持。
Jini的出现为Java网络连接提供了公共标准，使得任何Java设备都可以连入网络中被自动识别，并可充分利用网络上已有的各种资源。
它把网络上的各类设备（包括消费类电子设备如移动电话、PDA、DTV、HPC、NC、游戏机、电冰箱、智能卡等等）和各种软件组合成一个单一、动态的分布式系统，使网络更易于操纵、易于管理，具有更高的可配置性。
Jini将使网络具有自发性，它的出现大大扩展了“计算”和“计算机”的含义，极大地简化了网络操作，对家庭用户来说，使用网上设备即插即用，就像使用电话一样方便。
Java和Jini不仅可以不依赖于Windows为代表的操作系统，而且引导着信息产业的潮流，使Sun公司能在未来的、非PC类电子产品的数字化市场中强占制高点。
6、Jiro平台
异质网络环境中安装的存储系统的多样性和分布性，给存储管理带来了巨大的挑战。
用户和开发人员都希望能有一种技术，能更好地促进企业存储管理方案的开发。
而Jiro平台正是解决此问题的革命性方案。
Jiro平台实现了Java和Jini技术，它是一个便于用户管理异质网络上由各种服务器、存储和设备组成的混合环境的开放式存储管理平台。
它对操作系统是中立的。
Jiro为跨异质存储局域网（SAN）的管理服务和设备提供了一个开放平台，允许服务器、存储和联网设备在异质网络环境中无缝地协同工作。
Jiro平台为开发者带来的好处有：
允许开发者利用各种实现管理存储网络的目标功能创建应用；提供了一个可以在各种应用、服务和设备之间交互操作的组件模型；允许设备易被增加、删除；允许应用或服务被自动更新。
1999年7月，Sun发布了正式的Jiro规范草案，供公众讨论、修改。
目前，Jiro平台的团体成员已超过25家，支持Jiro平台的厂商超过300家。
有眼光的厂商纷纷加入到这些组行列，从而加快了Jiro的发展[6]。
2.3本章小结
本章介绍了Java语言。
从Java语言的特点及其Java语言的发展历程进行介绍。
第3章开发环境概述
3.1系统硬件环境概述
自动售货机是集光、机、电一体化的独立机构，它只需要顾客投币和按键购物选择即可自动售货及退钱找零，其工作程序如下图所示：
图3-1自动售货机工作时序图
自动售货机的工作原理是：
首先，从投币口送入货币，然后通过传感器采集数据、识别器判断货币的真伪并判别面值。
然后，识别器把信息数据传送给通信模块。
通信模块与售货机的主控制系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已经售完，并等待顾客选择商品。
顾客选择商品后，售货机自动把商品送出，等待顾客取走。
在交易过程中，如果金额足够多，顾客可以将找回的零钱取回，完成交易；如果款额不足，则不能进行交易。
下面结合图3-2对本自动售货机做进一步描述：
如图3-2示，这种具备商品信息和健康建议功能的自动售货机包括机身1、商品收容室2、货物传送装置、中央处理器，机身1上有商品取出口3、货币投入口4，商品收容器、货物传送装置、中央处理器均设置在机身内，从货币投入口4投入货币后，如需找零，剩余的货币从退币口5退出，购买的商品从商品取出口3传送出来；机身1上还设置有商品健康信息触摸显示器6，商品健康信息触摸显示器6连接中央处理器，中央处理器连接商品健康信息存储器。
商品健康信息触摸显示器6设置在货币投入口4的上面。
图3-2自动售货机
图3-3是自动售货机的硬件原理图，如图所示，人们在通过触摸的方式操作商品健康信息触摸显示器6后，商品健康信息触摸显示器6会将此信息传送给中央处理器，中央处理器从商品健康信息存储器中查找到相关信息后，从商品健康信息触摸显示器6显示出来，供人们查阅。
图3-3硬件原理图
综上所述，自动售货机控制系统可以分为三部分组成，即自动售货机的主控制系统、通讯系统、硬币及纸币识别系统。
其中主控制系统是本设计的研究重点。
下面将着重介绍。
3.2系统软件环境概述
本设计是利用Java语言设计的，下面将分别介绍本系统的运行平台及运行环境。
目前Java运行平台主要分为下列3个版本。
1、J2SE：
称为Java标准版或Java标准平台。
J2SE提供了标准的SDK开发平台（以前称为JDK开发平台）。
利用该平台可以开发Java桌面应用程序和低端的服务器应用程序，也可以开发JavaApplet程序。
2、J2EE：
称为Java企业版或Java企业平台。
使用J2EE可以构建企业级的服务器应用程序，J2EE平台包含了J2SE平台，并增加了附加类库，以便支持目录管理、交易管理和企业级消息处理等功能。
3、J2ME：
称为Java微型版或Java小型平台。
J2ME是一种很小的Java运行环境，用于嵌入式的消费产品中，如移动电话、掌上电脑或其它无线设备等。
本系统的运行平台是J2SE。
同时，本系统的运行环境是Java7。
Java7具有以下特性：
首先，Java7采用了模块的划分方式来提速，一些不是必须的模块并没有下载和安装，因此在使用全新的Java7的虚拟机的时候会发现真的很快，当虚拟机需要用到某些功能的时候，再下载和启用相应的模块，这样使
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