基于近場通訊和物聯網的飯堂自動計價系統

陸興華　謝輝迪　許劍銳

摘 要：在物聯網平臺下，設計飯堂自動快速計價系統，提高飯堂的工作效率。提出一種基于近場通訊的DSP數字信號處理的物聯網下的飯堂自動計價系統設計方法。進行了系統的總體設計和模塊化硬件設計，飯堂自動計價系統主要分為價格信息的發射模塊、信息接收模塊、信息處理模塊和輸出模塊等，輸入信號經過變阻器分壓送到TDA8920BTH的輸入引腳，TDA8920BTH完成對輸入信號的PWM調制、調制波的功率放大輸出。采用近場通訊原理設計接收電路，接收電路主要任務是將接收通道、參考通道兩路信號經過放大、濾波、阻抗變換等預處理后送入A/D進行采樣，低通濾波選用AD公司AD712465，組成二階低通濾波器，采用BLR（基線恢復器）進行輸入信號的倍頻均衡處理，完成系統的集成設計。仿真結果表明，采用該系統進行飯堂自動計價控制，具有較好的穩定性和準確性，工作效率較高。

關鍵詞：飯堂；自動計價系統；物聯網；近場通信

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2015）06-

Abstract： In the IOT platform， automatic pricing system design to improve the working efficiency of the canteen， canteen. This paper presents an automatic pricing system design method of near-field communication DSP digital signal processing under the Internet of things based on the dining hall. The system overall design and modular hardware design， canteen automatic pricing system mainly consists of price information transmitting module and information receiving module， information processing module and output module etc. Input signal after rheostat points pressure delivered to TDA8920BTH input pin， and TDA8920BTH completed the input signal of PWM modulation， the modulation wave power amplifier output. The near field communication principle is applied to design receiving circuit， through which the main realized task is pretreated， including receive channel and reference channel signals after amplification， filter， impedance transforming into the A / D sampling， low pass filtering selecting ad company AD712465， consisting of a second-order low-pass filter， and using the BLR （baseline restorer） to achieve frequency equalization of the input signal processing ， therefore completing system integration design. Simulation results show that using the system canteen automatic pricing control， has good stability and accuracy and work efficiency high.

Keywords： Canteen； Automatic Pricing System； Internet of Things； Near Field Communication

0 引言

通過對大型飯堂快速自動計價系統優化設計，提高對大型飯堂的管理水平和智能控制能力，從而改善飯堂的工作效率。大型飯堂的計價系統是構建在物聯網環境下的，采樣數據傳感器和近場通訊的方法進行數據傳輸和價格共享，提高數據交互能力，物聯網系統是傳感器密集的分布式實時嵌入式系統，設計物聯網環境下的大型飯堂的快速自動計價控制系統，提高物聯網平臺下的飯堂價格信息數據的自適應實時分發能力[1]。隨著現代信號和信息處理的發展，對大型飯堂的計價系統的改進設計，實現信息化處理、遠程管理控制和智能化管理。本文提出一種基于近場通訊的DSP數字信號處理的物聯網下的飯堂自動計價系統設計方法，首先進行了系統的總體設計，進行了飯堂自動快速計價系統的價格信息發射模塊設計、接收模塊設計和數字近場通訊模塊設計等，最后進行系統的軟件設計，仿真實驗進行了性能測試，展示了本文設計的飯堂自動計價系統的可靠性和穩定性。

1 系統總體設計和功能模塊分析

在物聯網平臺下進行大型飯堂的自動計價系統設計，本文設計的飯堂自動計價系統主要分為價格信息的發射模塊、信息接收模塊、信息處理模塊和輸出模塊等，信息處理模塊又包括了PWM調制、調制波的功率放大、近場通訊等硬件電路的設計[2-4]，系統總體設計結構框圖如圖1所示。

圖1中，價格信息通過發射模塊輸入到數字信號處理系統中，數字信息處理芯片采用的DSP是AD公司的AD9225芯片，提高系統性能，提高系統的識別率和價格信息的自動控制和處理能力[5-8]。最后，采用近場通訊進行輸入信號的調制解調處理，通過CAN能譜發送程序，輸出信號經低通濾波后驅動發射天線，在物聯網平臺下，主要完成向自動計價系統256能譜數據的實時發送，進行計算機自動控制，需要發送32個微幀，系統中的TDA8920BTH工作在BTL輸出模式下，程序發送配置流程如如圖2所示。通過上述對系統的總體設計構架，對系統的功能模塊進行分別設計。

2 系統的模塊化電路設計

以上述總體設計為構架，進行系統的功能模塊設計，飯堂自動快速計價系統的功能模塊設計中，主要模塊包括了價格信息發射模塊設計、接收模塊設計和數字近場通訊模塊等，發射模塊的主要任務是向發射天線提供價格數據信息，通過物聯網系統中的無線傳感器將交變磁場輻射出去，其系統框圖如圖3所示。

發射板的核心芯片為philips公司的D類功放芯片——TDA8920BTHv，輸入信號經過變阻器分壓送到TDA8920BTH的輸入引腳，TDA8920BTH完成對輸入信號的PWM調制、調制波的功率放大輸出。在發射電路設計時，需要串聯一個適當電容，使發射探頭串聯諧振在工作頻率上，根據串聯諧振，可得工作頻率如公式（1）所示：

系統的數據發射模塊采用的是單通道（SE）和橋接負載方式，放大器閉環增益：30±1 dB，THD≤0.15%（P=1 W，f=1 kHz。

本文設計的飯堂自動計價系統的接收模塊采用近場通信原理，接收電路主要任務是將接收通道、參考通道兩路信號經過放大、濾波、阻抗變換等預處理后送入A/D進行采樣，飯堂自動計價系統的接收電路的共模抑制比高達93 dB，帶寬 ，設計近場通訊濾波電路，對噪聲進行濾波處理[5-8]，近場通信的濾波系統的傳遞函數為：

根據上述設計方法，低通濾波選用AD公司AD712465，組成二階低通濾波器，得到基于近場通訊的飯堂自動計價系統的接收電路的失真度為： ，噪聲為 ，通過對接收模塊設計，對調理后的飯堂自動計價系統的接收和參考信號進行采樣，實現價格信息的融合。

在上述接收模塊設計的基礎上，進行系統的數字模塊設計，根據系統的功能需求，數字電路部分由A/D、D/A、信號處理器（DSP）等功能模塊組成，實現對飯堂菜品價格的自動計價和數字通訊，系統的數字模塊采用電容進行交流耦合，假設 代表耦合電容C前輸入的價格信息，放電時間， ， 是隨參數不斷變化的，采用BLR（基線恢復器）進行輸入信號的倍頻均衡處理，運放輸出端變為負電平，輸出信號直流分量為 。假設自動計價系統的耦合電容 設為10 ，單位負增益緩沖器電阻R設為200 ，采用基線恢復器進行計價系統的信息接收，得到系統的數字信息處理模塊電路如圖4所示。

圖4中，采用從外部串行EEPROM中引導的方式，EEPROM選用ATMEL公司提供的512Kbit SPI串行EEPROM芯片AT25HP512，D/A模塊負責提供發射信號，D/A選用AD5621，AT25HP512作為從機（slaver）通過SPI接口與主機（master）BF561連接。系統設計中，整個系統的數字信息處理系統是核心單元，主控系統由基準電源，加電復位電路，移位寄存器組成，其中，電平觸發控制輸入引腳（高電平有效），采用級聯方式，對接收通道和參考通道同時進行采樣，兩片AD7767-1的數據依次從1～2傳輸，選擇AD公司的高性能過采樣模數轉換器——AD7767-1進行模數轉換。主機的發送與從機的接收相連，輸出范圍在-VDD/2～+VDD/2之間，串行數據輸入引腳，芯片內置16位移位寄存器，通過上述處理，實現了飯堂自動計價系統的主控電路設計，設計電路如圖5所示。

大型飯堂自動計價系統集成設計中，數字板主要芯片的電壓及工作電流參數如表1所示。

3 系統測試與仿真實驗

為了測試本文設計的飯堂自動快速計價系統的性能，進行仿真實驗，實驗中，模擬控制管腳包括SENCE和VREF，飯堂自動計價系統的最大時鐘頻率 ，選用頻率為30MHz、電壓為3.3V的有源晶振作為時鐘源，應該并聯一個 的小電容來抑制高頻干擾。在系統調試時或者重新加載程序時，通過手動按鍵，產生復位信號。通過監控3.3V電壓，當VCC電壓低于2.93V時，外部引腳BMODE[1：0]的狀態，進行飯堂自動計價。在系統測試過程中，接收電路上的+5V由電源芯片LM1117-5提供，寬電壓輸入范圍：9V～15V，接收電路的輸出電壓6V，輸出電流不小于1A，選用線性穩壓芯片，用于DSP及其外設、ADC、DAC、的供電，調節器可以在外部2.25V～3.6V電壓輸入的情況下，產生0.85V～1.35V的內核電壓，在物聯網環境下進行價格信息的采集，得到不同通道采樣下飯堂價格信息的數據采集結果如圖6所示。

以此為基礎，進行飯堂價格信息自動計價，為提高自動計價系統的收斂性能，通過近場通訊把頻率降到0值附近，并獲得信號的相位信息，得到自動計價輸出如圖7所示。

從圖7可見，采用本文系統能實現快速自動計價，提高飯堂的管理性能，為了測試本文系統在進行價格計價中的性能，采用自動計價控制的收斂性為測試指標，得到仿真結果如圖8所示。從圖8可見，采用本文系統進行飯堂自動計價控制的收斂性較好，價格輸出可靠穩定，性能優越。

4 結語

隨著現代信號和信息處理的發展，對大型飯堂的計價系統的改進設計，實現信息化處理、遠程管理控制和智能化管理。本文提出一種基于近場通訊的DSP數字信號處理的物聯網下的飯堂自動計價系統設計方法，首先進行了系統的總體設計，進行了飯堂自動快速計價系統的價格信息發射模塊設計、接收模塊設計和數字近場通訊模塊設計等，系統測試結果表明，該系統進行飯堂自動計價控制的收斂性較好，系統穩定性和可靠性較高，性能優越。

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