このシームレスな運用の中核を成すのは、マルチドロップバス（MDB）プロトコルです。これは、自動販売機コントローラがコイン投入機、紙幣識別機、キャッシュレス決済端末、商品ディスペンサーなどの周辺機器と確実に通信できるようにする業界標準の通信インターフェースです。標準化されたアーキテクチャにより、信頼性の高い通信が保証され、システム統合が簡素化され、異なるメーカーの機器間での相互運用性も実現します。
スマート自動販売システムがデジタル決済、IoT接続、Linuxベースの組み込みプラットフォームを積極的に採用するにつれ、堅牢なMDBインターフェースの実装が不可欠となっています。NXP i.MX 8M Miniプロセッサを搭載したiWave i.MX8M Mini SoMは、次世代の自動販売機および無人決済ソリューションの開発を加速するために必要な処理性能、Linuxエコシステム、周辺機器接続機能を提供します。
ソリューションのハイライト:
- i.MX 8M Mini: クワッド
- 最大 4 x Cortex-A53 @1.8GHz および 1 x Cortex-M4
- 2GB LPDDR4
- 16GB eMMC Flash
- Wi-Fi 5 および Bluetooth 5.0 接続
マルチドロップバス（MDB）プロトコル 建築：
MDBはマスタースレーブ通信アーキテクチャを採用しています。この構成では、自動販売機コントローラ（VMC）がマスターとして機能し、コイン投入機、紙幣識別機、キャッシュレス決済端末、その他の周辺機器など、接続されているすべての機器がスレーブデバイスとして動作します。
従来のシリアル通信ではデバイスが独立してデータを送信できるのに対し、MDB通信は常にVMCによって開始されます。コントローラはバス上の各周辺機器を継続的にポーリングして、その状態を確認したりデータを要求したりします。周辺機器はコントローラからアドレス指定を受けた場合にのみ応答するため、共有バス上での通信競合を防ぐことができます。このポーリング機構により、1つのコントローラで最大32個の周辺機器を1つの通信インターフェース上で確実に管理できます。
自動販売機におけるMDB通信の仕組み：
通信は、自動販売機の電源がオンになり、MDBバスが初期化されると開始されます。各周辺機器には事前に定義されたMDBアドレスが割り当てられ、コントローラからのコマンドを待ちます。
コミュニケーションの流れは通常、以下の手順で行われます。
- VMCはMDB通信インターフェースを初期化します。
- VMCは各周辺機器を順番にポーリングします。
- アドレス指定された周辺機器は、その状態または要求された情報を返します。
- VMCは受信したデータを処理する。
- 適切な制御コマンドが対応する周辺機器に送信されます。
そのシンプルな取引の背後には、MDBというプロトコルがあり、それを可能にする役割を果たしている。
図1：リアルタイムMDB通信（このシンプルなトランザクションの背後には、それを可能にしているプロトコルであるMDBが存在する）
実際の自動販売機の取引を考えてみましょう。顧客が硬貨を投入すると、硬貨投入口は内部でそのイベントを検出しますが、すぐにデータを送信しません。代わりに、VMC（自動販売機コントローラー）がそのアドレスをポーリングするまで待機します。次のポーリングサイクルで、硬貨投入口は投入された硬貨の値を報告します。コントローラーは利用可能なクレジットを更新し、選択された商品を検証し、十分なクレジットが受信されると、払い出しコマンドを発行します。
この決定論的な通信モデルは、共有バス上での通信競合を防ぎつつ、同期動作を保証する。
MDBプロトコルの利点：
MDBは、いくつかの重要な利点があるため、自動販売機システムにおける好ましい通信プロトコルとなっています。
- 標準化： 異なるメーカーの周辺機器を連携させて動作させることができます。
- 簡素化された統合: 通信インターフェースを再設計することなく、新しいデバイスを追加できます。
- スケーラビリティ： 複数の周辺機器が単一の通信バスを共有できる。
- 信頼性の高い通信: マスター制御によるポーリングは、通信の競合を最小限に抑え、システムの信頼性を向上させます。
- エラー検出： チェックサム検証と再送信により、通信の堅牢性が向上します。
- 将来の拡張性: このプロトコルは、さまざまな機能レベルとオプション機能をサポートしており、新しい周辺機器が既存の自動販売機コントローラーとの互換性を維持できるようになっている。
MDBハードウェアインターフェースの実装と検証：
MDBプロトコルを最新の組み込みプラットフォームに統合するには、ソフトウェア実装以上のものが必要です。利用可能なMDBインターフェースは、プロセッサに搭載されている標準のUARTインターフェースとは異なり、iWave NXP i.MX 8M Mini SoMとMDB準拠の周辺機器との間で信頼性の高い通信を確保するには、専用のハードウェアインターフェースが必要となります。
これらの課題に対処するため、iWaveは、プロセッサのUART信号をMDBバスに必要な電気特性に変換するカスタムレベルシフト回路を用いたMDBハードウェアインターフェースを実装しました。このインターフェースにより、プロセッサを保護し、信号の完全性を維持しながら、シームレスな通信が可能になります。
コイン投入機、紙幣識別機、キャッシュレス決済端末などの外部周辺機器を接続する前に、ループバック構成を用いてハードウェアインターフェースの検証を行った。この検証手法により、通信インターフェースを分離し、周辺機器固有の変数を導入することなく、送受信経路全体を検証することが可能となる。
ハードウェア検証設定：
検証設定は、レベルシフト回路の後にMDB TX（送信）ラインをMDB RX（受信）ラインに直接接続することによって実装されました。この構成では、iWave NXPから送信されたデータは i.MX 8M ミニ SoM 信号はUARTインターフェースを通過し、レベルシフト回路を通過した後、プロセッサによって受信されます。これにより、UARTコントローラ、レベルシフトハードウェア、PCB配線、および信号の完全性を含む、通信経路全体が検証されます。
図2：MDBハードウェアループバック検証設定
通信の検証:
UARTインターフェースはMDBの通信要件に従って構成され、9600bpsで動作した。あらかじめ定義されたデータパケットのシーケンスがプロセッサから送信され、受信インターフェースで監視されて、ハードウェアパス全体における通信の完全性が検証された。
検証結果：
- UARTデータの信頼性の高い送受信。
- カスタムMDBレベルシフト回路の正常な動作。
- MDB動作速度である9600ボーでの安定した通信。
- 継続的な通信中にパケット損失やデータ破損は発生しない。
- ハードウェア通信経路全体の検証に成功しました。
MDBインターフェース：主要通信仕様
MDBハードウェアインターフェースの検証が成功したことで、iWave NXP i.MX 8M Mini SoMが次世代の自動販売機および無人決済アプリケーションに対応できる準備が整っていることが実証されました。コイン受入機、紙幣識別機、キャッシュレス決済端末、商品ディスペンサーなど、MDB準拠の周辺機器との信頼性の高い通信を提供することで、このプラットフォームはシステム統合を簡素化し、製品開発を加速します。Linuxサポート、高性能処理、豊富な周辺機器接続性を備えたiWave SoMは、OEMおよびソリューションプロバイダーが、開発期間を短縮し、市場投入までの時間を短縮しながら、拡張性、セキュリティ、機能豊富なスマート自動販売機を構築することを可能にします。
iWaveの組み込みソリューションと設計サービスの詳細については、こちらをご覧ください。 www.iwave-global.com をご覧いただくか、 mktg@iwave-global.com
