無線Wi-Fi粵菜點餐系統設計

摘要：隨著21世紀微電子技術、集成電路、物聯網和無線通信技術的快速發展，智能制造和控制已經滲透到人們工作和生活的方方面面，改變著人們的工作方式和生活方式。文章開發一款以智能魔方中樞系統為核心，以無線通信Wi-Fi模塊、LCD12864液晶顯示器等為輔的智能粵菜點餐系統。該系統以單片機為控制核心，采用無線Wi-Fi通信模塊實現將各餐桌已點好的菜品傳送到手機服務臺，手機端可通過App查看處理各餐桌菜單，以方便管理。

關鍵詞：單片機；無線通信Wi-Fi模塊；LCD12864液晶顯示器；按鍵

中圖分類號：TP315 "文獻標志碼：A

0 引言

餐飲業作為我國第三產業中的一個傳統服務性行業，隨著經濟突飛猛進地增長，始終保持著旺盛的增長勢頭，市場潛力巨大，然而，大部分中小型餐飲業（由于投資經費有限和小本經營）仍然采用傳統的服務模式，通過人工操作的方式為顧客提供服務，顧客就餐過程中的多個環節效率差、服務質量低。隨著餐飲業經營模式的擴大，客戶流量增加，人工操作方式將面臨更加嚴峻的挑戰，進一步造成顧客和服務人員之間的矛盾。快節奏的生活方式和不斷變化的消費觀念促使餐飲業改進其自身的運營模式，提高工作效率，提升服務品質，滿足顧客對方便快捷等方面的需求。

正因如此，無線通信Wi-Fi粵菜點餐系統應運而生。它不但可以有效提高工作效率，而且可以調節服務體系，提高總體服務質量以及管理水平，為規模營業建立技術基礎。

1 系統總設計

無線通信Wi-Fi粵菜點餐系統主要由單片機最小系統、菜單按鍵檢測電路、無線通信Wi-Fi模塊、液晶顯示LCD12864模塊和為各個模塊提供電源的總電源模塊組成。該系統的工作過程如下。

（1）顧客首先在無線Wi-Fi粵菜點餐系統中通過按鍵菜單確認餐桌的座位號，如1，2……，等，然后選擇自己喜歡的菜品，菜品附帶價格。

（2）當顧客點餐下單后，無線通信Wi-Fi粵菜點餐系統上的液晶顯示屏會實時顯示顧客所選菜品及其金額、座位號和總價格。系統左側有一個發送按鍵，消費者確認所選信息正確無誤后可以按下發送按鍵，同時餐廳后臺連接到Wi-Fi的手機App將收到來自顧客點餐上傳的菜品、座位號和全部金額。

2 系統硬件設計

2.1 單片機最小系統

單片機最小系統由單片機、復位電路和振蕩電路3個部分組成。

2.2 單片機

單片機是一種集成電路芯片，由包含中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、4個雙向的8位并行I/O端口和中斷系統、定時器/計數器等功能，將這些功能模塊集成到由一塊硅芯片構成的一個小而完善的微型計算機系統中。它是一種功耗低、性能高、體積小、質量輕、價格便宜的8位CMOS微處理器［1］。

2.3 復位電路

在單片機最小系統中，復位電路必不可少。復位是單片機的初始化操作，只須給單片機的復位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平即可將單片機自動恢復到初始設置，如PC的初值為0000H，SP的初值為07H，其他基本清零［2］。這大大增強了整體架構的穩定性與信賴度。復位電路主要分為手動復位和自動復位2類。本設計復位電路是由按鈕、電解電容和電阻構成的手動及自動一體的復位電路。

2.4 時鐘電路

單片機執行的指令均是在CPU控制器的時序控制電路的控制下進行的，各種時序均與時鐘周期有關。本設計時鐘電路選用12 MHz晶振。為了優化振蕩效果，選擇2個33Pf的瓷介電容和晶振相結合，形成一個并聯諧振電路，從而增強了系統的穩定性和可信度。

2.5 無線通信Wi-Fi模塊

常用的Wi-Fi模塊通信頻率為2.4 GHz，2.4 GHz是國際聯合通信組通用的無線頻段，由于Wi-Fi模塊的種類不同、頻率不同［3］，本系統選擇的無線通信Wi-Fi模塊型號為ESP8266，頻率范圍為2.412～2.484 GHz。在這一模塊中，有2種通信方式：綁定模式和指令模式。在綁定模式下工作，一旦定義了主設備，則不能修改，不能添加到其他設備；在指令模式下工作，通過搜索并配對以確定誰是主從機。該系統使用指令模式，上位機和Wi-Fi模塊成功匹配后，單片機設備為主機，上位機為從機，主機發送指令到上位機，也可以從上位機獲取數據。該模塊具有體積小、功耗低等特點。ESP8266模塊具有高效的AT指令，提高了開發效率。本系統采用AMS1117-3.3降壓芯片，將DC 5 V直接轉化為3.3 V輸出。電容為電解電容，起到濾波作用，濾除電源中的低頻參量，讓電壓輸出更加平滑穩定。Wi-Fi模塊與單片機的連接方式是Wi-Fi的TXD引腳連接單片機的RXD引腳，Wi-Fi的RXD引腳連接單片機的TXD。

2.6 LCD12864液晶顯示器

LCD12864液晶屏是在HD44780液晶屏的基礎上開發的，HD44780采用物理信號控制，而LCD12864采用數字量控制，控制精度更高［4］。LCD12864由3部分組成：主顯示單元、處理單元和存儲器。顯示晶片是具有人機交互界面的外部設備；LCD12864由3種存儲器組成：DDRAM、CDRAM和CDROM，它們存儲不同的數據信息。其中，DDRAM存儲處理單元發送的數據，CDRAM存儲主顯示單元輸出的數據，CDROM存儲主顯示單元的自定義拓展字符。LCD12864液晶顯示屏有20個引腳。2個電源引腳（3引腳電源GND和4引腳電源正極VCC）、2個片選信號端（1引腳CS1和2引腳CS2）、1個對比度調節端（5引腳V0）、一個寄存器選擇端（6引腳RS）、1個讀寫控制端（7引腳R/W）、1個使能信號端（8引腳E）、8個數據線（9～16引腳D0～D7）、1個復位端（17引腳RST）、1個LCD驅動負壓輸出端（18引腳VOUT）和2個背光源正負極端（19和20引腳BLA和BLK）。本設計采用LCD12864并行通信方式，連接電位器來調節液晶屏的對比度。

2.7 菜單按鍵檢測電路

本設計選擇4引腳物理按鈕，2個對角插腳組成2組常開開關，按下按鈕，2組對角常開觸點吸合，從常開狀態變為常閉狀態，使開關插腳1和2連接到單片機的I/O接口，插腳3和4與電源相連。單片機的I/O接口默認為高電平。按鍵后，單片機引腳接地。I/O接口從高電平跳轉到低電平，單片機通過按鍵實現高低電平的跳轉處理，即菜單命令輸入。

3 系統軟件程序設計

3.1 Keil軟件

Keil軟件用于開發單片機系統的軟件環境。功能模塊程序以及底層模塊程序組合在一起，構成了本系統軟件部分。

Keil軟件應用廣泛，51/52和STM32系列單片機都可以使用該開發軟件編輯源文件程序并且進行編譯、連接和生成可執行文件。Keil軟件使用方便，可以做到對系統程序進行編譯和修改，進行同步仿真。在使用Keil軟件進行調試時，底層程序事先被調錄到軟件中，僅須選擇好單片機芯片的類型，調試過程即可被自動調用。

3.2 系統工作流程設計

本設計軟件系統在開始工作后，控制中心下達給輸入模塊對應的指令，發送傳感器收集的數據到控制單元，控制單元處理收集到的數據，將這些數據存儲在內存中。當須要輸出數據時，控制單元會向輸出模塊發送命令。處理數據仍存儲在存儲器中。系統軟件工作流程如圖1所示。

3.3 Wi-Fi模塊驅動軟件設計

Wi-Fi模塊可通過串口在透明傳輸模式下運行，可支持串口即插即用，這在很大程度上減少了用戶過程的復雜性［5］。在這種工作模式下，任何被收到和發送的數據，全部以透明方式傳輸，即Wi-Fi接口和串行端口之間沒有任何請求。在該系統透明傳輸模式中，當用戶發送指令，將它們通過Wi-Fi模塊發送給控制器，然后由控制器系統分析和處理數據，最終讓系統采取相應的行動。當系統想要從用戶獲取數據，通過Wi-Fi模塊，相關的數據被發送到以前的上位機軟件。

3.4 LCD12864液晶顯示流程

LCD12864用作輸出結果顯示模塊，則必須在每次向其發送數據或命令之前先讀取狀態。只有在非活動狀態下才能發送有效的數據或命令，否則會引起錯誤，其操作順序包括讀操作時序和寫操作時序，具體程序流程如圖2所示。

4 系統調試

4.1 系統硬件測試

首先在焊接電路之前，用砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨光滑，以增加其導電性，然后再用萬用表對所焊接的元器件逐一進行數值、性能、引腳名稱等確認測量，確保元器件性能優越，減少在通電后的故障排查。然后需將元器件和各個功能模塊焊接在覆銅板上，根據系統硬件電路設計，對照PCB電路圖布局分布分別進行焊接。本設計無線通信Wi-Fi粵菜點餐系統硬件測試的主要步驟如下。

（1）將該系統劃分為單片機最小系統、菜單按鍵檢測電路、無線通信Wi-Fi模塊、LCD液晶顯示模塊。用萬用表測量電容、電阻、二極管等，觀察有無出現異常，測試結果為各個元器件均正常。

（2）根據PCB原理圖，在覆銅板上對照PCB位置進行插件并焊接。單片機芯片和液晶顯示器的引腳多，可以使用與其引腳數目相同的管腳座進行焊接，避免因芯片引腳多、焊接時間長將芯片燒壞。

（3）全方位檢查整個硬件電路的布局及焊接情況，察看是否存在器件放置錯誤、焊接漏焊、脫焊、虛焊、焊孔或者器件引腳短接的情況，按照總電路原理圖核對各模塊電路的連接關系，經過前期的測量和檢查，焊接完畢后測試結果均為正常。

4.2 關鍵器件測試

完成軟硬件測試之后便可啟動本系統，在啟動之前須要保證電源正常工作。用萬用表測量電路各處電壓是否正常，經多次對系統關鍵點的實際測量，各關鍵點電壓都正常，接通電源并按下系統復位按鍵，讓其手動復位。

5 結語

本系統利用單片機技術、互聯網技術實現顧客在飯店通過無線Wi-Fi粵菜點餐系統對飯店菜品進行瀏覽和下單點菜，為顧客點餐帶來便利，同時也使飯店更新菜單變得簡單，推廣菜品變得更加容易。該系統能有效破解中小型餐飲業目前面臨的困局，節約管理成本，提高管理水平，滿足用戶個性化需求。智能魔方中樞系統——基于單片機的無線Wi-Fi粵菜點餐系統將更富有時代氣息，更有優勢，必然能獲得越來越多的市場認可和應用，具有一定的經濟價值和推廣意義［6］。

參考文獻

［1］吳必造.基于Linux的智能家居控制終端系統的設計與實現［D］.成都：電子科技大學，2013.

［2］包依勤.基于物聯網技術的智能家居系統的研究與探討［J］.物聯網技術，2013（10）：38-41.

［3］高紹斌.基于聲波的近距離無線通信系統研究與設計［D］.太原：太原理工大學，2014.

［4］張小紅.基于Android的無線智能家居系統設計與研究［D］.成都：電子科技大學，2016.

［5］于靜，程俊.智能家居系統的建設和研究［J］.電子世界，2015（9）：134-136.

［6］王秀霞.基于STC12C5410AD系列單片機的智能LED照明系統設計［J］.照明工程學報，2012（6）：36-39.

（編輯 王永超編輯）

Design of wireless Wi-Fi Cantonese food ordering system

DU" Yongfeng， JIE" Zhan， LI" Zehao， ZHOU" Siyuan

（Zhanjiang Institute of Science and Technology， Zhanjiang 524094， China）

Abstract：" With the rapid development of microelectronics technology， integrated circuit， Internet of Things and wireless communication technology in the 21st century， intelligent manufacturing and control have penetrated into all aspects of people’s work and life， changing people’s way of work and life. This design develops an intelligent Cantonese food ordering system with intelligent Rubik’s cube central system as the core and wireless communication Wi-Fi module and 12864LCD display as the auxiliary to solve the current problems.This system uses single-chip microcomputer as the control core， and adopts wireless Wi-Fi communication module to realize the transmission of dishes ordered at each table to the mobile phone service desk. The mobile phone side can observe the menus sent by each table through the App so as to facilitate management.

Key words： single-chip microcomputer; wireless communication Wi-Fi module; LCD12864 display; key