无线电子菜谱系统的设计及实现附程毕业论文

学 校 代 码 ： 11059 学 号 ：1208076023Hefei University毕 业 论 文 （ 设 计 ）BACHELOR DISSERTATION论 文 题 目 ： 无 线 电 子 菜 谱 系 统 的 设 计 及 实 现 学 位 类 别 ： 工 学 学 士 学 科 专 业 ： 自 动 化 作 者 姓 名 ： 导 师 姓 名 ： 完 成 时 间 ： I无 线 电 子 菜 谱 系 统 的 设 计 及 实 现中 文 摘 要信 息 化 的 社 会 中 ， 用 科 技 改 变 传 统 的 点 菜 方 式 是 实 现 信 息 化 改 造 、 提 升管 理 水 平 、 提 高 运 作 效 率 的 重 要 手 段 。无 线 电 子 菜 谱 系 统 由 硬 件 和 软 件 构 成 。 系 统 硬 件 主 要 包 括 手 持 无 线 终 端（ 又 称 “电 子 菜 谱 ”） 、 系 统 软 件 主 要 是 上 位 机 管 理 软 件 。 在 通 讯 频 率 上一 般 使 用 ISM（ 工 业 、 科 学 、 医 疗 ） 频 段 ， 本 系 统 采 用 的 是 2.4G 频 段 。在 设 计 硬 件 平 台 时 ， 根 据 所 使 用 芯 片 的 编 程 原 则 ， 在 Windows 7 环 境 下 ，以 C51 语 言 为 编 程 语 言 ， 开 发 出 了 无 线 通 信 系 统 的 驱 动 程 序 来 实 现 双 方 约 定的 通 信 协 议 。 用 Visual C+ 6.0 开 发 了 上 位 机 管 理 软 件 ， 显 示 账 单 、 菜 单等 信 息 ， 并 具 有 后 台 管 理 功 能 ， 如 更 新 、 设 置 等 。安 装 于 服 务 台 的 上 位 机 管 理 软 件 在 收 到 移 动 端 发 送 来 的 有 效 的 点 菜 数 据后 ， 先 保 存 到 数 据 库 ， 并 发 出 提 示 信 息 ， 通 知 有 新 菜 单 到 了 ， 这 样 完 成 一 次点 菜 过 程 。 系 统 的 优 势 不 言 而 喻 ： 直 观 、 图 形 化 、 人 性 化 的 操 作 界 面 ， 可 由 餐 厅 服务 员 或 客 人 自 行 点 菜 ； 系 统 的 稳 定 性 强 ， 操 作 简 单 ； 更 新 菜 谱 的 价 格 、 资 料更 为 快 捷 、 更 为 方 便 。关 键 词 ： 单 片 机 ； TFT； 无 线 通 信 ； NRF24L01IIThe design and implementation of the wireless electronic menu system ABSTRACTIn the information society,using technology to change the approach of ordering dishes is an important mean to realize information reform and upgrade the management level,and even improve the operational efficiency.Wireless electronic menu system consists of hardware and software. System hardware including handheld wireless terminal (called “electronic cookbook“), the system software is PC management software. Generally,we often used the communication frequency which called ISM (industrial, scientific, medical) band, and this system uses the 2.4G band. In the design of the hardware platform, according to the principle of using the chip programming, I used C51 language as the programming language in Windows 7 environment to developed a wireless communication system driver to achieve a mutually agreed upon communication protocol. And I developed PC management software using Visual C+ 6.0 PC management software to show the bill, menus and other information, and this software have a background management functions, such as updates, settings and so on.While the software installed in the host computer receive a valid data sended by mobile terminal,the software saves these data into the database, and sends a message to notify a new menu and completes an ordering process.The advantages of the system is self-evident: an intuitive, graphical, user-friendly interface, which can be ordered by restaurant waiter or the guests themselves; the system is stability, easy-operation; updating the price and information of recipes will be more quicker and more convenient.KEY WORD： singlechip； Thin Film Transistor； wireless communication； NRF24L01III目 录第 一 章 绪 论 .11.1 研 究 背 景 和 意 义 .11.2 论 文 的 研 究 目 标 .21.3 内 容 安 排 .3第 二 章 系 统 总 体 方 案 设 计 与 论 证 .42.1 系 统 组 成 .42.2 总 体 方 案 设 计 .52.2.1 主 控 制 器 模 块 .52.1.2 无 线 模 块 .62.1.3 彩 屏 模 块 .82.1.4 SD 卡 模 块 .82.1.5 触 屏 模 块 .92.1.6 语 音 模 块 .112.1.7 电 源 模 块 .112.1.8 传 感 器 模 块 .122.1.9 串 口 模 块 .12第 三 章 硬 件 电 路 设 计 .143.1 主 控 制 器 模 块 .143.2 无 线 模 块 .153.3 TFT 彩 屏 模 块 .163.4 SD 卡 模 块 .173.5 触 屏 模 块 .193.6 语 音 模 块 .193.7 电 源 模 块 .213.8 温 度 传 感 器 模 块 .213.9 串 口 模 块 .22第 四 章 软 件 的 设 计 .234.1 开 发 调 试 工 具 .234.2 软 件 调 试 .244.2.1 移 动 端 硬 件 驱 动 程 序 .244.2.2 接 收 端 硬 件 驱 动 程 序 .304.2.2 上 位 机 程 序 设 计 .33第 五 章 系 统 调 试 分 析 .425.1 移 动 端 调 试 .425.2 移 动 端 和 接 收 端 联 调 .435.3 系 统 联 调 .44第 六 章 总 结 .45参 考 文 献 .46致 谢 .47附 录 .481第 一 章 绪 论1.1 研 究 背 景 和 意 义人 类 利 用 无 线 通 信 技 术 的 历 史 已 经 有 几 千 年 了 ， 古 时 候 用 的 烽 火 台 就 是最 原 始 的 无 线 通 信 。 但 这 时 候 的 无 线 通 信 技 术 还 只 是 处 于 萌 芽 阶 段 ， 只 有 到19 世 纪 末 意 大 利 人 马 可 尼 发 明 无 线 电 报 开 始 ， 人 类 才 真 正 开 始 大 规 模 地 利用 无 线 通 信 技 术 。 近 数 十 年 来 随 着 计 算 机 技 术 和 电 子 技 术 的 发 展 ， 无 线 通 信技 术 更 是 以 日 新 月 异 的 速 度 向 前 发 展 ， 它 也 成 为 了 通 信 领 域 的 一 个 重 点 研 究方 向 。现 代 的 无 线 通 信 技 术 是 建 立 在 硬 件 电 路 的 基 础 上 的 ， 因 此 微 电 子 技 术 的发 展 直 接 制 约 着 无 线 通 信 技 术 的 发 展 1。 回 顾 集 成 电 路 的 发 展 历 程 ， 我 们可 以 看 到 ， 自 发 明 集 成 电 路 至 今 40 多 年 以 来 ， “从 电 路 集 成 到 系 统 集 成 ”这 句 话 是 对 IC 产 品 从 SSI（ Small Scale Integrated 小 规 模 集 成 电 路 ）到 VLSI（ Very Large Scale Integrated 超 大 规 模 集 成 电 路 ） 今 天 特 大 规模 集 成 电 路 发 展 过 程 的 最 好 总 结 ， 即 整 个 集 成 电 路 产 品 的 发 展 经 历 了 从 传 统的 板 上 系 统 （ System-on-board） 到 片 上 系 统 （ System-on-a-chip） 的 过程 。 随 着 集 程 度 的 提 高 ， 芯 片 的 体 积 能 耗 和 成 本 在 逐 步 降 低 ， 这 也 使 电 子 产品 向 便 携 式 和 低 端 市 场 发 展 。虽 然 微 电 子 的 发 展 历 史 已 经 有 半 个 多 世 纪 ， 但 是 射 频 芯 片 的 发 展 却 是 近几 年 的 事 。 从 分 类 上 来 看 ， 射 频 芯 片 属 于 专 用 集 成 电 路 。 目 前 国 际 上 有 很 多专 门 生 产 射 频 芯 片 的 公 司 ， 例 如 Nordic 公 司 和 Chipcon 公 司 。 这 些 芯 片一 般 工 作 在 免 费 频 段 ， 采 用 专 门 的 调 制 解 调 技 术 ， 内 部 集 成 了 很 多 电 路 。 像Nordic 公 司 的 NRF24L01 芯 片 ， 它 是 单 片 射 频 收 发 芯 片 ， 工 作 于2.4 2.5GHz ISM（ Industry Science medicine， 工 业 、 科 学 、 医 学 ） 频段 ， 芯 片 内 置 频 率 合 成 器 、 功 率 放 大 器 、 晶 体 振 荡 器 和 调 制 器 等 功 能 模 块 ，输 出 功 率 和 通 信 频 道 可 通 过 程 序 进 行 配 置 。 芯 片 能 耗 非 常 低 ， 以 -5dBm 的功 率 发 射 时 ， 工 作 电 流 只 有 10.5mA， 接 收 时 工 作 电 流 只 有 18mA， 多 种 低功 率 工 作 模 式 ， 节 能 设 计 更 方 便 。 其 DuoCeiverTM 技 术 使 NRF24L01 可 以使 用 同 一 天 线 ， 同 时 接 收 两 个 不 同 频 道 的 数 据 。无 线 电 子 点 菜 系 统 是 无 线 通 信 技 术 的 一 个 典 型 应 用 。 近 些 年 来 ， 随 着 人民 生 活 水 平 的 提 高 和 生 活 方 式 的 转 变 ， 餐 饮 业 具 有 巨 大 的 投 资 市 场 ， 被 称 为中 国 的 黄 金 产 业 。 人 们 在 消 费 过 程 中 对 服 务 质 量 也 有 了 更 高 的 要 求 ， 同 时 餐2馆 之 间 的 激 烈 竞 争 也 促 进 了 无 线 通 信 技 术 在 餐 饮 业 中 的 应 用 。 无 线 电 子 点 菜系 统 的 目 的 就 是 利 用 最 先 进 的 2.4G RF 无 线 通 信 技 术 、 嵌 入 式 移 动 数 据 库技 术 以 及 触 摸 屏 的 掌 上 电 脑 技 术 , 实 现 餐 饮 业 的 全 面 数 字 化 ， 降 低 人 工 费用 。 无 线 电 子 点 菜 系 统 能 够 进 一 步 提 高 餐 厅 档 次 、 提 高 点 菜 效 率 ， 而 且 具 有结 账 、 更 新 菜 单 、 实 时 查 看 账 单 等 功 能 ， 而 且 能 够 有 效 避 免 人 为 错 误 、 避 免跑 单 、 实 时 查 看 餐 馆 收 益 情 况 、 提 供 查 看 诸 如 今 日 流 水 账 这 样 的 统 计 信 息 等 ，用 数 字 化 的 手 段 来 革 新 餐 饮 行 业 ,优 化 业 务 流 程 ,为 每 位 客 户 提 供 更 优 质 的服 务 ， 实 现 餐 厅 利 润 的 最 大 化 而 又 不 至 于 成 本 过 高 ,是 餐 饮 行 业 向 信 息 化发 展 的 一 个 重 要 标 志 。 由 于 使 用 无 线 技 术 通 信 ， 可 以 不 用 进 行 复 杂 的 布 线 ，这 也 大 大 降 低 了 餐 馆 的 建 设 成 本 ， 减 少 了 对 线 路 维 护 的 开 支 。 同 时 ， 无 线 通信 设 备 的 可 移 动 性 也 使 服 务 员 随 时 可 以 和 吧 台 联 系 。无 线 电 子 点 菜 系 统 基 于 目 前 很 热 门 的 技 术 嵌 入 式 技 术 ， 依 托 一 定的 硬 件 平 台 。 因 此 微 电 子 技 术 的 发 展 对 系 统 的 性 能 有 很 大 的 限 制 ， 目 前 微 电子 技 术 已 经 发 展 到 了 SOC（ System On Chip， 片 上 系 统 ） ， 集 成 度 获 得 了极 大 的 提 高 。 同 时 ， 芯 片 的 价 格 ， 体 积 和 能 耗 进 一 步 降 低 ， 这 些 都 使 无 线 电子 点 菜 系 统 向 移 动 化 和 大 众 化 方 向 发 展 。 可 以 说 ， 随 着 微 电 子 技 术 的 进 一 步发 展 ， 无 线 电 子 点 菜 系 统 仍 然 有 很 大 的 发 展 空 间 。1.2 论 文 的 研 究 目 标本 设 计 主 要 是 用 一 个 主 控 模 块 控 制 外 围 器 件 使 其 协 调 工 作 ， 初 步 决 定 通信 方 式 使 用 单 工 方 式 ， 先 实 现 其 功 能 ， 即 多 个 从 机 只 向 主 机 发 送 信 息 ， 主 机不 返 回 任 何 信 息 ， 可 制 作 一 个 移 动 端 （ 发 送 端 ） 和 一 个 连 接 电 脑 的 接 收 端 进行 演 示 。其 基 本 功 能 应 包 括 ：1.移 动 端 能 进 行 菜 单 显 示 ， 利 用 触 屏 等 方 式 输 入 信 息 ；2.点 菜 过 程 中 需 要 有 一 定 的 交 互 ， 例 如 进 行 语 音 提 示 ；3.移 动 端 在 点 菜 完 毕 后 利 用 预 定 的 协 议 打 包 发 送 数 据 ， 连 接 电 脑 的 接 收端 实 时 接 收 数 据 并 解 码 ， 再 利 用 串 口 传 送 至 电 脑 ， 电 脑 上 位 机 程 序 最 后 进 行相 应 操 作 ， 完 成 一 次 点 单 过 程 。对 于 后 期 产 品 功 能 初 步 实 现 后 再 考 虑 半 双 工 的 通 信 方 式 ， 进 行 实 时 数 据更 新 、 点 单 反 馈 等 更 人 性 化 的 操 作 。31.3 内 容 安 排本 文 是 对 无 线 电 子 菜 谱 系 统 系 统 设 计 及 实 现 进 行 了 深 入 的 研 究 ， 全 文 共分 为 六 章 ， 各 章 节 的 内 容 安 排 如 下 ：第 一 章 介 绍 了 本 文 的 研 究 背 景 和 各 章 节 的 内 容 安 排 情 况 。第 二 章 先 介 绍 了 系 统 总 体 的 结 构 ， 然 后 对 每 个 模 块 进 行 选 型 ， 并 对 所使 用 的 芯 片 及 其 原 理 进 行 了 简 单 的 介 绍 。第 三 章 在 上 一 章 的 基 础 上 设 计 自 己 的 硬 件 平 台 ， 详 细 介 绍 了 平 台 的 组成 部 分 和 各 自 的 功 能 。第 四 章 主 要 介 绍 了 移 动 端 、 接 收 端 和 上 位 机 软 件 方 面 的 设 计 。第 五 章 主 要 讲 了 系 统 调 试 方 面 所 遇 到 的 问 题 ， 以 及 对 该 问 题 的 分 析 ，并 提 出 解 决 方 法 。第 六 章 对 本 次 的 设 计 工 作 进 行 了 总 结 ， 包 括 所 思 、 所 感 、 所 得 等 。4第 二 章 系 统 总 体 方 案 设 计 与 论 证2.1 系 统 组 成根 据 对 本 系 统 基 本 功 能 的 理 解 ， 可 为 本 系 统 描 述 一 个 基 本 的 使 用 场 景 ：当 顾 客 从 服 务 员 手 中 拿 到 点 菜 系 统 的 移 动 端 ， 餐 桌 号 已 由 服 务 员 预 先 输 入 ，此 时 播 放 语 音 提 示 ， 提 示 顾 客 直 接 进 入 点 菜 流 程 ， 通 过 触 屏 顾 客 一 页 页 的 浏览 菜 单 ， 包 括 价 格 、 菜 品 图 片 、 菜 系 等 信 息 ， 最 终 顾 客 完 成 点 菜 ， 单 击“完 成 ”按 钮 ， 进 行 语 音 温 馨 提 醒 “美 味 稍 等 片 刻 ”， 此 后 屏 幕 再 次 恢 复到 点 菜 前 的 界 面 ， 为 丰 富 显 示 内 容 ， 此 时 显 示 实 时 温 度 ， 直 到 触 发 进 入 下 次点 菜 流 程 。 而 电 脑 端 在 接 收 到 经 过 解 码 的 数 据 之 后 ， 信 息 入 库 ， 提 示 有 一 新菜 单 。 这 样 移 动 端 与 接 收 端 就 协 调 工 作 最 终 完 成 一 次 点 单 流 程 。由 此 可 确 定 本 系 统 的 硬 件 系 统 应 包 括 语 音 模 块 、 TFT 彩 屏 模 块 、 主 控模 块 、 存 储 模 块 、 无 线 模 块 、 触 屏 模 块 、 温 度 检 测 模 块 。 其 移 动 端 系 统 结 构框 图 如 图 2-1， 连 接 电 脑 的 接 收 端 系 统 结 构 框 图 如 图 2-2。在 确 定 了 系 统 的 总 体 方 案 后 再 逐 步 细 化 到 各 模 块 ， 下 面 将 对 系 统 各 模 块的 选 型 及 其 简 介 进 行 阐 述 。图 2-1 移 动 端 系 统 结 构 图图 2-2 接 收 端 系 统 结 构 图52.2 总 体 方 案 设 计2.2.1 主 控 制 器 模 块在 开 题 报 告 中 曾 经 将 主 控 制 器 选 为 MC9S12XS128， 这 是 基 于 对 彩 屏 刷屏 速 率 的 考 虑 ， 在 之 后 的 硬 件 调 试 中 发 现 将 MC9S12XS128 的 时 钟 频 率 设 置在 32MHZ 时 ， 彩 屏 的 刷 屏 速 度 并 不 是 很 快 ， 平 均 显 示 一 张 320*240 的 图 片会 用 38S 左 右 的 时 间 ， 而 将 频 率 设 为 40MHZ 以 后 ， 刷 屏 速 率 也 并 无 明 显 增快 。 而 且 因 为 没 有 用 文 件 系 统 ， 存 储 的 图 片 是 用 Image2Lcd 软 件 转 换 成bin 的 二 进 制 格 式 ， 存 储 在 1G 内 存 卡 里 面 ， 当 频 率 设 置 过 高 后 读 SD 卡 会变 得 不 稳 定 ， 错 误 率 过 高 。 故 处 于 上 述 考 虑 ， 将 主 控 制 模 块 换 为STC90C516RD+， 该 款 单 片 机 最 高 可 使 用 40M 晶 振 2， 经 测 试 使 用 24M 晶 振后 ， 单 片 机 平 均 显 示 一 张 320*240 的 图 片 会 用 46S 左 右 的 时 间 ， 而 读 内 存卡 时 由 于 速 度 不 是 很 快 ， 传 输 误 码 率 也 几 乎 可 以 忽 略 。 故 将 主 控 模 块 选 为 该款 单 片 机 。下 面 将 对 STC90C516RD+单 片 机 进 行 简 要 介 绍 。STC90C516RD+系 列 单 片 机 是 宏 晶 科 技 推 出 的 新 一 代 增 强 型 单 片 机 ， 具有 抗 干 扰 /高 速 /低 功 耗 的 的 特 点 ， 完 全 兼 容 传 统 的 8051 单 片 机 指 令 码 ，可 任 意 选 择 12 时 钟 /机 器 周 期 或 6 时 钟 /机 器 周 期 ， 内 部 整 合 了 MAX810专 用 复 位 电 路 ， 时 钟 频 率 在 12MHz 以 下 时 ， 复 位 脚 可 直 接 接 地 3。1.工 作 电 压 ： 5.5V-3.8V（ 5V 单 片 机 ） /3.8V-2.4V（ 3V 单 片 机 )；2.工 作 频 率 范 围 ： 0-40 MHz；3.用 户 所 使 用 的 应 用 程 序 空 间 最 大 可 达 61KB；4.内 部 集 成 了 1280 字 节 /512/256 字 节 RAM；5.通 用 I/O 口 （ 35/39 个 ） ， 复 位 后 为 ： P1/P2/P3 是 准 双 向 口 /弱 上拉 ， P0 口 是 开 漏 输 出 ， 作 为 总 线 扩 展 用 时 ， 不 用 加 上 拉 电 阻 ， 作 为 I/O 口 用 时 ， 需 加 上 拉 电 阻 ；6.ISP（ 在 系 统 可 编 程 ） /IAP（ 在 应 用 可 编 程 ） ， 无 需 专 用 编 程 器 /仿真 器 ， 可 通 过 串 口 （ P3.0/P3.1） 直 接 下 载 用 户 程 序 ， 8K 程 序 3-5 秒 即可 完 成 一 片 ； 7.电 可 擦 除 只 读 存 储 功 能 ；68.内 部 集 成 看 门 狗 功 能 ；9.片 上 集 成 MAX810 专 用 复 位 电 路 ， 外 部 晶 体 12M 以 下 时 ， 可 不 接 外部 复 位 电 路 ， 此 时 复 位 脚 可 直 接 接 地 ；10.共 2 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 ， 其 中