基于PIC32的無線自助點菜系統(tǒng)的實現(xiàn)，包含原理圖及電路圖

0.設計摘要

當今社會是信息爆炸的時代，但在絕大多數(shù)餐飲行業(yè)企業(yè)中，通常都還在使用傳統(tǒng)的點菜方式，即客人走進餐廳或者酒吧等場所，服務員就拿著菜單迎上來詢問客人要求客人點菜。這種傳統(tǒng)的點菜方式給顧客帶來了很多的不便，并且需要數(shù)量眾多的服務員，更給企業(yè)的發(fā)展帶來了很大的障礙。智能化設備的引進將有效的減少員工數(shù)量并提高員工工作效率，從而在減少企業(yè)人力成本的同時提升服務質量，為企業(yè)的發(fā)展提供強勁的競爭力。

目前餐飲業(yè)中顧客對于餐廳的投訴或不滿,大部分是由于上菜速度太慢或服務人員對于顧客的要求反應不及時。只有操作簡便、服務及時的點菜方式，才能讓顧客滿意，否則即使菜肴、飲品質量再好，也會使餐廳服務大打折扣。

本設計目的是為餐飲服務業(yè)提供一款基于PIC32的自助點菜系統(tǒng)——一種不需要服務員的點菜系統(tǒng)；除此之外，本系統(tǒng)還為顧客提供催菜、緩菜、查看賬單和呼叫服務員等服務。該點菜系統(tǒng)一方面能減輕服務員的任務，減少服務員的人數(shù)，為商家降低人力成本；另一方面也能為顧客提供更全面和及時的服務，提高顧客消費的便利性、舒適性。

1.系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)整合PIC和ZigBee無線通信技術，實現(xiàn)功能齊全方便易用的自助點菜系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括安裝在客人餐桌上的終端和餐廳前臺的上位機，其中終端主要是由PIC單片機和ZigBee的收發(fā)模塊組成，而上位機又與其它的ZigBee的收發(fā)模塊相連接，基本的系統(tǒng)結構框圖如圖1所示?？腿丝梢允褂冒惭b在餐桌上的終端，通過按鍵等輸入設備完成點菜、緩菜、查看賬單和呼叫服務員等服務?？腿舜_認所點的菜肴的時候按下確認鍵，這時候終端系統(tǒng)就會將客人的菜單通過ZigBee無線系統(tǒng)發(fā)送到收發(fā)模塊，收發(fā)模塊再將客人所點的菜單通過串口發(fā)送到廚房和前臺的上位機。

本系統(tǒng)所使用的Digilent Cerebot™ 32MX4開發(fā)板是一個功能強大的微控制器開發(fā)板，可以連接點菜系統(tǒng)中需要用到外圍Digilent Pmod模塊。本課題采用的是TI公司的嵌入式射頻芯片CC2430構建無線局域網(wǎng)絡，實現(xiàn)點菜終端和上位機的通信。通常，可以把安裝在終端上的無線收發(fā)器稱之為子節(jié)點，與上位機相連的收發(fā)器叫做中心節(jié)點。

圖1 點菜系統(tǒng)結構框圖

1.1 ZigBee技術

ZigBee技術在近年來得到了快速的發(fā)展。zigBee工作于868MHz、915MHz、2.4GHz這三個頻段，傳輸速率20-250kbps，傳輸距離為10-100m。由于其低速率、低功耗、低成本、近距離的特點，使得ZigBee技術可以很好的用于本課題設計的無線點菜系統(tǒng)。

ZigBee協(xié)議棧符合OSI體系結構，共分4層。下面兩層，物理層PHY和媒介訪問控制層MAC是由IEEE802.15.4標準定義的。ZigBee規(guī)范在此基礎之上構建了網(wǎng)絡層NWK、應用層APL以及安全服務SSP。ZigBee規(guī)范根據(jù)設備所處的角色定義了三種邏輯設備類型：ZigBee協(xié)調器(ZigBee Coordinator)、ZigBee路由器(ZigBee Router)和ZigBee終端設備(ZigBee End Device)。

1.2終端點菜流程

終端軟件的點菜流程如圖2所示。上電初始化后，終端上的LCD進入點菜界面，顧客可以根據(jù)菜品分類（特色菜品、冷菜類、熱炒類、湯羹類、特色小吃、飲料等）瀏覽菜單，也可以瀏覽當天的推薦菜品，菜單上顯示菜品的價格和文字介紹等信息。同時，獲知已點菜品的狀態(tài)（未制作、烹制中、等待上菜、已經(jīng)上菜），還可隨時查看自己的賬單明細。而飯店可根據(jù)當日實際情況更改菜品的狀態(tài)（可點或不可點）和價格。

此外，在整個用餐過程中，可隨時催菜、緩菜、退菜、加菜等操作，并查看菜的制作狀態(tài)和賬單明細，其中顧客的所有操作都是通過安裝在終端上的按鍵來完成。最后，通過前臺打印賬單進行結賬服務。整個過程方便快捷、操作簡單。

圖2 終端點菜流程圖

1.3無線點菜終端

終端設計中充分利用了PIC的片內資源，程序可以存儲在片內的Flash中，并且片內RAM可以用來存儲數(shù)據(jù)，這樣就大大簡化了系統(tǒng)設計難度，節(jié)約了成本。更重要的是，在PIC周圍可以方便的連接上設計所需的外圍器件，主要有以下幾個部分：

1) UART接口用于與移植到CC2430的ZigBee通信模塊進行連接；

2)16x2字符LCD模塊作為終端的輸出設備，輸入外設為一個2x2的按鍵開關，這些為用戶提供便捷的人機交互界面、良好的操作環(huán)境，利于調試；

3)SD卡模塊可與PIC32的SPI接口或者GPIO相連接，它用來存儲大容量的餐廳的菜品信息和顧客的點菜信息；

4)外接專用的調試電路，可以通過USB接口方便的下載程序和片上調試；

5)PIC32內建USB 2.0 On-The-Go物理層，可以直接與USB Host和USB OTG接口相連，這兩個接口可以用作將來的外設擴展。

其中LCD模塊采用使用一個Samsung KS0066 CD控制器的Sunlike LCD板, 而無線通信模塊則是基于CC2430搭建的ZigBee局域網(wǎng)絡，這些模塊正好利用Cerebot 32MX4開發(fā)板的PMOD擴展接口進行搭建，做到了資源的充分利用。整個無線點菜終端的硬件結構圖如圖3所示：

圖3 終端硬件結構

1.4前臺系統(tǒng)

前臺系統(tǒng)由三部分構成：上位機Visual C界面、無線通信中心節(jié)點板以及打印機。上位機（PC端）用MFC搭建人機交互界面，用于各個桌號菜單賬目統(tǒng)計，并控制打印機打印賬單。Visual C通過串口控件與中心節(jié)點板連接，保持與多個終端的通信。CC2430中心節(jié)點板的串口模塊可直接將接收到的數(shù)據(jù)傳到上位機，并將反饋數(shù)據(jù)傳回各個終端。點菜結束后，顧客可從打印機中得到消費賬單，快捷方便。

2.技術特點

1）靈活高效的PIC32解決方案

PIC32作為一款高性能32位單片機，它是以MIPS32架構為基礎設計的，具有高頻、小芯片尺寸和超低功耗的特點。本課題以PIC32MX460為核心部件，完成并實現(xiàn)了ZigBee無線點菜系統(tǒng)的設計，在終端中，采用PIC32來控制發(fā)射信號的種類和對信號編碼的控制。采用PIC32解決方案，方便靈活的擴展系統(tǒng)，滿足復雜的外設要求。

2）最具性價比的ZigBee技術

一般而言，隨著通信距離的增大，設備的復雜性、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術，ZigBee技術是最低功耗和成本的技術。ZigBee技術也存在著自身的缺點，該技術的數(shù)據(jù)速率比較低和通信范圍較小。但由于本系統(tǒng)所承載數(shù)據(jù)流量較小，所以ZigBee就非常適合，具有最佳的性價比。

3）Cerebot 32MX4豐富的外設接口

本課題所使用的Digilent Cerebot™ 32MX4開發(fā)板是一個功能強大的微控制器開發(fā)板，它擁有九個Digilent Pmod™外圍模塊連接器。本課題需要用到的Digilent Pmod模塊有按鍵開關、字符LCD、以及SD卡插槽，開發(fā)板還可以用來連接H-bridge驅動、模數(shù)和數(shù)模轉換器、蜂鳴器、滑動開關、LED指示燈等，其提供了豐富的外設資源。

3.軟件流程介紹

3.1無線網(wǎng)絡軟件設計

系統(tǒng)中通過簡單的無線星型網(wǎng)絡實現(xiàn)了前臺的PC機和PIC32點菜節(jié)點的雙向通信。無線網(wǎng)絡系統(tǒng)初始化時將各節(jié)點的通信頻率固定在2.48G頻點上，通過中心節(jié)點輪詢各子節(jié)點的方式時分復用實現(xiàn)組網(wǎng)及雙向通信。

中心節(jié)點和子節(jié)點的CC2430均通過中斷接收串口數(shù)據(jù)與無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。如果PC機通過串口向中心節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，則中心節(jié)點首先解析數(shù)據(jù)包(33個字節(jié)，首字節(jié)為地址，其余為數(shù)據(jù))，并根據(jù)地址設置相應的節(jié)點標志位。當中心節(jié)點對子節(jié)點進行詢問時首先查詢該節(jié)點的標志位，若沒有數(shù)據(jù)傳輸則將發(fā)送數(shù)據(jù)報首位設置為DATA_REQ(0x0F)，表明該數(shù)據(jù)報沒有數(shù)據(jù)內容；若有數(shù)據(jù)傳輸則將發(fā)送數(shù)據(jù)報首位設置為DATA_TRANS(0xF0)，表明該數(shù)據(jù)報有數(shù)據(jù)內容。傳輸結束后中心節(jié)點進入接收狀態(tài)，接收子節(jié)點回傳的數(shù)據(jù)報。接收到的數(shù)據(jù)報首位為ACK_NO_DATA(0x30)表明數(shù)據(jù)報中沒有數(shù)據(jù)內容，中心節(jié)點不作處理；若數(shù)據(jù)報首位為ACK_WITH_DATA(0x33)，則將子節(jié)點號和數(shù)據(jù)內容通過串口傳給PC機，接開始新的詢問操作。若中心節(jié)點沒有收到相應的回傳數(shù)據(jù)報，則中心節(jié)點會重復詢問子節(jié)點，重復詢問最高次數(shù)為3次。中心節(jié)點通過對子節(jié)點地址進行計數(shù)實現(xiàn)對各個子節(jié)點的輪詢。

子節(jié)點的無線模塊一般處于接收狀態(tài)，當接收到數(shù)據(jù)報時首先解析數(shù)據(jù)報的目的地址字節(jié)，若目的地址和自身地址不匹配則不作處理；若目的地址和自身地址匹配則對接收到的數(shù)據(jù)報進行解析，若包頭為DATA_TRANS(0xF0)則將數(shù)據(jù)內容傳給終端的PIC32系統(tǒng)，接著查詢串口標志位（子節(jié)點串口中斷接收程序在接受到PIC32發(fā)送的數(shù)據(jù)后設置串口標志位），若有數(shù)據(jù)發(fā)送則將數(shù)據(jù)報首位置為ACK_WITH_DATA(0x33)，并將其和數(shù)據(jù)內容一起回傳給中心節(jié)點；若沒有數(shù)據(jù)發(fā)送則首位標志置為ACK_NO_DATA(0x30)。

3.2前臺人機交互界面設計

點菜系統(tǒng)的前臺需要構建操作友好的人機交互界面，考慮到CC2430中心節(jié)點板的串口模塊可直接將接收到的數(shù)據(jù)與上位機通信，選用VC搭建該界面。VC提供了MSComm(microsoft communications control)控件，通過串行口進行數(shù)據(jù)傳輸和接收，為應用程序提供串行通信功能。MSComm控件通信功能的實現(xiàn)實際上是調用了API函數(shù)，而API函數(shù)是由Comm.drv解釋并傳遞給設備驅動程序進行的，即MSComm控件的屬性提供了通信接口的參數(shù)設置，能實現(xiàn)串行通信。

終端與前臺通信遵循一定的協(xié)議格式，頭一個字節(jié)是節(jié)點號（即就餐桌號），緊接著兩個字節(jié)是傳輸命令，最后才是所傳輸?shù)膬热荨＝K端傳到前臺的命令共有5類：傳送菜單（MENU_CMD）、催菜（HUSH_CMD）、加菜（ADD_CMD）、菜單狀態(tài)（STATE_CMD）和結賬（CHECK_CMD）；前臺傳回的命令有兩類：操作成功（OK_CMD）和操作失?。∟O_CMD）。