校园智能点菜系统的付费模块及集成设计

1、校园智能点菜系统的付费模块及集成设计摘要在学校餐厅点餐过程中可能会遇到下列问题：人流量过 于集中，点餐人数众多，环境嘈杂，点餐付费效率低。校园 智能点菜机正是针对学校餐厅点餐问题而设计。智能点菜机 系统包括主机和从机两部分，由单片机、触摸显示屏、射频 刷卡模块、无线传输模块组成。利用单片机实现总体的控制， 利用射频刷卡模块实现付费功能，利用无线传输模块实现主 从机之间的信息交互，利用电路设计软件实现对智能点菜机 系统的电路集成设计。智能点菜机系统的开发很好的解决了 在学校餐厅点餐过程中遇到的问题，利用智能点菜机系统可 以实现快速自助点餐并在射频刷卡模块上完成付费。【关键词】智能点菜机系统 单片

2、机 射频刷卡模块 无 线传输模块当今世界，随着电子科学与技术的飞速发展，各种智能 设备层出不穷，而且更新换代的速度日益加快。然而，在学 校餐厅，这种方便快捷的智能设备尚未被使用，也没有针对 于学校餐厅点餐问题而开发的智能点菜系统。本文正是对于 这种市场上的空白，设计的智能点菜系统。本文主要研究内容是刷卡付费功能，无线传输功能及系 统集成设计及硬件调试。目前 RFID 技术的应用愈加广泛， 深入到生活的各个领域。智能点菜系统应用的刷卡付费功能 便是基于 RFID 技术应用制成的。学校餐厅付费时使用的一 卡通是一种非接触式 IC 卡，刷卡付费功能可以方便快捷的 完成点餐的付费，节省人工操作的时间，

3、并且准确率达到 100%。无线传输功能也是一种 RFID 技术的应用，它可以实 现主从机数据间的双向传输，主机上的无线模块将需求传递 到从机，从机对此给予反馈，使得信息交流更便捷。1 智能点菜机系统整体设计 智能点菜机系统由主机和从机组成，主机和从机包括触 摸屏，显示屏，射频刷卡模块（从机不包括此模块） ，无线 传输模块，主控器为单片机。主机的功能是满足消费者点餐 使用，从机的功能是工作人员了解消费者的需求和修改菜 单。主控器选用 STC12LE5A60S2 单片机， 它的运算速度快， 1 个时钟周期就是一个机器周期， 存储空间大， RAM 为 1280 字节，ROM为60K，对于本设计程序多

4、达 50K，选用该型 单片机是上佳选择。智能点菜机系统的程序流程图见图 1 所 示。2 射频读写和无线传输模块设计2.1 射频读写模块设计射频识别技术是一种利用射频通信实现的非接触式自 动识别技术。由阅读器和应答器两部分组成。本文射频读写 模块芯片采用 RC522 ，它可以读写 ISO 14443A 标准的 Mifare 卡，能够驱动天线实现和 IC 卡的信息交互。 RC522 的外部 晶振为27.12MHZ，供电电压在 2.5 3.3V之间，共有32个 引脚，有 6 个引脚与主控器相连，其中数据线 4 根，分别是 片选 SDA ，时钟信号 SCK， MOSI 端和 MISO 端。集成后的 R

5、C522模块外引8个引脚，除了 GND和VCC之外，还有 SPI通信的四个引脚和中断端 IRQ和复位端RST。本文未使 用IRQ和RST，故不做介绍。射频读写模块与主控器单片机的通信方式为 SPI 串行同 步通信。在进行软件编程介绍前，先对 S50 卡做一个简要的 介绍。S50卡有8K存储空间，分为64块。本文设计时，首 先将发射和接收天线初始化配置，设置天线增益；然后查询 天线区内可以识别的 IC 卡，如果天线区内同时存在多张 IC 卡，就需要防冲突处理，选定首先进入天线区内的卡。选中 未休眠状态的卡后，进行密码验证。 IC 卡的密码分为 A 型 和 B 型两种， 充当电子钱包功能时， 只需

6、验证 A 密码。 密码 验证通过后，可以读扇区内的数据，然后完成减值扣费。至 此射频读写器的设计全部完成。2.2 无线传输模块简介无线通信是通过电磁波在自由空间传播以实现信息传 输为目的的通信。从通信的距离上可以划分无线传输为短距 离无线通信和中 /长距离无线通信， 本次设计采用的 nrf24L01 芯片为短距离无线传输，它的频段为 2.4GHZ ，采用 FSK 调 制，它包括一个完全集成的频率合成器，功率放大器，晶体 振荡器，调制器和解调器， Enhanced ShockBrust 协议引擎。 它的输出功率，信道，安装协议可以方便的通过 SPI 接口进 行设置。本文对无线传输模块 nrf24

7、L01 的使用， 是通过单片机进 行控制， 主机和从机端各安装一个， 单片机和 nrf24L01 间的 通信方式是软件模拟 SPI 通信。主要的状态有掉电模式，发 射模式，接收模式，待机 1 模式，待机 2 模式。本文实现无 线传输功能，首先初始化 NRF24L01 ，设置接收发射地址和 发送接收的数据大小。将主机设置为接收模式，将从机设置 为发送模式，发送取消菜品的信息。点菜完成后将主机设置 为发送模式，从机设置为接收模式，接收来自主机的点菜信 息。从机接收完菜单后设置为发送模式，发送是否可以付款 的信息，主机设为接收模式接收信息，完成付款后再次设置 为发送模式，将付款完成的信息发送给从机。

8、通过不断地更 改接收模式和发射模式完成数据的无线传送。3 智能点菜机系统电路设计 层次化的原理图设计方法有自顶向下的模块化设计方 法和自底向上的模块化设计方法两种，本文设计的智能点菜 机系统采用的是自顶向下的设计方法。使用这种设计方法的 关键是母原理图和子原理图的绘制，母原理图可以清楚的看 出电路之间的关系，而当要具体了解某一模块电路时，便可 以通过子原理图看到。对原理图的绘制，首先根据智能点菜 机系统的组成部分， 绘制各部分的原理图。 由于显示屏模块， 无线模块，射频刷卡模块在原理图库中都没有对应的模板， 需要先绘制各模块的原理图库。无线模块和射频刷卡模块本 身的原理图比较复杂，作为一个子系

9、统，在原理图中添加其 对应的图纸入口完成相互关联。单片机运行需要复位电路和 晶振电路，复位电路不设开关，采用上电自动复位，晶振选 择 24MHz ，由此主机的原理图绘制完成。 从机的组成部分与 主机不同之处在于从机没有射频刷卡模块，本文设计时将从 机未使用的 IO 口引出留待 2 次开发。主机与从机相似部分 不再赘述。 4 智能点菜机系统设计成果 接下来将以图片的方式展示设计成果以及实现的功能。图 2 为智能点菜机系统的主界面 （其中左为主机， 右为从机， 下同），主机可供选择的菜品共八个，分为上下两页。从机 主界面为工大餐厅标志，其中右下角按键取消菜品选中后可 以取消主机菜单中已售没的菜，取

10、消的菜品菜名显示为已售 完，这时顾客无法选择此菜品。顾客最多可点 4 个菜，选完 菜单后将信息发给从机，从机接收到来自主机的菜单后点击 确定，主机等待刷卡付款，付款完成后将信息反馈给从机， 从机接收到付款成功信息后，在金额下显示已付款，如果卡 中余额不足，则主机显示卡内余额不足，从机定时几秒后自 动返回或者可以手动返回主界面。5 结语 本文设计的智能点菜机实现了智能点菜机系统应该具 有的基本功能。在智能点菜机系统中由作者完成的工作是系 统主机和从机之间的无线数据传输，刷卡付费功能和系统的 硬件集成设计及调试。无线传输模块的设计，实现了主从机 间数据快速的交互传递，从机的取消菜品的信息传递到主机

11、 上，主机的点菜信息传递到从机；对刷卡付费功能的设计， 射频刷卡模块实现结账付费功能；对系统的集成设计，使用 电路图绘制软件设计的电路图实现智能点菜机系统的各项 功能，使得各模块的功能准确的实现预期效果，最后对电路 板的焊接和调试，完成智能点菜机系统设计。由于时间的原因，本次设计的智能点菜机系统还存在着 个别待优化的地方。本文设计的智能点菜机系统代码略显复 杂和冗余，在今后可以改进程序代码的算法，使得程序更加 简洁明了。参考文献1 曹琳琳.单片机原理及接口技术 M. 长沙：国防科技大 学出版社， 2000.2 陆桑璐，谢磊 .射频识别技术 M. 北京：科学出版社， 2014.3 黄玉兰.射频识

12、别卡核心技术详解 M. 北京：人民邮电 出版社， 2004.4 Philips Semiconductors.Data Sheet Of Mifare Standard Card IC MF1 IC S50 Functional SpecificationDB/OL.http ： ， 1998.5 刘岩.RFID通信测试技术及应用M.北京：人民邮电 出版社， 2008.6 康东，石喜勤 .射频识别核新技术与典型应用M. 北京：人民邮电出版社， 2008.7 单承赣，单玉峰，姚磊等 .射频识别原理与应用 M. 北京：电子工业出版社， 2008.8 徐晓丽， 赵明涛 .无线通信原理 M. 北京： 北京大学出 版社， 2014.9 张崇，于晓琳，刘建平 .单片 2.4GHz 无线收发一