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1、中北大学 2012 届毕业设计说明书第 1 页 共 58 页基于单片机自助订餐终端设计基于单片机自助订餐终端设计1 1 绪论绪论1.11.1 本课题的研究背景本课题的研究背景随着计算机的普及，社会电子信息化的脚步在进一步加快，信息化已经从多个方面和领域影响到了我们的日常生活。充分利用信息化的手段，实现现代生活的高品质和高效率，也就成为了当今信息系统集成商的追求目标。在这样的趋势下，自助终端作为各类信息的发布载体和功能扩充手段，受到了系统集成商越来越多的重视，握准了它的发展方向，顺应甚至超前的实现思路，就能够为各集成商带来广阔的发展空间。随着现代科技的发展与进步，人们的生活水平和生活方式也发生着
2、变化，自助服务终端正在发挥着日益显著的作用。尤其是在餐饮业，餐饮业是被称为中国的黄金产业的具有巨大投资市场的行业1。而自助式餐饮的目的就是利用先进的无线通信技术、嵌入式手持终端技术、嵌入式移动数据库和无线控制技术。这种终端操作简便，能够实现自动结账。此外，类似的自助服务终端也广泛的应用于当今人们的方方面面，比如旅游业。无论是餐饮业、旅游业还是其他行业，自助服务终端都有着很多的优势：一方面可以为使用者提供方便快捷的服务，使人们可以足不出户地解决自己的需求；另一方面，对于从业者来说，自助服务终端无疑节约了人力资源，一个设计人性化、能够高效运行的终端系统可以极大地提高效率2。医院住院部是一个特殊的部
3、门，在这样的部门对于病人日常生活的服务更是繁杂，为了能够减少人力消耗，提高工作效率，实现建立更好的住院服务秩序，自助终端是一个非常好的选择。本课题的研究正是基于以上背景，以单片机为实现方式，主要应用于医院的住院部，通过所设计的终端可以实现点菜订餐服务。1.21.2 国内外发展现状国内外发展现状1.2.1 国内发展现状总结自助终端的发展历史，它正在从专门的行业应用领域向公众应用领域切换，而由于行业应用领域的高专业化，高稳定性，高安全性等方面的要求，促使自助终端的实现手段一步一步的完善，这样的应用趋势，为自助终端的多行业化应用奠定了坚实的技术和市场基础。中北大学 2012 届毕业设计说明书第 2
4、页 共 58 页现代信息化的实现手段，就要求有成熟和先进的实现技术。自助终端因为其面对的对象为非专业化的使用群体，决定了自助终端系统设计的首先的出发点就是易理解性和易操作性，它必须满足使用者在没有任何相关行业知识背景的情况下，能自由的使用，完成对相关信息的处理和展示11。自助终端的应用，是一个复杂的综合应用体。这其中，对外部设备的使用是其中一个相当重要的部分。良好的体系结构，需要有先进的设计思想。自助终端是一个比较广泛的定义，涵盖了从银行到其他行业的各类自助类服务设备。广泛的产品类型需要开发者在设计和实现时充分考虑系统的开放性，具有了良好的开放性和可扩展性，才能使自助终端的设计和使用进入新的阶
5、段3。现在丰富的系统设计和实现技术为自助终端良好的开放性奠定了基础。模块化的设计，多层体系架构，是自助终端迈向全面应用的第一步。只有符合这样的设计思想，才能在现在和将来的应用中不断创新，满足不断出现的新需求。目前订餐终端都以 IC 卡作为媒介，它克服了以往使用菜票的诸多缺点，方便就餐人员用 IC 卡与食堂结算。用餐者到食堂吃饭前，先交一定数额现金，上位机应用软件通过 IC 卡读写器将用户信息写入 IC 卡并交予用户，每个用户就拥有一个自己的饭卡，用于存储用户的姓名、编号、金额等相关信息4。用户到食堂用餐时只需将 IC 卡插入食堂售饭机窗口，由用餐者选定饭菜后，售饭机自动用卡中金额减去应付金额，
6、并且液晶屏会显示出卡中余额，最终完成订餐。我国正在快速进入 IC 卡时代，国内先后组建华旭、华鑫集团公司等，出现了一批科研及生产、经营单位。国内第一张用芯片设计、研制到卡片制作生产全部国产化的中华 IC 卡顺利通过技术鉴定9。目前国内引进 IC 卡装配线较多，它们采用国外芯片，生产能力未充分发挥。近几年国内 IC 卡应用市场发展迅猛，已经应用于各行各业。1.2.2 国外发展现状在经济发达国家，就餐饮业而言，其发展的速度与需求远远比经济不发达的国家要高很多。因为发达国家人们的时间观念很强7，对于服务的要求也比较高，更重要的是其餐饮业能不断运用先进的管理方法和手段，也别是信息技术的应用程度很高。在
7、经济较为发达的国家和地区，计算机技术、嵌入式技术、无线通信技术等应用与餐饮业已经十分成熟，如 IBM 公司的 POS 产品已经获得了较大范围的应用。2004 年，在中北大学 2012 届毕业设计说明书第 3 页 共 58 页美国 100 家最有效利用信息技术的企业中，美国最大的食品和多种服务公司ARAGroupIne，名列第四5。1.31.3 本课题的研究目的本课题的研究目的医院的住院部是一个特殊的餐饮服务领域，照顾病人的饮食起居需要耗费很多的人力物体，而使用订餐终端后，病人可以不出房门，不需亲人照顾，就可以吃到自己想吃的饭菜，病人通过射频卡，可以在床前的订餐终端上预订相应时间段的六次的饭菜（
8、根据需要也可以延长），通过按键可以查询各个餐段的菜名，然后选择自己喜欢吃的饭菜，操作完成后，订餐终端打印出小票。到吃饭时间时，食堂服务人员或护士就会将饭菜送到病人床前，这样就极大的方便了病人就餐。此外，该订餐终端可以大大地节省资源，医院食堂可以根据订餐情况决定所做的饭菜的数量，这样可以避免造成浪费现象。本课题虽然已经研究过，但是仍在存在很多值得改进的地方。首先，之前的系统是有线传输，虽然保证了信号的稳定传输，但是实际应用中，有线传输存在着埋线的问题，对于已经建成的建筑来说，是一个很难实现的问题，所以，在本次设计中，将会把有线传输更改为无线传输，使其在实际应用中有更好的发展。其次，在之前的系统设
9、计中，很多类似的指令都是分别定义的，这使得延时很长，在使用人数较多的情况下，延时问题会严重影响该系统的使用，所以，把类似指令打包定义、操作，将会使延时大大缩小，系统的可靠性也会随之提高。此外，之前的系统可以预定的是两天以内的饭菜，但是这样的规定略显死板、不够人性化，将其改为六餐，即可以更加灵活的订餐，而不仅仅拘泥于两天内，比如，实现改进后，病人可以通过此终端预定今晚、明早中晚、后天早中这六顿饭，但是原来的系统却不能实现这样的订餐功能。针对本课题，我通过查阅资料与设计调试，完成一个自助订餐终端，该终端具有以下六个模块：控制模块、键盘模块、显示模块、射频卡接收模块、打印模块和通信模块。并通过完成毕
10、业设计，掌握基本检测、控制电路的设计方法，器件的选型以及测试系统的软硬件设计与调试方法和相关的专业知识等14。于此同时，吸收学习前人的经验，并运用自己所学知识使其不断完善。2 2 基于单片机自助订餐终端的设计方案基于单片机自助订餐终端的设计方案2.12.1 该设计的基本功能该设计的基本功能中北大学 2012 届毕业设计说明书第 4 页 共 58 页本设计分析当前订餐终端发展形势，设计出适合住院部使用的订餐终端。本订餐终端能够售出六顿之内的饭菜，用餐者能够通过显示器查看两天内的菜名，通过键盘能够预订菜名及份数，用餐者订餐后，屏幕能显示出本次消费金额及卡上余额，并通过打印机打印出小票。设计分为六个
11、个模块，各个模块可以实现以下功能：1、单片机控制模块：采用 AVR 系列 ATmega128A，实现对整个系统的控制。2、显示模块：显示可供选择的点餐时段和菜谱；显示关于订餐操作的提示信息;显示订餐者所预定的菜谱、份数、消费情况及卡上余额10。3、键盘模块：该模块具有 8 个按键，其中有 1 个按键为备用键，其余 7 个按键分别为上移、下移、确定、修改、翻页、浏览、复位：通过上移键和下移键可以选择不同的点餐时段、菜名和点餐份数；确定键可以选择订餐时段、菜名和点餐份数，此外也可以通过确定键来打印小票；通过修改键可以修改已经选择的菜名和点餐份数；通过翻页键可以查看某一点餐时段内的所有菜谱；浏览键可
12、以浏览所点的饭菜名称、份数及消费额；复位键可以使系统复位。4、打印模块：能够打印出订餐者已订的菜名、菜份数、消费金额以及终端号等。5、通信模块：能够实现上位机和所有通终端的信。通信功能是整个系统的重要环节，要求终端能够向上位机及时、准确、可靠的传送已订菜名、份数及订餐卡号等各种信息。6、读卡模块：能够读出有效的卡号。2.22.2 该设计系统框图该设计系统框图图 2.2：系统结构框图2.32.3 设计选用的主要器件简介设计选用的主要器件简介2.3.1 ATmega128 单片机键盘模块单片机 控制模块显示模块读卡模块打印模块通信模块中北大学 2012 届毕业设计说明书第 5 页 共 58 页本设
13、计以 ATmega128 单片机作为中心控制芯片。ATmega128 是一种基于 AVR RISC结构的 8 位低功耗 CMOS 微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128 的数据吞吐率高达 1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega128 具有如下特点：128K 字节的系统内可编程 Flash( 具有在写的过程中还可以读的能力，即 RWW)、4K 字节 EEPROM、4K 字节的 SRAM、53 个通用 I/O 口线、32 个通用工作寄存器、实时时钟 RTC、4 个灵活的具有比较模式和 PWM 功能的定时器/计数器(T/C)、两
14、个 USART、面向字节的两线接口 TWI、8 通道 10 位 ADC。其丰富的I/O 口及 2 个通信串口完全能够满足订餐系统的要求，所以选择此芯片作为系统核心控制器9。 2.3.2 C240128Z 液晶显示屏C240128Z是综合了中英文文字和绘图显示的240（列）*128（行）的全点阵显示模块。内含硬件字库，可以显示中文字型、数字符号、西文字符与日文字符。在文字模式中，可以通过送入中文字型的内码直接显示中文，而不需要在绘图模式下以绘图的方式描绘中文，可以节省许多处理时间10。提升液晶显示中文的处理效率。编程模式简洁方便，为项目开发节约了宝贵的成本和时间。此液晶能够显示815个汉字，并且
15、其所需电源电压与TTL电平兼容，所以选择它作为显示器。2.3.3 键盘模块为了减少键盘占用单片机的I/O线数目，采用行列式键盘结构，根据本系统具体需要采用24键盘结构。矩阵键盘电路连接复杂，但提高了 I/O 口的利用率，软件编程较复杂，适用于需使用大量按键的场合12。单片机对按键的识别是通过键扫描法来实现的。键扫描法就是要判断有无键按下，当扫描到有键按下时再进行下一步处理，否则退出键盘处理程序。独立式键盘扫描只需读取 I/O 口状态，而矩阵式键盘扫描通常有两种方法：逐行扫描法和线反转法。逐行扫描法是依次从第一至最末行线上发出低电平信号，如果该行线所连接的键没有按下的话，则列线所接的端口得到的是
16、全“1”信号，如果有按键按下的话，则得到非全“1”信号。由于矩阵键盘和独立键盘相比有占用 I/O 口少的特点，本次设计采用 2 4 矩阵键盘，因此按键识别必须通过软件来实现。本系统采通过逐行扫描法，用 switch-case中北大学 2012 届毕业设计说明书第 6 页 共 58 页语句来实现按键识别，由于按键按下时的机械动作，在按键被按下或松开的瞬间，其输出电压会产生波动，称为键的抖动。为确保每按一次键单片机只进行一次处理，使键盘可靠的工作，必须消除按键抖动14。消除方法有硬件消抖和软件消抖两种。硬件消抖法就是在键盘中附加去抖动电路，从根本上消除抖动产生的可能性。软件消抖法是采用延时（一般延时 1020ms）的方法，以避开按键的抖动，即在按键已稳定的闭合或断开时才读出其状态。本系统通过延时 10ms 来对按键进行消抖处理。2.3.4 炜煌热敏打印机 E22E22打印机采用直接热敏打印的方法打印，打印纸宽为57.50.5mm，打印密度为8点/mm，有效打印宽度为48mm，可以打印20H-7fH间的标准ASCII码半角字符
