毕业设计（论文）基于无线网络的酒店点单系统.doc

目 录1 绪论11.1 设计背景及目的11.2 设计现状和发展趋势11.3 设计方法11.4 论文构成及内容22 方案论证32.1 本课题介绍32.2 通信方式选择32.3 手持终端设计选择53 硬件电路设计63.1 系统硬件电路设计63.2 手持终端微控制器设计63.2.1 微控制器选择63.2.2 S3C44B0X最小系统73.3 手持终端LCD模块电路设计83.3.1 手持终端LCD模块介绍83.3.2 S3C44B0X的内部LCD控制器介绍93.3.3 LCD控制器的外部接口信号93.4 手持终端键盘模块电路设计103.4.1 键盘接法103.4.2 按键识别103.4.3 消除抖动113.5 手持终端无线通信模块设计113.5.1 PTR2000介绍123.5.2 手持终端无线通信模块设计123.6 手持终端电源模块设计133.7 服务器无线通信模块设计134 软件设计154.1 系统软件设计154.2无线通讯协议设计154.2.1 无线通讯协议的层次结构164.2.2 无线协议数据层设计174.2.3 应用数据层设计174.2.4 CRC校验184.3 按键模块程序设计194.4 LCD模块程序设计214.5 无线手持终端发送菜单程序设计224.6 服务器接受点菜业务程序设计255 结论27参考文献28致谢29附录301. 键盘模块程序302. LCD操作相关函数313CRCITU查找表334. 串口初始化和字符发送函数345. 无线模块通信程序356. 电路图清单40基于无线网络的酒店点单系统摘要无线电子点菜系统是餐馆实行信息化管理的一个重要组成部分，该系统的应用不仅会给餐饮企业带来良好的经济效益，而且有利于先进的科学技术在国民经济中的推广应用，产生良好的社会效益。目前国内点菜系统高、低档产品繁多，但推广速度十分缓慢，究其原因是缺少适合中国国情的适用产品。本文通过分析国内市场现有的各种点菜系统的优缺点，指出点菜系统的区别关键在于点菜终端和通讯方式的选择上，在此基础上提出了一种新的无线点菜终端解决方案：运用嵌入式系统开发无线点菜终端，运用RFID技术构建无线局域网络进行数据传输。文章首先分析了无线点菜系统的系统组成及功能分配。然后在此基础上对系统各个组成模块的硬件进行设计。最后对几种常用的小范围无线通讯方式进行比较，确定采用RFID技术构建无线局域网络进行数据传输，用主站轮询，从站监听的通信方式，并详细阐述了数据帧格式和分层次通讯协议的设计。关键词：嵌入式系统；S3C44B0X；RFID技术；无线通信HOTEL DISH ORDER SYSTEM BASED ON WIRELESS NETWORK SYSTEMABSTRACTWireless electronic ordering system is an important part of restaurant information management systemThe application of this system will not only bringing the good economic benefits to food and beverage enterprise，but also improving the application of the advanced science and technology in national economy and bringing good social benefitA glance at order-dish system appearing in native market，there have been many products belonging high or low rank, but they aren't introduced in restaurants widelyIt can be speculated that scarcity of medium system satisfying china society is the main reasonThis paper analyses characteristic of all kinds of order-dish systems，and concludes that the primary difference among systems is the implement method of order-dish terminalBased on this conclusion，it put out a new wireless order terminal solutions：building the wireless order-dish terminal by using embedded system technologies and transmitting data by using wireless network based on RFIDFirstly, this paper analyses the system constitution and function assignments of wireless electronic ordering system. Then, designed the total scheme and each hardware module of the systemLast，We decided to transmitting data by using a single wireless network based on RFID technology, after comparing several short distance wireless communication methods, communication mode uses the way of main module querying and slave module listening, and structure of data frame and hierarchical communication protocol were explained in detailKey words: embedded system; S3C44B0X; RFID technology; wireless communications1 绪论1.1 设计背景及目的由于人们生活水平的提高和生活方式的转变，餐饮业的市场急剧扩大，利润飞速增长，被称为中国的黄金产业。但传统的酒店人工式服务不仅容易出错，效率低，而且不够档次。应用电子点菜系统，能够提高餐馆档次和营业效率、优化业务服务流程，为餐饮行业带来崭新的管理理念与服务手段，是餐饮行业向信息化发展的一个重要标志。但目前市场上的电子点单产品各有优缺点，不适合推广应用。课题设计的目的是要设计出适合我国国情的一种电子点菜方法。1.2 设计现状和发展趋势目前较为流行的点菜主要分为2种模式。第一种采用单片机和无线模块实现，该模式成本低，但是功能和界面较为简单，通信距离也较短，使用者一般是服务员；另外一种采用商业PDA和无线网卡实现，功能强大，界面华丽，操作方面，但成本较高，不利于大范围推广与应用。此外，友好的自助点菜终端要给客户提供诸如每道菜肴的名称、插图、介绍和价格等各种相关信息，这些信息需要随着菜单的变化实时更新。但这两种方法都各有缺点，所以推广缓慢。嵌入式系统由于具备简洁、高效等特点，在最近几年来，表现出了强劲的发展势头。 IT业已迎来了一个崭新的、以嵌入式系统为核心的“后PC时代”。运用嵌入式系统开发无线点菜系统终端，运用无线通信技术实现顾客自主点单，必将成为适合我国餐饮行业行情的新模式。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。利用有源RFID标签技术，可以非常便捷的构建局域无线网络，实现多个手持式设备与主机之间的互联。1.3 设计方法本课题拟利用RFID技术构建无线局域网络，手持终端与主控计算机之间通过RFID无线网络实现数据交换，进行酒店的餐饮点菜业务操作。手持终端具备键盘和液晶显示屏，通过键盘输入，操作结果通过液晶显示屏显示出来。客户可以通过手持终端给前台的主控服务器机发送操作命令，实现点菜业务。主控服务器由主控计算机和RFID主站构成，主控计算机中实现数据管理系统的设计，而RFID主站与主控计算机之间通过串口连接，并在主控计算机和手持终端之间进行通信服务。手持终端部分包括：微控制器S3C44B0X，LCD显示模块，键盘输入模块，电源模块。S3C44B0X是Samsung公司推出的1632位RISC处理器。目前己有广泛应用，资料丰富。同时，该芯片强大的数据处理能力也是不容忽视的优势。适合做控制芯片。通信方面则采用RFID技术构建无线局域网来实现无线通信，RFID技术适合一对多通信，且可实现移动中通信，具有抗干扰能力强，传输速度快，距离长等优点，很适合在餐馆中使用。手持终端可以通过RF无线通信发射点菜信号给服务器终端。服务器终端包括：RF无线通信模块和计算机。RF无线通信模块负责与手持终端通信。计算机则负责处理点菜信息等数据处理工作。1.4 论文构成及内容本设计第一章是绪论，说明本设计的研究背景与意义，对设计现状和方法介绍；第二章是方案论证，包括系统总体方案的选择，微控制器和无线通信的选择；第三章是系统硬件电路的设计，介绍了系统各部分电路的芯片以及其接口电路；第四章是系统软件设计，介绍了系统的主程序和各个子程序的设计；第五章是结论，即对论文的总结。2 方案论证2.1 本课题介绍本课题是要设计出一个能在餐馆中代替服务员点菜的无线点菜系统。系统需实现的功能有：可查询和显示菜单、可选择所需菜名、可实现数据通信。据此设计，它应有两个部分：手持无线点菜终端和服务器。客户通过手持终端可以浏览菜单，选择自己想点的菜。手持终端将客户选择的菜发送给服务器。服务器接到后，厨房便可以做客户点的菜了。手持终端应包括：微控制器、LCD、键盘、电源和无线通信模块。电源给各个模块供电；微控制器起控制作用；LCD显示菜单给客户看；键盘用于客户输入点菜信息；无线通信负责与服务器通信，发送点菜信息或接受服务器查询。服务器包括：无线通信模块和计算机。无线通信模块负责与手持终端通信，接收手持终端发送的点菜信息或对手持终端进行查询；计算机则负责处理点菜信息等数据处理工作。2.2 通信方式选择对比无线网络通信和有线网络通信的优缺点：(1)灵活性和移动性。在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网在无线信号覆盖的区域内任何一个位置都可接入网络。无线网络另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。(2)安装便捷。无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工程量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。(3)易于进行网络规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。重新布线是一个费时、费钱、繁琐和浪费的过程，无线局域网可以减少或避免上述情况发生。(4)故障定位容易。有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大代价。无线网络很容易定位故障，只需要更换故障设备即可恢复网络连接。(5)易于扩展。可以很快从几个用户的小型局域网扩大到几百几千用户的大型局域网。由于无线网络通信有以上诸多优势，故选择无线局域网络通信方式。而目前使用的无线通信方式主要有：(1)基于IEEE802.11b标准无线局域网通信:它虽是无线通信中的主流方式，但价格相对较高，不适合用在大众型餐馆中。(2)蓝牙技术：传输距离短，一般只能在方圆十米之内进行数据之间的传输。(3)红外技术：它可以提供极高的数据速率，有较高的安全性，且设备相对便宜而且简单。但由于红外线对障碍物的透射和绕射能力很差，使得传输距离和覆盖范围都受到很大限制；且它的传输接口必须对正，不适合移动中通信。以上这些通信方式均不适合用在本课题中。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便1。利用有源RFID标签技术，可以非常便捷的构建局域无线网络，实现多个手持式设备与主机之间的互联。在餐馆中应用的无线通信要有以下要求：能够一对多进行通信，即一个服务器和多个手持终端进行通信；具有一定的发射功率，能够进行较远距离通信；具有很好的抗干扰能力和适应能力，能适应餐馆人多嘈杂，温度湿度偏高，油烟多的工作环境；能够进行移动中的通信。根据上一段的描述，RFID技术具有一对多通信的能力，可移动中通信，可工作于各种恶劣环境，且传输速度快，距离长等优点，所以决定采用RFID技术构建无线局域网来实现无线通信。图2.1为一个服务器与多个手持终端通信的框图，RFID技术构建了它们之间通信的局域网络。RF通信计算机微控制器RF通信微控制器RF通信。.。.图2.1 构建无线局域网络多个手持终端一个服务器端2.3 手持终端设计选择手持终端以前大都采用单片机和PDA来设计。单片机虽然成本低，但功能和界面简单。PDA功能强大，操作方便，界面丰富，但价格高。所以，都没能得到广泛应用。本课题要求手持终端能够满足一般客户的点菜要求，即能显示菜单给客户，供客户浏览选择；待客户选择好后，能利用无线通信模块将菜单发送给服务器。且要求手持终端设计便利，开发成本低。嵌入式系统由于具备制造成本低、运行效率高和功耗低等特点，在最近几年来，表现出了强劲的发展势头。 IT业已迎来了一个崭新的、以嵌入式系统为核心的“后PC时代”。使用嵌入式系统作为微控制器来设计手持终端符合科技发展潮流，可以完全满足客户需要。综上所述，本课题拟用嵌入式技术设计手持终端，利用RFID技术构建无线局域网络实现无线通信。3 硬件电路设计3.1 系统硬件电路设计整个系统分为两个部分，即手持终端和服务器。手持终端包括：微控制器、LCD、键盘、电源和无线通信模块。微控制器通过LCD把菜单显示给客户，客户通过键盘输入选择菜单，微控制器通过无线通信模块将菜单发给服务器。手持终端设计框图如图3.1所示。服务器包括：无线通信模块和计算机。无线通信模块负责与手持终端通信，接收手持终端发送的点菜信息或对手持终端进行查询；计算机则负责处理点菜信息等数据处理工作。无线通信模块与计算机之间通过串口连接，中间接电平转换器。服务器设计框图如图3.2所示。微控制器LCD键盘无线通信模块图3.1 手持终端设计框图电源 无线通信模块计算机图3.2 服务器设计框图3.2 手持终端微控制器设计 3.2.1 微控制器选择本课题所需微控制器要有较好的运算速度，以满足实际的工作要求；内部存储器不能小，因为要存储汉字；功耗要低，因为是用干电池供电，要让电池能使用较长时间；所需外围器件要少，芯片价格要不高，且要便于开发和调试，这些是为了降低成本和提高开发效率。S3C44B0X是Samsung公司推出的1632位RISC处理器。它包括：2K的内部SRAM，LCD控制器，IO端口等。它的低功耗精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗均敏感的应用。S3C44B0X的杰出特性是它的CPU核，是由ARM公司设计的1632位ARM7处理器(66MHz)。ARM7TDMI体系结构的特点是它集成了Thumb代码压缩器，片上的ICE断点调试支持，和一个32位的硬件乘法器。S3C44B0X通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置，从而最小化系统的成本2。 S3C44B0X微处理器非常适合作为控制核心，目前己有广泛应用，资料丰富。同时，该芯片强大的数据处理能力也是不容忽视的优势。由上所述三段可知，S3C44B0X具有低功耗，少需外围设备，数据处理能力强，应用广泛等优点，所以手持终端的微控制器采用S3C44B0X芯片。 3.2.2 S3C44B0X最小系统嵌入式必须在时钟的驱动下才能工作，而晶振电路用于向CPU提供工作时钟。由于在嵌入式内部有一个时钟振荡电路，微控制器可以使用内部的晶体振荡器产生时钟信号，也可以从外部引入时钟信号，而本设计采用振荡模式。使用时，只需要接一个振荡源就能产生一定的时钟信号发送到嵌入式的各个单元，决定嵌入式的工作速度。振荡频率范围：1-75（MHz）。在电路中两个电容C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。VSS_1VSSA共同接地。电源由电池提供，在最后单独介绍。S3C44B0X的硬件复位端为nRESET引脚。在电源打开已经稳定时，nRESET必须保低电平至少4个MCLK周期。上电/按键复位过程为：电源上电时，电容由于电压突变，相当于短路，R2上出现低电平，使得芯片复位；伴随着电容充电，R2电压上升：当电容充满时，R2电压为3.3V，芯片进入工作状态。工作期间，按下按键，电容放电；按键松开，电容充电，芯片复位。电容充电时间有10ms，足够复位。电源部分采用干电池供电，具体介绍在3.6小节。图3.3 S3C44B0X最小系统3.3 手持终端LCD模块电路设计现在市面上出售的LCD有两种类型：一种是带有驱动电路的LCD显示模块，这种LCD可以方便地与各种低档单片机进行接口，如8051系列单片机，但是由于硬件驱动电路的存在，体积比较大。这种模式常常使用总线方式来驱动。另一种是LCD显示屏，没有驱动电路，需要与驱动电路配合使用。特点是体积小，但却需要另外的驱动芯片。也可以使用带有LCD驱动能力的高档MCU驱动3。本系统采用的S3C44B0X微控制器就具有此功能，因此设计中选择不带驱动的LCD显示屏。3.3.1 手持终端LCD模块介绍夏普公司的3.5英寸分辨率为320*240的TFT型LQ035Q7DH06液晶显示模块。它的最大特点是功耗很低，很适合使用在干电池供电的手持终端中。LQ035Q7DH06 LCD模块的接口信号线作用如下：(1) 写满整个屏的数据称为1个“帧”的数据，YD是帧同步信号，该信号启动LCD屏的新一帧的数据。两个YD脉冲之间的时间长度称为“帧周期”。根据LCD模块的特征，帧刷新周期为1214ms，频率为7080Hz。每1帧中包含240个LP脉冲。(2) LP为行（共240行）数据输入锁存信号，也就是行同步脉冲信号。该信号启动LCD屏的新一行数据。(3) XCK为行数据输入信号，也就是每一行中像素点数据传输的时钟信号。每组8字节的数据在XCK的下降沿处被输入锁存，因此，每1行中包括320x3/8个XCK脉冲信号。(4) D0D7是8位的显示数据输入信号。3.3.2 S3C44B0X的内部LCD控制器介绍S3C44B0X内置LCD控制器可以支持规格为每像素2位（4级灰度）或每像素4位（16级灰度）的黑白LCD，也可以支持每像素8位（256种颜色）的彩色LCD屏。LCD控制器可以通过编程支持不同LCD屏的要求，例如行和列像素数、接口时序和刷新频率等。LCD控制器的主要工作是将定位在系统存储器中的显示缓冲区中的LCD图像数据传送到外部LCD驱动器中。3.3.3 LCD控制器的外部接口信号LCD控制器外部接口信号的定义及其与LCD模块各信号之间的对应关系如下：(1) VFRAME LCD控制器和LCD驱动器之间的帧同步信号。该信号告诉LCD屏新的一帧开始了。LCD控制器在一个完整帧显示完成后立即插入一VFRAME信号，并开始新一帧的显示。该信号与LCD模块的YD信号相对应。(2) VLINE LCD控制器和LCD驱动器之间的线同步脉冲信号。该信号用于LCD驱动器将水平线（行）移位寄存器的内容传送给LCD屏显示。LCD控制器在整个水平线（整行）数据移入LCD驱动器后，插入一个VLINE信号。该信号与LCD模块的LP信号相对应。(3) VCLK LCD控制器和LCD驱动器之间的像素时钟信号。由LCD控制器送出的数据在VCLK的上升沿处送出，在VCLK的下降沿处被LCD驱动器采样。该信号与LCD模块的XCK信号相对应。(4) VM LCD驱动器的AC信号。VM信号被LCD驱动器用于改变行和列的电压极性，从而控制像素点显示或熄灭。VM信号可以与每个帧同步，也可以与可变数量的VLINE信号同步。该信号与LCD模块的DISP信号相对应。(5) VD70 LCD像素点数据输出端口。与LCD模块的D70相对应。图3.4 S3C44B0X的LCD驱动控制器与LQ035Q7DH06连接电路图3.4 手持终端键盘模块电路设计 3.4.1 键盘接法在S3C44B0X中端口PA作为地址线使用；PB作为bank选择线和SDRAM的接口信号线使用；PC可以作为数据线、LCD数据线等使用；在系统具备LCD的情况下，PD主要作为LCD的信号线使用；PE可以作串口信号线和定时器输出使用；PF和PG则是多功能I/O口。矩阵式键盘适合用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。一个4x4的行、列结构可以构成一个有16个按键的键盘。4x4的矩阵键盘接口，本来需16根口线，但采用节省口线的“键盘循环扫描”方法来检测键盘，这样只需要8根口线。选取PF口作为检测键盘端口，并设定PF0PF3为状态读取端口，PF4PF7为扫描端口。如图3.5所示。图中10K电阻为上拉电阻，作用是保证按键未被按下时一定为高电平，起到抗干扰的作用。3.4.2 按键识别 矩阵键盘按键的识别方法分两步进行：(1)识别键盘那一行的键被按下。让所有列线均为低电平，检查各行线电平是否为低。如果有行线为低，则说明该行有键被按下，否则说明无键被按下。(2)如果某行有键被按下，识别键盘哪一列的键被按下（亦称之为扫描法）。逐列置低电平，并置其余各列为高电平，检查各行线电平的变化。如果行电平变为低电平，则可确定此行此列交叉点处按键被按下。 3.4.3 消除抖动一般的键盘按键是机械式弹性按键开关。在机械触点断开、闭合时，由于机械按键的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上接通，在断开时也不会马上断开。即在闭合和断开的瞬间有一连串的抖动。按键抖动会引起一次按键被误读多次。所以，必须要去除键盘抖动。要在按键闭合稳定时读取按键状态，并且必须判别到键释放稳定后再做处理。消除按键抖动，有硬件和软件两种方法。硬件消抖：在键数较少时可用硬件的方法消除键盘抖动。常用RS触发器来实现消抖。如图3.5所示，设计中采用并联电容的方法，利用电容的充放电特性来消除电压毛刺。软件消抖：如果键数较多，常用软件方法去抖。设计使用的是4x4矩阵式键盘，共有16个按键，所以选择软件方法去抖。软件方法去抖，即检测出按键闭合后执行一个延时程序，产生5ms10ms的延迟时间，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态，则认为确有按键按下。图3.5 键盘模块电路图3.5 手持终端无线通信模块设计3.5.1 PTR2000介绍PTR2000具有如下特点4：(1) 接收和发射合一；(2) 它的工作频段为国际通用的数传频段433Mhz；(3) 采用抗干扰性强的FSK调制，特别适合于信号干扰很强的工控场合；(4) 采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好：(5) 模块灵敏度高，可以达到-105dBm；(6) 最大发射功率为l0dBm；传输距离为300400米。(7) 低工作电压，最低只需27V，功耗小；(8) 工作速率最高可达20Kbits(也可在较低速率下工作如9600bps)；(9) 可直接接单片机串口使用，也可以接RS232接口，软件编程非常方便；(10) 标准的DIP引脚间距，更适合于嵌入式设备。PTR2000芯片性能优异，它的显著特点是所需外围元件少，是目前类似通信模块中最少的，所以设计非常方便。该模块在内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，所以是目前集成度较高的无线通信模块。该器件采用抗干扰能力较强的FSK调制解调方式，其工作频率稳定可靠、外围元件少、功耗极低且便于设计生产，所以非常适合于便携及手持产品的设计。最关键的是它的发射功率、传输距离、抗干扰能力、灵敏度能完全胜任餐馆的实际工作环境。 3.5.2 手持终端无线通信模块设计PTR2000无线收发模块与S3C44B0X微控制器的连接中，PTR2000模块的DO和DI分别与微控制器的串口RXD和TXD连接，利用微控制器的IO口GPB6、GPB7、GPB8分别控制PTR2000模块的发射控制、频道转换和低功耗模式。将GPB6口置高电平或置低电平而将无线收发模块置于发射或接收状态。微控制器S3C44B0X完成待发数据的组织和处理，向PTR2000模块发送数据和接收计算机发送的数据。和S3C44B0X相连的PTR2000无线数据模块将微控制器的待传数据信号调制成射频信号，发送到计算机端的PTR2000模块，接收计算机端的PTR2000模块发送的数据信号，并解调成微控制器能够识别的TTL信号5。图3.6 PTR2000与S3C44B0X的连接电路图3.6 手持终端电源模块设计由于手持终端在使用过程中是没有固定地点的，所以手持终端电源由干电池提供，并且服务器的无线射频通信模块也由电池供电。由于四节电池的电压约为6V大于S3C44B0X的工作电压，所以使用2575集成稳压器降压，使其能输出稳定的电压值为3.3V直流电流。图3.7便是输出为3.3V的电池接口电路。C1为100uF电解电容，起稳压作用；C2为0.1uF瓷片电容，起滤波作用。图3.8是在电池电压降压为3.3V后作为电源给S3C44B0X供电的电源模块电路。图中电容起滤波作用，电感起隔离作用。图3.7 电池接口电路图3.8 S3C44B0X电源模块3.7 服务器无线通信模块设计在服务器中计算机与无线通信模块之间需MAX3232完成RS232和TTL电平的转换。在PTR2000模块与计算机串口的连接中，由于PTR2000模块支持TTL电平，计算机串口RXD和TXD输出的信号需经电平转换后分别与PTR2000模块的DO和DI相连。MAX3232的T2IN引脚连接计算机串口的RTS引脚，其功能是实现计算机对无线收发模块收发状态转换的控制。PTR2000模块的CS和GND连接，作用是固定通信频道为1。PWR引脚连接到VCC上，作用是使PTR2000模块固定在正常工作状态。图3.9所示是PTR2000与PC机串口进行接口的典型应用电路6。图4.0所示是开关电源对服务器无线通信模块供电的电路图。之所以不用干电池供电是因为服务器端的PTR2000时时工作，耗电量大。选用5V电压的开关电源是因为一般手持设备的开关适配器电压为5V。图3.9 PTR2000与PC机串口的连接电路图图4.0 开关电源供电电路4 软件设计4.1 系统软件设计系统软件设计部分分为两大块：手持终端和服务器。手持终端包括：键盘输入扫描、LCD输出显示、手持终端与服务器的通信。服务器包括：与手持终端的通信、计算机显示。这其中主要是数据无线通信的软件设计。通信方式确定为服务器轮询各个手持终端，若手持终端无数据上传，则下一个；若有数据上传，则建立连接。对于手持终端来说则是时时监听服务器所发ID，若是自己的，则建立连接；若不是，则不响应。整个系统的工作流程图如下所示。当客户通过手持终端上的键盘输入查询菜单信息时，LCD将菜单显示出来供客户选择，在客户选择确定以后，手持终端将它发给服务器。服务器接到后，将它通过计算机显示给厨师看。开始客户通过键盘查询菜单LCD显示客户选好菜单与服务器通信结 束图4.1 手持终端流程图开始轮询与手持终端通信继续轮询计算机显示菜单图4.2 服务器流程图4.2无线通讯协议设计由于在本无线网络中，存在一个主站和多个从站，因此本无线通信的协议是一个一对多的无线通信协议。在整个无线通信系统中，无线通信模块的工作频率是433Mhz，数据传输率是9600bps。由于整个系统工作在单一载波频率下，采用FDMA技术是不可能的，整个系统只有一个载波频率；采用随机竞争的方式，由于硬件缺少冲突检测的机制，所以在经过权衡之后，认为采用TDMA方式，即时分多路访问，由于整个系统每次最多的通信数据量限制在lK以内(主要是一些菜单编码数据)，所以通信时间不会长。本系统采用了主站轮询、从站监听的工作方式7。服务器轮询时向手持终端发送建立连接请求，请求中包含手持终端ID，询问是否有数据发送。手持终端监听服务器发送的建立连接的请求，若请求中包含的ID等于自己的ID，则建立连接；若不是，则丢弃此包。发送到服务器端的信息必须要等到服务器确认接收无误后，再发下一帧。 4.2.1 无线通讯协议的层次结构本通讯协议共分为三层，如图4.3所示： 应用数据层无线协议数据层数据打包数据解包串口通讯层图4.3 无线通讯协议层次结构串口通讯层工作于整个无线通信网络的最底层，它主要定义了硬件通信的特性，即串口的初始化以及数据通过串口的接收与发送。无线协议数据层介于串口通讯层与应用层之间：(1)在接收端，数据层负责接收串口通讯层提交的数据，并提取出来交给应用层。(2)在发送端，数据层把应用层提交的数据封装后交给串口通讯层发送。应用数据层负责把协议数据层提交的业务数据接收处理，如显示、打印及存入数据库等。数据通讯过程如下: 当发送数据时, 首先把所需的跟点菜有关的数据按一定顺序组成应用数据层的数据帧格式,再按照无线模块规定的无线通讯协议格式对数据进行打包, 然后交给串口通讯层, 由串口通讯程序把数据传送给无线通讯模块,无线通讯模块实现无线数据的传输, 校验, 重发等功能。接受数据时, 过程正好相反, 无线通讯模块收到的数据先由串口通讯程序接受, 然后由无线协议数据层的数据解包程序进行解包, 最后应用数据层再分离出跟点菜系统相关的信息。分层次的软件结构更有利于功能的划分和实现8。 4.2.2 无线协议数据层设计无线协议数据层的帧封装示意图如下所示：无线协议数据层帧头应用数据层无线协议数据层帧尾图4.4 帧封装示意图无线手持终端发送的点菜数据帧格式如图4.5所示。无线协议数据层帧头：0XFF0X00通讯控制字符终端ID数据帧序号应用数据层：业务类型桌号菜编号数量菜编号数量结束符无线协议数据层帧尾：CRC校验码图4.5 无线协议数据层封装通信同步码用来保证应用通信程序能够识别噪声和有效数据，噪声是以随机字节出现的，没有明显的方式，一个理想的噪声源应该能够产生每一种可能字节信息的组合，噪声的这种特性使得相当困难去找一种字节组合来作为有效数据包的开始，幸运的是噪声并不是理想的，经测试发现OXFF后跟OX00在噪声中不容易发生，传输协议应该在数据包前加开始字节OXFF后跟OX00用作数据包的通信同步码，接收协议只能接收以OXFF后跟OX00开始的数据包。4.2.3 应用数据层设计由于射频传输速度有限，所以只传输少量的点菜必须的信息，如桌号、菜号、数量等基本的信息，而且通讯的双方由代码来对应具体的桌号、菜号、数量等信息，大大减少了数据通讯量，提高了传输的效率。通讯信息采用如下数据帧格式，如图所示。m桌号t菜1编号f数量n菜n编号f数量ne图4.6 数据帧格式桌号占1个字节，最多可表示255个桌台；菜名编号占2个字节，最多表示65535种菜品；数量占1个字节，每样菜最多可包含255份。字符m用来表示此次传送的数据是终端上传给服务器的点菜数据；t用来区分就餐位置数据和点菜数据；f用来区分做为不同菜编码之间的间隔符；n用来表示前面的数字数据为点菜数量；e用来做为整个业务数据的结束符9。 4.2.4 CRC校验在无线通讯过程中，由于传输距离，现场状况等诸多可能出现的因素的影响，通讯数据常会发生无法预测的错误。一般在通讯时采用数据校验的方法，其中奇偶校验和冗余码校验是最常用的两种校验方法。奇偶校验只能在传输中发现传输过程中的错误，并不能消除错误，所以在传输过程中不仅能检错并能自动纠错的循环冗余码校验方法(CRC)得到了最为广泛的应用。实现CRC校验的方法分为软件和硬件。硬件实现通常用一组移位寄存器和异或门电路进行构造。相对硬件实现方法而言，用软件实现CRC校验过程是一种简单实用且不增加硬件开销的方法，而CRC校验的软件实现也有两种方法，分别为计算法和查表法。（1）计算法：计算法就是依据CRC校验的基本原理在接收到的数据位(去掉最后两个字节的CRC校验和所得到的信息位串)后面再补上16位0后去除CRC生成多项式码(如CRC-ITU的多项式码，即多项式C(x)=x埔+x12+x2+1)，除法用模2相加，最终所得的余数即为所生成的CRC码。如果该码与所接收到的16位CRC码相同，则表示传送无误，否则信息传送出现差错，通知发送方重传。该方法是CRC校验的通用方法，但其运算时间相对较长，效率不高。（2）查表法：我们把8位二进制序列数的CRC(共256个)计算出来，放在一个表中，CRC校验码计算时只要从表中查找对应的数值进行处理即可。我们在进行CRC校验时用的是CRCITU的多项式，它对应的表见附录3。本系统中无线终端部分与服务器端数据校验都采用了字节型算法，而且用的是一种按字节查表的快速算法，该算法基于这样一个事实：计算本字节后的CRC码，等于上一字节的余式CRC码的低8位左移8位，加上上一字节CRC右移8位和本字节之和后所求得的CRC码。在无线通信中，发送每一帧数据，都通过上述方法计算需要进行校验的数据帧的CRC校验和，并把它附加在发送数据之后。由于本系统所用的生成多项式为CRC-ITU，因此所计算的校验和占用两个字