觸摸式無線點餐終端系統的設計

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)

隨著國家經濟的不斷發展，人們生活水平和消費水平的提高帶動了餐飲行業的發展，但是很多企業依靠人工記賬、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，消費者對餐飲業的服務形式、環境氛圍、餐飲風格等要素越來越看重.為了提高餐飲業的服務水平和管理效率，結合現代信息技術提出了一種無線點餐系統的設計，該無線點餐系統集成了無線通訊技術、智能掌上電腦、計算機網絡和數據庫技術，數據無線實時傳輸、數據實時處理、實時監控，從而有利于提高工作效率、降低成本、優化業務流程和提高服務的質量，同時也為餐飲業的經營者帶來了更多的利潤.

1 無線點餐系統的功能和結構

無線點餐系統是服務于觸摸交互式多媒體信息與廣告的設備，在高檔餐廳、酒店、咖啡廳等用餐或娛樂場所，實現終端自助點餐、音樂電視(廣告)播放、新聞瀏覽等服務，提升餐廳的服務水平和層次，并能對實用廣告進行智能化播放和管理，使得系統具有較好的市場賣點和強大的盈利能力［1］.無線點餐系統通過具有無線功能的智能點餐終端，服務員或領班可以隨時隨地使用系統為顧客進行點菜、加菜、退菜、催菜、緩菜等操作，數據即時傳入中央服務器，并自動分單打印到各廚房和總臺.網絡采用無線接入，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，無需在大廳或包房中布置任何網線而影響餐廳環境.系統主要功能包括開臺、轉臺、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營情況進行總結.

無線點餐系統主要有智能服務終端、主控計算機及其網絡系統、PC上位機管理軟件組成，用餐者或服務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、關鍵字查找、自定義輸入等方式快捷地將所需要的相關菜譜顯示出來，根據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絡系統瞬間即被傳送到主控計算機，主控計算機發出指令給設在廚房、顧客、服務臺等處.廚房的計算機接到命令后打印出相應的菜單，廚師按單做菜.與此同時，計算機數據系統及時更新數據，這樣顧客查詢以及作結賬憑據，真正做到使客人明明白白消費.整個無線點菜系統的框圖如圖1所示.

圖1 無線點餐系統的結構框圖

2 觸摸式無線點餐終端硬件設計

在該無線點餐系統中，無線點餐終端是系統的重要組成部分，其主要的功能是負責這個系統的信息采集和數據傳輸，下面我們從軟件和硬件設計兩個方面說明該無線點餐終端的設計.其中硬件設計部分主要包括主控電路模塊、電源模塊、無線接收數據傳輸模塊、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據傳輸模塊和觸摸屏模塊的設計.

2.1 無線傳輸模塊的設計

本設計從傳輸速率、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半導體公司開發的一種私有的無線解決方案，是一種系統級芯片器件，由無線收發器、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調制機制，提供1 Mbps的標稱數據速率.為盡可能提高無線性能、減小功率預算，它的開銷很少.這里我們選擇了 nRF2401，nRF2401是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，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，節能設計更方便［2］.DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一根天線同時接收2個不同頻道的數據［3］.此外，其內置地址解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、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，如無線數據傳輸系統、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、穩壓部分、晶振部分、天線部分.電壓VDD經電容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管腳產生的2.4 G電平信號轉換為電磁波信號，或者將電磁波信號轉換為電平信號輸入芯片的 ANT1、ANT2管腳.nRF2401的數據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 無線點餐系統的電路框圖

2.2 觸摸屏模塊的設計

隨著現代電子技術的不斷發展，人們對電子產品的要求日益增高，簡便的人性化的人機交互界面就是其中之一，觸摸技術憑借它直觀、操作簡單等優點，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.本系統就是采用觸摸技術來實現人機交互的.

ADS7846是BB公司生產的一種四線制觸摸屏控制器，可以廣泛地應用在電阻式觸摸屏系統中.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轉換器，其轉換速率可達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，芯片內的6選1模擬多路開關可根據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 轉換器轉換，然后再通過SPI接口將轉換值送入微控制器.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硬件接口電路如圖3所示.

圖3 觸摸屏控制系統的硬件接口電路圖

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為串行數據的輸入和輸出，DCL為外部時鐘輸入引腳，PENIRQ為筆中斷引腳，工作時應通過10～100 K的電阻上拉，當有突發事件發生時，可以向控制器發出中斷請求，所以在本系統中 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，本系統沒有用到，使用時可將其接地.

3 系統軟件設計

在無線點餐系統的終端軟件的設計中，要考慮軟件的調試性、維護性、易擴充性，所以我們采用了結構化編程思路，按各個功能模塊來將其劃分為相互獨立的模塊.其中本系統主要包括主程序、電源管理程序、nRF2401數據傳輸程序、觸摸屏程序、LCD顯示程序、數據庫管理程序和USB數據通信程序的設計等，下面主要介紹nRF2401數據傳輸程序設計和觸摸屏程序的設計.

3.1 nRF2401 程序設計

nRF2401程序設計是軟件系統重要的組成部分，nRF2401程序設計核心內容是單片機實現的無線收發控制程序及數據的校驗算法的實現.使用nRF2401程序設計的主要內容就是單片機對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、發送數據和接收存儲數據.RF2401的收發模式有ShockBurstTM收發模式和直接收發模式兩種，收發模式由器件配置字決定，這里我們把nRF2401收發模式配置為Shock Burst TM模式，在這種模式下發送數據時，MCU只需將經糾錯編碼和加密后的預發送數據送入nRF2401片內的堆棧區，nRF2401會自動加上字頭和CRC校驗碼，然后高速發射;而接收數據時，nRF2401也會自動處理掉字頭和 CRC校驗碼，將有效數據輸出給MCU.也就是說與發送和接收有關的所有通信協議的處理均由nRF2401的片內硬件自動完成，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口和寄存器的外設使用［2］，從而實現通信數據的發送和接收.單片機控制nRF2401芯片收發的軟件流程圖如圖4所示.

3.2 觸摸屏程序的設計

ADS7846可通過片內模擬多路開關的切換，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轉換器中的電壓就不相同，然后再經A/D轉換后，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 結語

本文將現在流行的觸摸技術和嵌入系統軟件思想融合在餐飲行業中，開發了價格低廉、實用性強的一種觸摸式無線點餐系統終端.本方案設計的產品經過測試取得良好的效果，產品觸摸靈敏，無線通信精確，該系統的硬件電路可靠、穩定、抗干擾能力強，軟件的設計實時性很強，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，同時該系統成本低，對設備的要求低，易于生產等特點.總體上來說，本設計提供了一個通用的無線點餐服務硬件平臺，為企業擺脫傳統的服務模式創造了條件.隨著嵌入式領域和信息技術的不斷發展，利用嵌入式設備來實現簡單高效服務的模式將越來越普遍，具有廣泛的市場STC89C52啟動3次SPI傳送來完成轉換.第1次SPI傳送由STC89C52向ADS7846發送控制字，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轉換后的結果數據，至此便完成了ADS7846和STC89C52之間的一次通信.其中觸摸屏軟件設計的流程如圖5所示.應用前景.但該系統推入市場在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無線點餐終端系統設計［D］.北京:北方工業大學，2007.

［2］Nordic Corporation.Single chip 2.4 GHz transceiver nRF2401 datasheet［M］.2004.

［3］Sonavane SS，Kumar V.MSP430 and nRF24L01 based wireless sensor network design with adaptive power control［J］.ICGST － CNIR Journal，2009(7):11 － 15.

［4］宋旵飛，劉曉.基于2.4 GHz的數字無線語音系統設計［J］.寧波大學學報，2010，23:48 －51.

［5］Burr－ Brown Corporation.ADS7846 touch screen controller datasheet［M］.2005.