基于“智能无线点餐”系统设计

汪 迎，白高棚，冯家慧，郝 冉

（郑州大学 信息工程学院，河南 郑州 450001）

基于“智能无线点餐”系统设计

汪 迎，白高棚，冯家慧，郝 冉

（郑州大学 信息工程学院，河南 郑州 450001）

针对中低档餐厅设计的半智能化的无线点餐系统，无线传感网络用的是?Zigbee?协议栈，成本低，低功耗，高精度的设计思路，在手持端口带有RFID模块，顾客可通过前台电脑终端办理会员卡，可充值，可加密。用餐时只需把卡放入识别处，通过解密把请求数据发送至无线模块。两者之间通过串口连接。此时，顾客/服务员可直接用手持端口进行点餐，点餐数据发送后，在前台电脑主控端通过设计的界面可显示点餐信息，当然，后厨也可以看到，但不能进行操作。顾客也可以直接通过前台电脑主控端进行点餐，结账，打印凭。

ZigBee；RFID；上位机；智能；餐厅

本设计是利用ZigBee无线通信技术和RFID射频视频技术来实现点菜系统，整个系统由手持前端，前台端，后厨端三部分组成。设计最终达成了手持端对有效的RFID射频卡的识别，桌号的设定存储，点菜，屏幕显示，打印凭条及无线发送功能。收到有效的RFID标签信号后，可通过手持设备进行点餐，无线模块发送信息，接收到信息后前台端通过串口在计算机上显示菜名，结算后通过后厨端在电脑上显示菜名，前台电脑也可以直接点餐，在后厨显示菜名。设计有硬件电路和软件设计构成。硬件电路有两个，一个是基于STC11F32设计的RFID阅读，标签进行识别，通过按键进行密码认证，确认，LCD显示数据。软件设计是利用LAR Embedded Workbench编译环境 ，运用C语言编写的硬件程序，和利用Microsoft Visual Studio 2008环境编写，运用C++编写的电脑界面可视化程序。

1 系统结构

1.1 硬件结构

1.1.1 ZigBee硬件结构

系统主控电路是由CC2530芯片，晶振电路和射频电路组成。该电路作为整个系统功能实现的核心单元，其连接方式如图1所示。

图1 ZigBee硬件结构电路图

采用增强型8051MCU，在单个芯片上集成了CPU，存储器，常用片内外设和RF射频单元。它具有1 个 8 位 CPU（8051），主频达 32 MHz，具有最大 128 kB可编程FLASH和8 kB的SRAM，片内外设非常丰富，主要包括1个5通道，8位至14位可编程ADC转换器，4个定时器（其中包括1个MAC定时器），2个USART，1个DMA控制器，1个AES128系统处理器，1个看门狗定时器，1个内部稳压器，21个可编程I/O引脚，可配置为通用I/O，也可配置为外设专用引脚。CC2430芯片采

用0.18 μmCMOS工艺生产，在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA和25 mA。具有3种休眠模式，从休眠模式转换到正常模式仅需54 μs，特别适合要求电池长期供电的应用场合。

1.1.2 按键电路

按键部分是用来实现人机通信的，按键的电路图如图2所示。

有 5个按键，分别为 PUSH（中心），UP（上方），DN（下方），LT（左方），RT（右方）。正常情况下均为高电平，当按键按下后输出为低电平。上键和下键经或门的1，2输入端后输出3（4）与左键输入端5相或，其输出端6（10）在与右键输入端9相或，输出端8（13）最终和中心键相或。CC2530芯片上的P2.0口和P0.6口控制着这几个按键。

本系统的设计思想是：进入点菜时，上下是加减键，左键是发送键，右键是进入下一个状态。总共有四个状态，状态1是选择桌号，状态2是选择第一道菜，状态3是选择第二道菜，状态4是选择第三道菜。只要按左键即可发送点菜信息，选满三道菜即自动发送点菜信息，重新回到订桌界面。

1.1.3 屏幕显示电路

本设计所用的12864是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器，列驱动器及128*64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示；12864液晶显示屏共有128*64点阵，即每行显示128点，每列显示64点。此种型号的液晶显示屏以中间间隔平均划分为左屏和右屏分别显示，均为64*64点阵，而且各自都有独立的片选信号控制选择。

图2 按键电路图

图3 屏幕显示电路图

1.1.4 RFID硬件结构

1）主控结构

主控机构是基于STC11F32XE芯片结构，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍。具有低功耗，速度快的特点。STC11F32XE加密性强，无法解密，采用宏晶最新第六代加密技术，超强抗干扰，超强抗静电，整机可轻松过两万伏特静电的测试。输入电压5.5～4.1 V，跟8051内核一样，具有T0/T1两个定时器，具有独特的UART串口独立波特率发生器，支持掉电唤醒外部中断，具有掉电唤醒专门定时器。

2）RC522 硬件电路

MFRC522是高度集成的非接触式读写卡芯片。此发送模块利用调制和解调的原理，并将他们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中（13.56MHz）。具有集成的模拟电路，解调和译码相应，缓冲的输出驱动器与天线的连接使用最少额外部元件，支持ISOI14443A/MIFARE.支持主机接口，具有64字节的发送和接受FIFO缓冲区，灵活的终端模式低功耗的硬复位功能。模拟接口用来处理模拟信号的调制和解调。非接触式UART用来处理与主机通信时的协议要求。FIFO缓冲区快速而方便的实现了主机与非接触式的UART之间的数据传输。

图4 RC522电路

1.2 系统软件结构

上位机软件有两部分构成，即下位机的数据采集和图形界面的操作和统计。

1）下位机数据采集

在下位机中，每一桌的点餐信息先由服务员的终端节点采集，通过ZigBee网络传输给一个协调器，协调器收到每个节点发来的信息后，将其封装成一数据帧，通过串口线传输给电脑。数据帧如表1所示。

表1 数据帧

2）上位机在开始运行后，每个100 ms会检查一次串口缓冲区，如果缓冲区有数据，侧便利每一个数据，查找帧头（数据0xFE），如果查找到帧头，则提取后面的桌号和菜单信息，并将数据保存到Dishes类和Tables类的对象中，Dishes类和Tables类的设计如下：

图5 系统框图

2 图形界面的操作和统计

软件的运行图如图6，其中，界面上部分为导航栏，分别有总览按钮和1～6个餐桌按钮，总览按钮可以看到当前餐厅的就餐情况，包括正在就餐的数量，预计收入的金额；点击导航栏餐桌按钮或者点击就餐的餐桌列表里的对应条目，可以看到该餐桌的菜单和统计信息如图6所示，进入某个餐桌的菜单后，点击打印该桌订单即可答印出菜单，如图7所示。

图6 菜单和统计信息

图7 点菜菜单

2.1 系统初始化

系统启动代码需要完成初始化硬件平台和软件架构所需要的各个模块，微操作系统的运行做好准备工作，主要分为初始化系统时钟，检测芯片工作电压，初始化堆栈，初始化各个硬件模块，初始化FLASH存储，形成芯片MAC地址，初始化非易失变量，初始化MAC层协议，初始化应用层帧数据，初始化操作系统等十余部分，如图8和9所示。

图8 流程图

2.2 网络拓扑图

网络拓扑图如图10所示。

3 网络原理

本设计采用基于Z-stack协议栈的无线传感网络，采用2.4 HMH数据传送频段。

图9 1号桌菜单

图10 网络拓扑图

ZigBee无线传输网络的特点；ZigBee技术是一种短距离，低复杂度，低功耗，低数据速率，低成本的双向无线通讯技术或无线网络技术，是一组基于IEEE802.15.4无线标准研发的有关组网，安全和应用软件方面的通信技术。

Z-stack协议栈简介；ZigBee技术所采用的是自组织网络，网络节点能够适应网络的动态变化，快速检测其他节点的存在和探测其他节点的能力集，网络节点通过分布式算法来协调彼此的行为，无需人工干预和任何其他预置的网络设施，可以在任何时刻，任何地方快速展开并自动组网。由于网络的分布式特点，节点的冗余性和不存在单点故障点，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性和健壮性。

协议工作过程：协议栈一共分为五个层次，分别是物理层，MAC层，网络层，APS层，应用层。物理层支持868/915 MHZ，204 GHz三个频段。与MAC层之间通过节点连接，分别是物理层数据服务接入点和物理层管理实体服务接入点。MAC层与网络层通过节点连接，用到MAC数据实体服务接入点和MAC实体服务接入点。网络层与APS层相连接，APS层的作用是应用层数据处理和绑定功能，也是由数据实体和管理实体两个接入点实现连接的。最后就是应用层了，应用层跟APS层的连接通过APS数据实体服务接入点和管理实体服务接入点。应用层也分为两个部分，一个是普通应用层，一个是ZDO从网络层获取服务。各层之间是通过SAP原理实现各层之间的各种服务。SAP是底层协议给高层提供接口，接口表现形式是一系列原语，层与层之间通过节点实现信息传递。

4 结 论

本论文是以ZigBee技术为基础，设计无线点餐系统中的服务员手持端的功能，附加RFID作为方便快捷的支付认证。先介绍了高端点餐设备的必然性，接着叙述设计思路，要实现的功能等。

首先对系统主控电路，按键电路，RS232串口电路做了研究设计，并在硬件电路设计的基础上对软件程序进行了设计。再者对各个系统化的设计，各个模块进行编程调试，利用不同的实施原理，不同的设计方法，进行硬件和软件上的研究。最后把整个系统联合起来进行功能测试，可以实现基本功能，能得出预期的结果。

设计主要设计应将和软件两个方面的内容，通过阅读大量的有关的资料，对先进的ZigBee无线传感网络，RFID技术有了初步的了解，它们有着广阔的发展前景。在硬件方面，了解了ZigBee，RFID硬件电路的有关知识，电子产品的开发流程及怎样去一步步实现，在软件方面，掌握了IAR软件编程，KEILL4软件STC编程，及Z-stack协议栈，只要学通它们的工作原理，就能根据实际需求在应用层里进行编程。

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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稿件编号：201606019

汪 迎（1965—），女，江西上饶人，硕士，实验师。研究方向：电子基础实验及计算机。