基于STM32和μC/OS-Ⅲ的雙觸摸屏無線自助點餐系統(tǒng)設(shè)計

張恩迪，余 萌（湖南大學(xué) 物理與微電子科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙410082）

人們生活水平的提高推動著餐飲行業(yè)的發(fā)展，但是很多企業(yè)依舊依靠傳統(tǒng)的人工服務(wù)、核算和查詢，對服務(wù)員的要求高；單據(jù)多、信息量大、出錯率高，服務(wù)員等候客人點菜耗時多[1]，降低了效率。而已有的點餐器采用的是 ARM9或 ZigBee，成本都太高，而WiFi可靠性不強[2-3]。對此本文提出了雙觸摸屏、無人服務(wù)的無線智能點餐系統(tǒng)，通過降低硬件加強軟件來減少成本。系統(tǒng)以STM32為硬件基礎(chǔ)結(jié)合μC/OS-Ⅲ嵌入式實時操作系統(tǒng)[4-5]，利用 STR-18模塊構(gòu)成組網(wǎng)[6]與 PC（以 Visual Studio作為開發(fā)工具[7]開發(fā)的前臺軟件）進行無線數(shù)據(jù)交換[8]，實現(xiàn)無線點餐。該無線點餐系統(tǒng)融合了無線通信技術(shù)、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、實時處理等。系統(tǒng)硬件配置價格低，減少了人員需求，從而降低了成本，并且提高了工作效率和服務(wù)質(zhì)量，優(yōu)化了業(yè)務(wù)流程。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)主要由一臺PC主機和多個從機(點餐終端系統(tǒng))組成，以一個從機為例，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。從機上連接2個顯示菜單信息的TFTLCD觸摸屏，當(dāng)在一個屏上點菜時，另一個屏上會實時顯示點菜的信息。屏上有呼叫人工服務(wù)按鈕，便于文明呼叫人工服務(wù)。當(dāng)點菜完畢，選擇“完成”即可將菜單發(fā)送到主機上。主機上有由Visual C#編寫的上位機軟件，主機和從機通過無線數(shù)傳模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，主機連接打印機將菜單信息打印出來，用于廚師做菜和結(jié)賬。當(dāng)餐廳需要修改菜單時，通過主機將新菜單通過串口發(fā)送給從機進行修改。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 下位機設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

下位機主控芯片選用STM32f103VBT6，它是意法半導(dǎo)體公司增強型的32位微控制器，采用先進的ARM Cortex-M3內(nèi)核，擁有72 MHz的時鐘頻率、128 KB的Flash、20 KB的 SRAM；有 2個 SPI總線接口、2個 IIC接口、3個 USART、1個 USB、1個 CAN總線以及 2個 12 bit的ADC轉(zhuǎn)換，80個通用的I/O端口。本設(shè)計主芯片上主要連接 2個TFTLCD、EEPROM24C02(用于存儲觸摸屏的校準值)、LED指示燈和JTAG下載口、串口1(PA9、PA10)用于連接到STR-18無線模塊與上位機通信。

TFTLCD采用自帶XPT2046控制芯片的四線電阻式觸摸屏。XPT2046是一款四導(dǎo)線制觸摸屏控制器，內(nèi)含12位分辨率125 kHz轉(zhuǎn)換速率逐步逼近型A/D轉(zhuǎn)換器；支持從1.5 V～5.25 V的低電壓I/O接口，能通過執(zhí)行2次A/D轉(zhuǎn)換查出被按的屏幕位置。觸摸屏共有34個管腳，引腳分布如圖 2所示，BD1～DB16為數(shù)據(jù)位，RST、CS、RS、WR、RD實現(xiàn)復(fù)位、片選、指令數(shù)據(jù)切換、讀寫等控制功能，MISO、MOSI、CLK、T_PEN、T_CS 用于觸摸屏控制。

圖2 觸摸屏引腳圖

兩個LCD觸摸屏分別與STM32f103VBT6連接。兩屏16位的數(shù)據(jù)位分別與STM32f103VBT6的PD口、PE口相連，其中一個TFT屏的連線如圖2所示，另一屏的MISO、MOSI、CLK、T_PEN、T_CS 依 次 對 應(yīng) PB0、PB1、PC4、PC5、PB11，BL、CS、RS、WR、RD 依 次 與 STM32F103 VBT6的 PB10、PB6、PB7、PB8和 PB9 相連。

2.2 無線數(shù)傳模塊在本系統(tǒng)中的實現(xiàn)

主機和從機通信采用STR-18微功率無線數(shù)傳模塊，它具有功率小、ISM頻段工作頻率無需申請頻點、抗干擾能力強、誤碼率低、通信協(xié)議完善、數(shù)據(jù)實時同步和傳輸距離遠等優(yōu)點，支持 1 200 b/s、2 400 b/s、4 800 b/s、9 600 b/s等接口波特率。

在本系統(tǒng)中，使用了2塊STR-18無線數(shù)傳模塊，一塊通過USB轉(zhuǎn)串口模塊與上位機連接(TXD、TXD、GND和VCC4個引腳一一對應(yīng)即可)；另一塊與下位機相連時，除VCC和GND是直接連接以外，TXD和 TXD交叉相連。并把設(shè)置波特率的焊盤跳線J4～J2接成011態(tài)(即9 600 b/s)，J1的 E=1（即插上斷路器）傳輸不帶奇偶校驗的8位數(shù)據(jù)位。

STR-18無線串口通信有點對點、點對多點和多點對多點三種方式，本設(shè)計采用點對多點無線串口通信，如圖3所示。

圖3 點對多點的無線串口通信

2.3 μC/OS-Ⅲ操作系統(tǒng)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用

μC/OS-Ⅲ是一個結(jié)構(gòu)簡單、功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核[5]，適合于如STM32F103VBT6這種沒有MMU的CPU。下位機的點菜界面如圖4所示[9]，左邊是菜單，分頁顯示，顧客選擇一道菜時，通過μC/OS-Ⅲ發(fā)送信號量，此時等待該信號量的任務(wù)首先完成在本屏上使該道菜變?yōu)樗{底白字且顯示在右邊，并使另一觸摸屏完成相同的任務(wù)[10]，使之顯示相同的信息。當(dāng)選擇“上一頁”之類非菜單的選項時不會發(fā)送該信號量。當(dāng)“完成點餐”時會彈出“點餐完成”窗口，并等待PC掃描信號后將顧客菜單發(fā)送到PC，打印給廚師。

圖4 下位機界面

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

主機的上位機軟件由Visual C#編寫，系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。首先從機上電完成初始化，如果要更改菜單，則由上位機通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給所有從機，從機遇到串口接收中斷，則更新菜單顯示；如從機在完成初始化后直接點菜，有顧客在一個觸摸屏菜單上點菜，則兩觸摸屏間進行通信，更新兩屏上已點菜品的顯示。點菜完成后，將菜品通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給主機顯示并打印菜單。本設(shè)計由于從機較多且用到的是串口通信方式，為防止多個從機有可能在同一時刻發(fā)送菜單給主機，采用先給從機編碼，主機循環(huán)發(fā)送從機地址，當(dāng)從機已經(jīng)準備好并接收到是本機的地址時，才發(fā)送菜單給主機。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

上位機界面如圖6所示，有選擇端口和幫助等功能，鼠標點到某個桌號上，會顯示此桌最近時間的點餐信息。本文主要采用serialPort控件來接收下位機的數(shù)據(jù)，其配置應(yīng)與下位機串口配置保持一致，即BaudRate=9 600；Databits=8；Stopbits=1；Parity 為 NONE，并選擇對應(yīng)的COM口，先定義全局變量public string indata="";主要代碼如下：

圖6 上位機界面

本文設(shè)計的雙觸摸屏的無線自助點餐系統(tǒng)，相比于之前的點餐器，既方便快捷智能，又減少了服務(wù)員，節(jié)約了成本。

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