【正文】 無線電子菜譜系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)附程畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1 1 論文的研究目標 2 3第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證 4 系統(tǒng)組成 4 總體方案設(shè)計 5 主控制器模塊 5 無線模塊 6 彩屏模塊 8 SD卡模塊 8 觸屏模塊 9 語音模塊 11 電源模塊 11 傳感器模塊 12 串口模塊 12第三章 硬件電路設(shè)計 14 14 15 TFT彩屏模塊 16 SD卡模塊 17 觸屏模塊 19 語音模塊 19 電源模塊 21 溫度傳感器模塊 21 串口模塊 22第四章 軟件的設(shè)計 23 開發(fā)調(diào)試工具 23 軟件調(diào)試 24 移動端硬件驅(qū)動程序 24 接收端硬件驅(qū)動程序 30 上位機程序設(shè)計 33第五章 系統(tǒng)調(diào)試分析 42 移動端調(diào)試 42 移動端和接收端聯(lián)調(diào) 43 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 44第六章 總結(jié) 45參考文獻 46致 謝 47附 錄 48II第一章 緒論 人類利用無線通信技術(shù)的歷史已經(jīng)有幾千年了，古時候用的烽火臺就是最原始的無線通信。但這時候的無線通信技術(shù)還只是處于萌芽階段，只有到19世紀末意大利人馬可尼發(fā)明無線電報開始，人類才真正開始大規(guī)模地利用無線通信技術(shù)。近數(shù)十年來隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)更是以日新月異的速度向前發(fā)展，它也成為了通信領(lǐng)域的一個重點研究方向?，F(xiàn)代的無線通信技術(shù)是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，因此微電子技術(shù)的發(fā)展直接制約著無線通信技術(shù)的發(fā)展[1]?；仡櫦呻娐返陌l(fā)展歷程，我們可以看到，自發(fā)明集成電路至今40多年以來，“從電路集成到系統(tǒng)集成”這句話是對IC產(chǎn)品從SSI（Small Scale Integrated小規(guī)模集成電路）到VLSI（Very Large Scale Integrated超大規(guī)模集成電路）今天特大規(guī)模集成電路發(fā)展過程的最好總結(jié)，即整個集成電路產(chǎn)品的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的板上系統(tǒng)（Systemonboard）到片上系統(tǒng)（Systemonachip）的過程。隨著集程度的提高，芯片的體積能耗和成本在逐步降低，這也使電子產(chǎn)品向便攜式和低端市場發(fā)展。雖然微電子的發(fā)展歷史已經(jīng)有半個多世紀，但是射頻芯片的發(fā)展卻是近幾年的事。從分類上來看，射頻芯片屬于專用集成電路。目前國際上有很多專門生產(chǎn)射頻芯片的公司，例如Nordic公司和Chipcon公司。這些芯片一般工作在免費頻段，采用專門的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，內(nèi)部集成了很多電路。像Nordic公司的NRF24L01芯片，它是單片射頻收發(fā)芯片，～ ISM（Industry Science medicine，工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)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5dBm的功率發(fā)射時，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使NRF24L01可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數(shù)據(jù)。無線電子點菜系統(tǒng)是無線通信技術(shù)的一個典型應(yīng)用。近些年來，隨著人民生活水平的提高和生活方式的轉(zhuǎn)變，餐飲業(yè)具有巨大的投資市場，被稱為中國的黃金產(chǎn)業(yè)。人們在消費過程中對服務(wù)質(zhì)量也有了更高的要求，同時餐館之間的激烈競爭也促進了無線通信技術(shù)在餐飲業(yè)中的應(yīng)用。 RF無線通信技術(shù)、嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及觸摸屏的掌上電腦技術(shù), 實現(xiàn)餐飲業(yè)的全面數(shù)字化，降低人工費用。無線電子點菜系統(tǒng)能夠進一步提高餐廳檔次、提高點菜效率，而且具有結(jié)賬、更新菜單、實時查看賬單等功能，而且能夠有效避免人為錯誤、避免跑單、實時查看餐館收益情況、提供查看諸如今日流水賬這樣的統(tǒng)計信息等，用數(shù)字化的手段來革新餐飲行業(yè),優(yōu)化業(yè)務(wù)流程,為每位客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，實現(xiàn)餐廳利潤的最大化而又不至于成本過高,是餐飲行業(yè)向信息化發(fā)展的一個重要標志。由于使用無線技術(shù)通信，可以不用進行復雜的布線，這也大大降低了餐館的建設(shè)成本，減少了對線路維護的開支。同時，無線通信設(shè)備的可移動性也使服務(wù)員隨時可以和吧臺聯(lián)系。無線電子點菜系統(tǒng)基于目前很熱門的技術(shù)——嵌入式技術(shù)，依托一定的硬件平臺。因此微電子技術(shù)的發(fā)展對系統(tǒng)的性能有很大的限制，目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了SOC（System On Chip，片上系統(tǒng)），集成度獲得了極大的提高。同時，芯片的價格，體積和能耗進一步降低，這些都使無線電子點菜系統(tǒng)向移動化和大眾化方向發(fā)展。可以說，隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，無線電子點菜系統(tǒng)仍然有很大的發(fā)展空間。 論文的研究目標本設(shè)計主要是用一個主控模塊控制外圍器件使其協(xié)調(diào)工作，初步?jīng)Q定通信方式使用單工方式，先實現(xiàn)其功能，即多個從機只向主機發(fā)送信息，主機不返回任何信息，可制作一個移動端（發(fā)送端）和一個連接電腦的接收端進行演示。其基本功能應(yīng)包括：，利用觸屏等方式輸入信息；，例如進行語音提示；，連接電腦的接收端實時接收數(shù)據(jù)并解碼，再利用串口傳送至電腦，電腦上位機程序最后進行相應(yīng)操作，完成一次點單過程。對于后期產(chǎn)品功能初步實現(xiàn)后再考慮半雙工的通信方式，進行實時數(shù)據(jù)更新、點單反饋等更人性化的操作。本文是對無線電子菜譜系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)進行了深入的研究，全文共分為六章，各章節(jié)的內(nèi)容安排如下：第一章 介紹了本文的研究背景和各章節(jié)的內(nèi)容安排情況。第二章 先介紹了系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)，然后對每個模塊進行選型，并對所使用的芯片及其原理進行了簡單的介紹。第三章 在上一章的基礎(chǔ)上設(shè)計自己的硬件平臺，詳細介紹了平臺的組成部分和各自的功能。第四章 主要介紹了移動端、接收端和上位機軟件方面的設(shè)計。第五章 主要講了系統(tǒng)調(diào)試方面所遇到的問題，以及對該問題的分析，并提出解決方法。第六章 對本次的設(shè)計工作進行了總結(jié)，包括所思、所感、所得等。100第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證 系統(tǒng)組成根據(jù)對本系統(tǒng)基本功能的理解，可為本系統(tǒng)描述一個基本的使用場景：當顧客從服務(wù)員手中拿到點菜系統(tǒng)的移動端，餐桌號已由服務(wù)員預(yù)先輸入，此時播放語音提示，提示顧客直接進入點菜流程，通過觸屏顧客一頁頁的瀏覽菜單，包括價格、菜品圖片、菜系等信息，最終顧客完成點菜，單擊“完成”按鈕，進行語音溫馨提醒“美味稍等片刻”，此后屏幕再次恢復到點菜前的界面，為豐富顯示內(nèi)容，此時顯示實時溫度，直到觸發(fā)進入下次點菜流程。而電腦端在接收到經(jīng)過解碼的數(shù)據(jù)之后，信息入庫，提示有一新菜單。這樣移動端與接收端就協(xié)調(diào)工作最終完成一次點單流程。由此可確定本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)應(yīng)包括語音模塊、TFT彩屏模塊、主控模塊、存儲模塊、無線模塊、觸屏模塊、溫度檢測模塊。其移動端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21，連接電腦的接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖22。圖21 移動端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖22 接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在確定了系統(tǒng)的總體方案后再逐步細化到各模塊，下面將對系統(tǒng)各模塊的選型及其簡介進行闡述。 總體方案設(shè)計 主控制器模塊在開題報告中曾經(jīng)將主控制器選為MC9S12XS128，這是基于對彩屏刷屏速率的考慮，在之后的硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)將MC9S12XS128的時鐘頻率設(shè)置在32MHZ時，彩屏的刷屏速度并不是很快，平均顯示一張320*240的圖片會用38S左右的時間，而將頻率設(shè)為40MHZ以后，刷屏速率也并無明顯增快。而且因為沒有用文件系統(tǒng)，存儲的圖片是用Image2Lcd軟件轉(zhuǎn)換成bin的二進制格式，存儲在1G內(nèi)存卡里面，當頻率設(shè)置過高后讀SD卡會變得不穩(wěn)定，錯誤率過高。故處于上述考慮，將主控制模塊換為STC90C516RD+，該款單片機最高可使用40M晶振[2]，經(jīng)測試使用24M晶振后，單片機平均顯示一張320*240的圖片會用46S左右的時間，而讀內(nèi)存卡時由于速度不是很快，傳輸誤碼率也幾乎可以忽略。故將主控模塊選為該款單片機。下面將對STC90C516RD+單片機進行簡要介紹。 STC90C516RD+系列單片機是宏晶科技推出的新一代增強型單片機，具有抗干擾/高速/低功耗的的特點，完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機指令碼，可任意選擇12時鐘/機器周期或6時鐘/機器周期，內(nèi)部整合了MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復位腳可直接接地[3]。1. 工作電壓：（5V 單片機）/（3V 單片機)；2. 工作頻率范圍：040 MHz；3. 用戶所使用的應(yīng)用程序空間最大可達61KB；4. 內(nèi)部集成了1280字節(jié)/512/256字節(jié)RAM；5. 通用I/O 口（35/39 個），復位后為：P1/P2/P3是準雙向口/弱上拉，P0口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉電阻；6. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器/仿真器，可通過串口（）直接下載用戶程序，8K 程序35 秒即可完成一片；　7. 電可擦除只讀存儲功能；8. 內(nèi)部集成看門狗功能；9. 片上集成MAX810專用復位電路，外部晶體12M 以下時，可不接外部復位電路，此時復位腳可直接接地；10. 共2 個16 位定時器/計數(shù)器，其中定時器0 還可以當成2個8位定時器使用；11. 2路外部中斷，采用下降沿中斷或低電平方式觸發(fā)中斷，低功耗模式可由外部中斷以低電平方式觸發(fā)中斷喚醒；12. 1路通用異步串行口(UART)，方便傳輸數(shù)據(jù)；13. 工作溫度范圍：075℃/40 +85℃；14. 封裝：LQFP44，PDIP40，PLCC44； 無線模塊根據(jù)要求無線模塊選用NRF24L01。現(xiàn)在國際上有很多公司生產(chǎn)基于ZigBee協(xié)議的芯片，芯片的集成度也越來越高。例如挪威的Nordic公司的NRF系列芯片，還有Chipcon公司的無線數(shù)據(jù)傳輸芯片等。各個公司的芯片原理基本相同，編程規(guī)則大致相同，因此選用Nordic公司的NRF24L01也能符合系統(tǒng)要求，下面詳細敘述一下NRF24L01芯片的特點[4]。，能夠在世界各地的無線領(lǐng)域暢通無阻。NRF24L01支持多點間的通信，比藍牙具有更高的傳輸速度，最高傳輸速率可超過1Mbit/s。它采用SOC方法設(shè)計，僅需焊接少量的外圍元件便可組成一塊射頻收發(fā)電路。與藍牙不同的是，NRF24L01沒有復雜的通信協(xié)議，方便用戶使用，相同產(chǎn)品之間可以自由通信而無限制。更重要的是，NRF24L01的價格比藍牙產(chǎn)品更低。因此NRF24L01是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級芯片。 NRF24L01的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖如圖23所示，它主要有四種工作方式。 圖23 NRF24L01的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖待機模式1在保證快速啟動的同時降低了系統(tǒng)平均消耗電流。晶振在待機模式1下正常工作。而在待機模式2下僅有部分時鐘緩沖器處在工作狀態(tài)。當發(fā)送端發(fā)送輸入輸出寄存器為空并且引腳CE電平為高時進入待機模式2。在處于待機模式時，芯片保持寄存器配置字內(nèi)容不變。工作在掉電模式時，關(guān)閉NRF24L01各功能，保持著最小的電流消耗。而在進入掉電模式后，NRF24L01停止工作，但保持寄存器內(nèi)容不變。掉電模式由寄存器中PWR_UP位來控制。 TM模式 ShockBurst TM模式下該芯片可以與成本較低的低速MCU連接。高速信號處理是由芯片本部的射頻協(xié)議處理的，NRF24L01提供SPI接口，數(shù)據(jù)率取決于單片機本身接口速度。在ShockBurst TM模式下，當接收到有效的地址和數(shù)據(jù)時IRQ通知MCU，隨后MCU可將接收到的數(shù)據(jù)從RX FIFO寄存器中讀出。 TM模式 增強型ShockBurst TM模式使得執(zhí)行雙向鏈接協(xié)議更為容易、有效。一般典型的雙向鏈接為：發(fā)送方要求接收端設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后應(yīng)有應(yīng)答信號，以便于發(fā)送方檢測是否有數(shù)據(jù)丟失的情況，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，則重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)將該數(shù)據(jù)恢復。在增強型的ShockBurst TM模式下可以同時控制應(yīng)答及重發(fā)功能而無需增加MCU的工作量。 彩屏模塊彩屏顯示較傳統(tǒng)12864等顯示屏顯示更為美觀，可顯示內(nèi)容更多。但彩屏相對價格也比較昂貴，本次設(shè)計采用分辨率為320*，控制器為ILI9325，并行端口操作，一般市場價格為50左右，相對低廉。且彩屏上附觸屏，減少外圍電路設(shè)計。ILI9325有一個16位的變址寄存器（IR）、一個18位的寫數(shù)據(jù)寄存器（WDR）和一個18位的讀數(shù)據(jù)寄存器（RDR）。變址寄存器（IR）存儲來自控制寄存器和內(nèi)部的GRAM的指令信息。寫數(shù)據(jù)寄存器（WDR）用來暫時存儲要被寫到控制寄存器和內(nèi)部的GRAM中的數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)寄存器（RDR）用來暫時存儲從GRAM中讀取的數(shù)據(jù)。MCU中要寫入內(nèi)部GRAM的數(shù)據(jù)，首先寫到寫數(shù)據(jù)寄存器（WDR），然后再由內(nèi)部操作自動的寫到內(nèi)部的GRAM 中。要讀取的數(shù)據(jù)要通過讀數(shù)據(jù)寄存器（RDR）從內(nèi)部GRAM中讀取，因此無效數(shù)據(jù)將被讀到數(shù)據(jù)總線，當ILI9325從內(nèi)部的GRAM中讀取第一個數(shù)據(jù)的時候，有效數(shù)據(jù)將在ILI9325進行了第二次讀操作之后被讀出。 寄存器在寄存器執(zhí)行時間中會被連續(xù)的寫入數(shù)據(jù)，除非在振蕩器起震的時候執(zhí)行了0個循環(huán)。 ILI9325根據(jù)外部的接口和顯示移動圖片的情況提供了并行的RGB接口和VSYNC(垂直同步)接口。當RGB接口被選擇，顯示操作將和外部提供的信號VSYNC，HSYNC，DOTCLK同步。在RGB模式，根據(jù)使能信號的極性（高電平或是低電平）數(shù)據(jù)（DB170）將會根據(jù)這些同步信號被寫入來阻止在數(shù)據(jù)更新的時候屏幕閃爍。 SD卡模塊單片機內(nèi)部僅有最大61KB的ROM，而一副50*50像素的圖片就有5000字節(jié)的數(shù)據(jù)，所以依靠單片機內(nèi)部的存儲容量是遠遠不夠的，所以本次設(shè)計為了存儲顯示的圖片，采用內(nèi)存卡存儲。并且由于后期產(chǎn)品升級的時候會有菜單信息等需要更新，所以將關(guān)于菜單方面的圖片等存儲在內(nèi)存卡里面也，這樣便于更換里面的文件。 SD卡的技術(shù)是基于MultiMedia卡（MMC）格式上發(fā)展而來，大小和MMC差不多，尺寸為32mm*24mm*。SD卡與MMC卡保持著向上兼容。SD卡內(nèi)部主要分兩部分：存儲介質(zhì)（nandflas