基于“智能無線點餐”系統設計

汪 迎，白高棚，馮家慧，郝 冉

（鄭州大學 信息工程學院，河南 鄭州 450001）

基于“智能無線點餐”系統設計

汪 迎，白高棚，馮家慧，郝 冉

（鄭州大學 信息工程學院，河南 鄭州 450001）

針對中低檔餐廳設計的半智能化的無線點餐系統，無線傳感網絡用的是?Zigbee?協議棧，成本低，低功耗，高精度的設計思路，在手持端口帶有RFID模塊，顧客可通過前臺電腦終端辦理會員卡，可充值，可加密。用餐時只需把卡放入識別處，通過解密把請求數據發送至無線模塊。兩者之間通過串口連接。此時，顧客/服務員可直接用手持端口進行點餐，點餐數據發送后，在前臺電腦主控端通過設計的界面可顯示點餐信息，當然，后廚也可以看到，但不能進行操作。顧客也可以直接通過前臺電腦主控端進行點餐，結賬，打印憑。

ZigBee；RFID；上位機；智能；餐廳

本設計是利用ZigBee無線通信技術和RFID射頻視頻技術來實現點菜系統，整個系統由手持前端，前臺端，后廚端三部分組成。設計最終達成了手持端對有效的RFID射頻卡的識別，桌號的設定存儲，點菜，屏幕顯示，打印憑條及無線發送功能。收到有效的RFID標簽信號后，可通過手持設備進行點餐，無線模塊發送信息，接收到信息后前臺端通過串口在計算機上顯示菜名，結算后通過后廚端在電腦上顯示菜名，前臺電腦也可以直接點餐，在后廚顯示菜名。設計有硬件電路和軟件設計構成。硬件電路有兩個，一個是基于STC11F32設計的RFID閱讀，標簽進行識別，通過按鍵進行密碼認證，確認，LCD顯示數據。軟件設計是利用LAR Embedded Workbench編譯環境 ，運用C語言編寫的硬件程序，和利用Microsoft Visual Studio 2008環境編寫，運用C++編寫的電腦界面可視化程序。

1 系統結構

1.1 硬件結構

1.1.1 ZigBee硬件結構

系統主控電路是由CC2530芯片，晶振電路和射頻電路組成。該電路作為整個系統功能實現的核心單元，其連接方式如圖1所示。

圖1 ZigBee硬件結構電路圖

采用增強型8051MCU，在單個芯片上集成了CPU，存儲器，常用片內外設和RF射頻單元。它具有1 個 8 位 CPU（8051），主頻達 32 MHz，具有最大 128 kB可編程FLASH和8 kB的SRAM，片內外設非常豐富，主要包括1個5通道，8位至14位可編程ADC轉換器，4個定時器（其中包括1個MAC定時器），2個USART，1個DMA控制器，1個AES128系統處理器，1個看門狗定時器，1個內部穩壓器，21個可編程I/O引腳，可配置為通用I/O，也可配置為外設專用引腳。CC2430芯片采

用0.18 μmCMOS工藝生產，在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27 mA和25 mA。具有3種休眠模式，從休眠模式轉換到正常模式僅需54 μs，特別適合要求電池長期供電的應用場合。

1.1.2 按鍵電路

按鍵部分是用來實現人機通信的，按鍵的電路圖如圖2所示。

有 5個按鍵，分別為 PUSH（中心），UP（上方），DN（下方），LT（左方），RT（右方）。正常情況下均為高電平，當按鍵按下后輸出為低電平。上鍵和下鍵經或門的1，2輸入端后輸出3（4）與左鍵輸入端5相或，其輸出端6（10）在與右鍵輸入端9相或，輸出端8（13）最終和中心鍵相或。CC2530芯片上的P2.0口和P0.6口控制著這幾個按鍵。

本系統的設計思想是：進入點菜時，上下是加減鍵，左鍵是發送鍵，右鍵是進入下一個狀態。總共有四個狀態，狀態1是選擇桌號，狀態2是選擇第一道菜，狀態3是選擇第二道菜，狀態4是選擇第三道菜。只要按左鍵即可發送點菜信息，選滿三道菜即自動發送點菜信息，重新回到訂桌界面。

1.1.3 屏幕顯示電路

本設計所用的12864是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅動器，列驅動器及128*64全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示；12864液晶顯示屏共有128*64點陣，即每行顯示128點，每列顯示64點。此種型號的液晶顯示屏以中間間隔平均劃分為左屏和右屏分別顯示，均為64*64點陣，而且各自都有獨立的片選信號控制選擇。

圖2 按鍵電路圖

圖3 屏幕顯示電路圖

1.1.4 RFID硬件結構

1）主控結構

主控機構是基于STC11F32XE芯片結構，增強型8051內核，速度比普通8051快8～12倍。具有低功耗，速度快的特點。STC11F32XE加密性強，無法解密，采用宏晶最新第六代加密技術，超強抗干擾，超強抗靜電，整機可輕松過兩萬伏特靜電的測試。輸入電壓5.5～4.1 V，跟8051內核一樣，具有T0/T1兩個定時器，具有獨特的UART串口獨立波特率發生器，支持掉電喚醒外部中斷，具有掉電喚醒專門定時器。

2）RC522 硬件電路

MFRC522是高度集成的非接觸式讀寫卡芯片。此發送模塊利用調制和解調的原理，并將他們完全集成到各種非接觸式通信方法和協議中（13.56MHz）。具有集成的模擬電路，解調和譯碼相應，緩沖的輸出驅動器與天線的連接使用最少額外部元件，支持ISOI14443A/MIFARE.支持主機接口，具有64字節的發送和接受FIFO緩沖區，靈活的終端模式低功耗的硬復位功能。模擬接口用來處理模擬信號的調制和解調。非接觸式UART用來處理與主機通信時的協議要求。FIFO緩沖區快速而方便的實現了主機與非接觸式的UART之間的數據傳輸。

圖4 RC522電路

1.2 系統軟件結構

上位機軟件有兩部分構成，即下位機的數據采集和圖形界面的操作和統計。

1）下位機數據采集

在下位機中，每一桌的點餐信息先由服務員的終端節點采集，通過ZigBee網絡傳輸給一個協調器，協調器收到每個節點發來的信息后，將其封裝成一數據幀，通過串口線傳輸給電腦。數據幀如表1所示。

表1 數據幀

2）上位機在開始運行后，每個100 ms會檢查一次串口緩沖區，如果緩沖區有數據，側便利每一個數據，查找幀頭（數據0xFE），如果查找到幀頭，則提取后面的桌號和菜單信息，并將數據保存到Dishes類和Tables類的對象中，Dishes類和Tables類的設計如下：

圖5 系統框圖

2 圖形界面的操作和統計

軟件的運行圖如圖6，其中，界面上部分為導航欄，分別有總覽按鈕和1～6個餐桌按鈕，總覽按鈕可以看到當前餐廳的就餐情況，包括正在就餐的數量，預計收入的金額；點擊導航欄餐桌按鈕或者點擊就餐的餐桌列表里的對應條目，可以看到該餐桌的菜單和統計信息如圖6所示，進入某個餐桌的菜單后，點擊打印該桌訂單即可答印出菜單，如圖7所示。

圖6 菜單和統計信息

圖7 點菜菜單

2.1 系統初始化

系統啟動代碼需要完成初始化硬件平臺和軟件架構所需要的各個模塊，微操作系統的運行做好準備工作，主要分為初始化系統時鐘，檢測芯片工作電壓，初始化堆棧，初始化各個硬件模塊，初始化FLASH存儲，形成芯片MAC地址，初始化非易失變量，初始化MAC層協議，初始化應用層幀數據，初始化操作系統等十余部分，如圖8和9所示。

圖8 流程圖

2.2 網絡拓撲圖

網絡拓撲圖如圖10所示。

3 網絡原理

本設計采用基于Z-stack協議棧的無線傳感網絡，采用2.4 HMH數據傳送頻段。

圖9 1號桌菜單

圖10 網絡拓撲圖

ZigBee無線傳輸網絡的特點；ZigBee技術是一種短距離，低復雜度，低功耗，低數據速率，低成本的雙向無線通訊技術或無線網絡技術，是一組基于IEEE802.15.4無線標準研發的有關組網，安全和應用軟件方面的通信技術。

Z-stack協議棧簡介；ZigBee技術所采用的是自組織網絡，網絡節點能夠適應網絡的動態變化，快速檢測其他節點的存在和探測其他節點的能力集，網絡節點通過分布式算法來協調彼此的行為，無需人工干預和任何其他預置的網絡設施，可以在任何時刻，任何地方快速展開并自動組網。由于網絡的分布式特點，節點的冗余性和不存在單點故障點，任何節點的故障不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性和健壯性。

協議工作過程：協議棧一共分為五個層次，分別是物理層，MAC層，網絡層，APS層，應用層。物理層支持868/915 MHZ，204 GHz三個頻段。與MAC層之間通過節點連接，分別是物理層數據服務接入點和物理層管理實體服務接入點。MAC層與網絡層通過節點連接，用到MAC數據實體服務接入點和MAC實體服務接入點。網絡層與APS層相連接，APS層的作用是應用層數據處理和綁定功能，也是由數據實體和管理實體兩個接入點實現連接的。最后就是應用層了，應用層跟APS層的連接通過APS數據實體服務接入點和管理實體服務接入點。應用層也分為兩個部分，一個是普通應用層，一個是ZDO從網絡層獲取服務。各層之間是通過SAP原理實現各層之間的各種服務。SAP是底層協議給高層提供接口，接口表現形式是一系列原語，層與層之間通過節點實現信息傳遞。

4 結 論

本論文是以ZigBee技術為基礎，設計無線點餐系統中的服務員手持端的功能，附加RFID作為方便快捷的支付認證。先介紹了高端點餐設備的必然性，接著敘述設計思路，要實現的功能等。

首先對系統主控電路，按鍵電路，RS232串口電路做了研究設計，并在硬件電路設計的基礎上對軟件程序進行了設計。再者對各個系統化的設計，各個模塊進行編程調試，利用不同的實施原理，不同的設計方法，進行硬件和軟件上的研究。最后把整個系統聯合起來進行功能測試，可以實現基本功能，能得出預期的結果。

設計主要設計應將和軟件兩個方面的內容，通過閱讀大量的有關的資料，對先進的ZigBee無線傳感網絡，RFID技術有了初步的了解，它們有著廣闊的發展前景。在硬件方面，了解了ZigBee，RFID硬件電路的有關知識，電子產品的開發流程及怎樣去一步步實現，在軟件方面，掌握了IAR軟件編程，KEILL4軟件STC編程，及Z-stack協議棧，只要學通它們的工作原理，就能根據實際需求在應用層里進行編程。

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Design of intelligent wireless point meal system

WANG Ying，BAI Gao-peng，FENG Jia-hui，HAO Ran
（School of Information Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China）

In view of the middle and low Restaurant Design of semi intelligent wireless point meal system，wireless sensor network with Zigbee protocol stack，low cost，low power consumption，high accuracy of the design ideas，in the handheld port with RFID module，customers can through the front desk for membership card，can be encrypted.When you eat，just put your card in the identification.Between the two through the serial port connection.At this point，the client/server can be directly with a handheld port meal.After ordering data sent，in the front desk computer main control end through interface design can display the ordering information，of course，the kitchen can also see，but not to carry out the operation.Customers can also directly through the front of the computer to control the main point of the meal，checkout，print.

ZigBee；RFID；PC；intelligent；restaurant

TN-7

：A

：1674－6236（2017）13-0053-05

2016-06-02稿件編號：201606019

汪 迎（1965—），女，江西上饒人，碩士，實驗師。研究方向：電子基礎實驗及計算機。