觸摸式無線點餐終端系統(tǒng)的設(shè)計

楊保亮，王慶閣

(重慶文理學院電子電氣工程學院，重慶 永川 402160)

隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平和消費水平的提高帶動了餐飲行業(yè)的發(fā)展，但是很多企業(yè)依靠人工記賬、人工核算和查詢，因此員工的勞動強度大，效率低，出錯率高，信息化程度低.另一方面，隨著人們生活水平的提高和消費觀念的轉(zhuǎn)變，人們在餐飲消費中不僅要吃飽更要吃好，消費者對餐飲業(yè)的服務(wù)形式、環(huán)境氛圍、餐飲風格等要素越來越看重.為了提高餐飲業(yè)的服務(wù)水平和管理效率，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)提出了一種無線點餐系統(tǒng)的設(shè)計，該無線點餐系統(tǒng)集成了無線通訊技術(shù)、智能掌上電腦、計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，數(shù)據(jù)無線實時傳輸、數(shù)據(jù)實時處理、實時監(jiān)控，從而有利于提高工作效率、降低成本、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和提高服務(wù)的質(zhì)量，同時也為餐飲業(yè)的經(jīng)營者帶來了更多的利潤.

1 無線點餐系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)

無線點餐系統(tǒng)是服務(wù)于觸摸交互式多媒體信息與廣告的設(shè)備，在高檔餐廳、酒店、咖啡廳等用餐或娛樂場所，實現(xiàn)終端自助點餐、音樂電視(廣告)播放、新聞瀏覽等服務(wù)，提升餐廳的服務(wù)水平和層次，并能對實用廣告進行智能化播放和管理，使得系統(tǒng)具有較好的市場賣點和強大的盈利能力［1］.無線點餐系統(tǒng)通過具有無線功能的智能點餐終端，服務(wù)員或領(lǐng)班可以隨時隨地使用系統(tǒng)為顧客進行點菜、加菜、退菜、催菜、緩菜等操作，數(shù)據(jù)即時傳入中央服務(wù)器，并自動分單打印到各廚房和總臺.網(wǎng)絡(luò)采用無線接入，信號覆蓋整個餐廳，在餐廳每個位置的顧客都可以使用該系統(tǒng)，無需在大廳或包房中布置任何網(wǎng)線而影響餐廳環(huán)境.系統(tǒng)主要功能包括開臺、轉(zhuǎn)臺、保留、點菜、加菜、退菜、催菜、緩菜等操作;今日推薦菜品、沽清菜品、預(yù)訂信息、桌臺賬單查看等功能;具有電子菜譜功能，隨時查看菜品圖片.顧客可根據(jù)類別、代碼、拼音碼、名稱等信息瀏覽菜譜，支持口味、做法、退菜原因等備注信息選擇或手工輸入.同時該系統(tǒng)具有實時的成本庫存管理功能，讓老板輕松管理飯店.在每次點菜完成之后，系統(tǒng)將自動完成配料的使用情況計算，并對缺少配料進行提醒.并且能夠有詳盡的報表對每天的經(jīng)營情況進行總結(jié).

無線點餐系統(tǒng)主要有智能服務(wù)終端、主控計算機及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、PC上位機管理軟件組成，用餐者或服務(wù)員在通過智能點餐終端上做點擊或書寫等操作，即可通過代碼輸入、分類選擇、關(guān)鍵字查找、自定義輸入等方式快捷地將所需要的相關(guān)菜譜顯示出來，根據(jù)自己的需要選擇菜單后，點確認鍵提交點菜單，客人的菜單通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬間即被傳送到主控計算機，主控計算機發(fā)出指令給設(shè)在廚房、顧客、服務(wù)臺等處.廚房的計算機接到命令后打印出相應(yīng)的菜單，廚師按單做菜.與此同時，計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)及時更新數(shù)據(jù)，這樣顧客查詢以及作結(jié)賬憑據(jù)，真正做到使客人明明白白消費.整個無線點菜系統(tǒng)的框圖如圖1所示.

圖1 無線點餐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

2 觸摸式無線點餐終端硬件設(shè)計

在該無線點餐系統(tǒng)中，無線點餐終端是系統(tǒng)的重要組成部分，其主要的功能是負責這個系統(tǒng)的信息采集和數(shù)據(jù)傳輸，下面我們從軟件和硬件設(shè)計兩個方面說明該無線點餐終端的設(shè)計.其中硬件設(shè)計部分主要包括主控電路模塊、電源模塊、無線接收數(shù)據(jù)傳輸模塊、信息存貯模塊、觸摸屏模塊、液晶屏顯示模塊、USB通信接口模塊等，下面主要介紹無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和觸摸屏模塊的設(shè)計.

2.1 無線傳輸模塊的設(shè)計

本設(shè)計從傳輸速率、傳輸距離和整體性能幾個方面對目前比較流行的幾種無線方案，無線藍牙、Zighee、WiFi和 Nordic nRF 方案，進行了比較后選擇了Nordic nRF方案.Nordic nRF方案是Nordic半導(dǎo)體公司開發(fā)的一種私有的無線解決方案，是一種系統(tǒng)級芯片器件，由無線收發(fā)器、8051微控制器、4通道12位ADC和各種標準接口組成，采用0.18μm CMOS工藝制造.Nordic nRF使用GFSK調(diào)制機制，提供1 Mbps的標稱數(shù)據(jù)速率.為盡可能提高無線性能、減小功率預(yù)算，它的開銷很少.這里我們選擇了 nRF2401，nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置.芯片能耗非常低，以－5 dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5 mA，接收時工作電流只有18 mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計更方便［2］.DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以使用同一根天線同時接收2個不同頻道的數(shù)據(jù)［3］.此外，其內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調(diào)處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等功能模塊，在用其構(gòu)成射頻電路時只需要很少的外圍元件，因此使用非常方便［3］.nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等.nRF2401A及其外圍電路如圖2所示，包括nRF2401A芯片部分、穩(wěn)壓部分、晶振部分、天線部分.電壓VDD經(jīng)電容C1、C2、C3處理后為芯片提供工作電壓;晶振部分包括Y1、C9、C10，晶振 Y1 允許值為:4 MHz、8 MHz、12 MHz、16 MHz，如果需要1 Mbps的通信速率，則必須選擇 16 MHz晶振.天線部分包括電感 L1、L2，用來將nRF2401A芯片 ANT1、ANT2管腳產(chǎn)生的2.4 G電平信號轉(zhuǎn)換為電磁波信號，或者將電磁波信號轉(zhuǎn)換為電平信號輸入芯片的 ANT1、ANT2管腳.nRF2401的數(shù)據(jù)讀寫使用的是標準的SPI接口，但是單片機上沒有SPI接口，在這里我們使用單片機的IO口模擬SPI接口.

圖2 無線點餐系統(tǒng)的電路框圖

2.2 觸摸屏模塊的設(shè)計

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品的要求日益增高，簡便的人性化的人機交互界面就是其中之一，觸摸技術(shù)憑借它直觀、操作簡單等優(yōu)點，除賦予了使用者更加直接、便捷的操作體驗之外，還使手機的外形變得更加時尚，增加了人機直接互動的親切感，引發(fā)消費者的熱烈追捧，同時也開啟了觸摸屏向主流操控界面邁進的征程.本系統(tǒng)就是采用觸摸技術(shù)來實現(xiàn)人機交互的.

ADS7846是BB公司生產(chǎn)的一種四線制觸摸屏控制器，可以廣泛地應(yīng)用在電阻式觸摸屏系統(tǒng)中.ADS7846的核心是一個具有采樣和保持功能的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速率可達125 kHz，且分辨率可編程為8位或12位.該器件不僅具有X、Y坐標測量功能，還具有電池電壓、芯片溫度、觸摸壓力和外模擬量4種測量功能，其工作方式可由控制字決定，芯片內(nèi)的6選1模擬多路開關(guān)可根據(jù)微控制器送來的命令字來選擇 6個電壓量之一(X+、Y+、Y－、VBAT、TEMP、AUXIN)，并將其送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，然后再通過SPI接口將轉(zhuǎn)換值送入微控制器.此外，ADS7846還集成有觸摸識別電路，當檢測到有觸摸時，該電路會在PENIRQ(筆中斷)引腳輸出一個低電平信號，并以該信號向微控制器提出測量觸點坐標的中斷請求.該芯片采用單電源供電，工作電壓為2.2～5.25 V，且內(nèi)部自帶+2.5 V 的參考電壓［4］.STC89C52 和 ADS7846觸摸屏控制器的觸摸系統(tǒng)硬件接口電路如圖3所示.

圖3 觸摸屏控制系統(tǒng)的硬件接口電路圖

圖3中TX+，TX－，TY+，TY－為位置輸入端，分別對應(yīng)四線制電阻式觸摸屏的四線制接口，BUSY為忙信號指示，ADSCS為片選輸入，DIN和DOUT為串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，DCL為外部時鐘輸入引腳，PENIRQ為筆中斷引腳，工作時應(yīng)通過10～100 K的電阻上拉，當有突發(fā)事件發(fā)生時，可以向控制器發(fā)出中斷請求，所以在本系統(tǒng)中 ADSCS、DCLK、DIN、BUSY、DOUT、PENIRQ分別接STC89C52單片機的P20、P21、P22、P23、P24、P32.另外，IN3、IN4 為兩個附屬 A/D輸入通道，本系統(tǒng)沒有用到，使用時可將其接地.

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在無線點餐系統(tǒng)的終端軟件的設(shè)計中，要考慮軟件的調(diào)試性、維護性、易擴充性，所以我們采用了結(jié)構(gòu)化編程思路，按各個功能模塊來將其劃分為相互獨立的模塊.其中本系統(tǒng)主要包括主程序、電源管理程序、nRF2401數(shù)據(jù)傳輸程序、觸摸屏程序、LCD顯示程序、數(shù)據(jù)庫管理程序和USB數(shù)據(jù)通信程序的設(shè)計等，下面主要介紹nRF2401數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計和觸摸屏程序的設(shè)計.

3.1 nRF2401 程序設(shè)計

nRF2401程序設(shè)計是軟件系統(tǒng)重要的組成部分，nRF2401程序設(shè)計核心內(nèi)容是單片機實現(xiàn)的無線收發(fā)控制程序及數(shù)據(jù)的校驗算法的實現(xiàn).使用nRF2401程序設(shè)計的主要內(nèi)容就是單片機對nRF2401芯片的控制，單片機對nRF2401芯片的控制包括在配置模式下對nRF2401的初始化配置、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收存儲數(shù)據(jù).RF2401的收發(fā)模式有ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種，收發(fā)模式由器件配置字決定，這里我們把nRF2401收發(fā)模式配置為Shock Burst TM模式，在這種模式下發(fā)送數(shù)據(jù)時，MCU只需將經(jīng)糾錯編碼和加密后的預(yù)發(fā)送數(shù)據(jù)送入nRF2401片內(nèi)的堆棧區(qū)，nRF2401會自動加上字頭和CRC校驗碼，然后高速發(fā)射;而接收數(shù)據(jù)時，nRF2401也會自動處理掉字頭和 CRC校驗碼，將有效數(shù)據(jù)輸出給MCU.也就是說與發(fā)送和接收有關(guān)的所有通信協(xié)議的處理均由nRF2401的片內(nèi)硬件自動完成，無需 MCU干涉.而單片機的控制程序主要是nRF2401進行配置，在nRF2401被配置完成之后，MCU就可以把它當作1種具有獨立I/O口和寄存器的外設(shè)使用［2］，從而實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收.單片機控制nRF2401芯片收發(fā)的軟件流程圖如圖4所示.

3.2 觸摸屏程序的設(shè)計

ADS7846可通過片內(nèi)模擬多路開關(guān)的切換，將X+/Y+端接VCC，將X－/Y－端接地，并將X+/Y+和X－/Y－以差分形式接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端.這樣，當點擊觸摸屏的不同位置時，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中的電壓就不相同，然后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，就可得到觸點的輸出值，該輸出值與觸點的位置成近似線性關(guān)系.ADS7846與STC89C52之間通過標準的SPI接口相連，并由

圖4 nRF2401程序流程圖

4 結(jié)語

本文將現(xiàn)在流行的觸摸技術(shù)和嵌入系統(tǒng)軟件思想融合在餐飲行業(yè)中，開發(fā)了價格低廉、實用性強的一種觸摸式無線點餐系統(tǒng)終端.本方案設(shè)計的產(chǎn)品經(jīng)過測試取得良好的效果，產(chǎn)品觸摸靈敏，無線通信精確，該系統(tǒng)的硬件電路可靠、穩(wěn)定、抗干擾能力強，軟件的設(shè)計實時性很強，而且軟件具有模塊化、集成化、通用化的特點，易于維護和升級，同時該系統(tǒng)成本低，對設(shè)備的要求低，易于生產(chǎn)等特點.總體上來說，本設(shè)計提供了一個通用的無線點餐服務(wù)硬件平臺，為企業(yè)擺脫傳統(tǒng)的服務(wù)模式創(chuàng)造了條件.隨著嵌入式領(lǐng)域和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，利用嵌入式設(shè)備來實現(xiàn)簡單高效服務(wù)的模式將越來越普遍，具有廣泛的市場STC89C52啟動3次SPI傳送來完成轉(zhuǎn)換.第1次SPI傳送由STC89C52向ADS7846發(fā)送控制字，含起始位、通道選擇、8/12位模式選擇、差分/單端選擇和掉電模式選擇;后兩次SPI傳送則是STC89C52讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果數(shù)據(jù)，至此便完成了ADS7846和STC89C52之間的一次通信.其中觸摸屏軟件設(shè)計的流程如圖5所示.應(yīng)用前景.但該系統(tǒng)推入市場在PCB布局制板上和程序的健壯性方面還有待進一步優(yōu)化改善.

圖5 觸摸屏軟件流程圖

［1］歐冬梅.基于ARM無線點餐終端系統(tǒng)設(shè)計［D］.北京:北方工業(yè)大學，2007.

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