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。智能科技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。
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，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RC522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nrf24L01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。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。
作者：杨有文 韩建峰 冯文涛 来源：电子技术与软件工程 2015年20期
