王志誠

WANG Zhi-cheng

（北新集團建材股份有限公司，北京 100096）

0 引言

高校就餐擁擠問題在諸如北京，上海等大城市中尤為突出。學生多，食堂少，就餐時間過于集中，再加上學校硬件建設經(jīng)費緊張，同時占地面積也有相當?shù)木窒?。因此要單獨從食堂擴建方面來解決這個矛盾恐怕還尚需時日。而通過完善食堂就餐系統(tǒng)，發(fā)揮現(xiàn)有資源的最佳效率，便可以相當程度上緩解這一問題。

另外，目前各高校食堂對不同時段的食物供應量沒有科學的評估機制，多數(shù)是憑借主觀經(jīng)驗。這樣不僅會造成大量不必要的浪費，也不能很充分的滿足來自全國各地同學的差異化需求。

圖1 系統(tǒng)硬件結構圖

1 系統(tǒng)硬件平臺設計

ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，適用于對價位和功耗要求較高的產(chǎn)品應用中。ARM7系列微處理器系列具有以下特點：極低的功耗；提供0.9MIPS/MHz 的三級流水線結構( 取指、譯碼、執(zhí)行)；最高主頻可達到130Mb/s；代碼密度高并支持16 位的Thumb 指令集；對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、μC/OSⅡ等[1]。

1.1 微處理器

本系統(tǒng)采用了MagnaChip公司的HMS30C7202作為系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的核心，HMS30C7202是一種高性價比16/32位RISC微控制器，主要特點如下：

1）16/32位RISC處理器核ARM720T為低功耗、高性能的16/32 位核，最適合用于對價格及功耗敏感的應用場合。

2）HMS30C7202對ARM720T核擴展了一系列完整的通用外圍器件。片上資源包括4個UART通道；2個CAN總線口；4個32位定時器；2路可編程PWM；32 位實時時鐘；多路實時中斷控制器；

DRAM/SDRAM控制器；ROM/SRAM和FLASH控制器；一個外部存儲器控制器等片內的邏輯控制電路。

3）軟件支持方面具有配套的代碼編輯調試環(huán)境ADS1.2和JTAG在線調試功能，使得HMS30C7202芯片軟件可以直接用C編寫，這就使μC/OS-II的植入成為可能。

1.2 電源模塊

在主控制模塊中，分別需要使用3.3V、1.8V和1.25V的直流穩(wěn)壓電源，其中HMS30C7202片上外設需要3.3V電源，內核需要1.8V輸入電壓，另外部分器件需要1.25V的電源。為此，需要設計相應的電源轉換電路，以獲得所需要的3.3V、1.8V和1.25V 電壓。系統(tǒng)所需的各個電壓產(chǎn)生電路分別如圖2、圖3所示。

圖2 3.3V電壓產(chǎn)生電路

圖3 1.8V電壓產(chǎn)生電路

1.3 時鐘模塊

晶振電路用于向CPU及其他電路提供工作時鐘，在該系統(tǒng)中HMS30C7202采用無源晶振。根據(jù)HMS30C7202的最高工作頻率以及PLL電路的工作方式，選擇10MHz 的無源晶振，10MHz的頻率經(jīng)

圖4 控制系統(tǒng)時鐘電路接線圖

過HMS30C7202片內的PLL電路倍頻后，最高可以達到60MHz。片內的PLL電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此系統(tǒng)可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率，并降低因高速開關時鐘所造成的高頻噪聲[2]。此外，本系統(tǒng)還采用了片外獨立時鐘芯片DS1302，其電路連接如圖4所示。

現(xiàn)在流行的串行時鐘電路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本系統(tǒng)使用的實時時鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。

1.4 存儲模塊

本設計中使用的AT24C512是Atmel公司生產(chǎn)的64KB串行電可擦的可編程存儲器，其內部有512頁，每一頁為128字節(jié)，任一單元的地址為16位，地址范圍為0000～0FFFFH。它采用8引腳封裝，具有結構緊湊、存儲容量大等特點，可以在2線總線上并接4片芯片，特別適用于具有大容量數(shù)據(jù)存儲要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此在測控系統(tǒng)中被大量采用[3]。IIC總線與AT24C512的硬件連接圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)存儲電路接線圖

1.5 通訊模塊

CAN通訊接口通過單片機的數(shù)據(jù)口與CAN通訊電路連接來進行設計，實現(xiàn)單片機與CAN總線之間的通信，其中CAN通訊電路部分主要包括：CAN-bus控制器、CAN-bus收發(fā)器、高速光電隔離等部分，如圖6所示。

圖6 CAN總線通訊系統(tǒng)結構圖

2 軟件設計

軟件設計首先要進行μC/OS-II操作系統(tǒng)和MiniGUI人機界面的移植，然后是用戶界面設計和編程。

2.1 μC/OS-II內核的移植

μC/OS-II是專為微控制器系統(tǒng)軟件開發(fā)而設計的源代碼公開的搶占式實時多任務操作系統(tǒng)內核，實時性和穩(wěn)定性都很好，很適合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用。μC/OS-II主要特點可以概括為以下幾個方面：公開源代碼，代碼結構清晰、明了，注釋詳盡，組織有條理，可移植性好；可裁剪，可固化；內核屬于搶占式，最多可以管理60個任務。自1992 年的第一版(μC/OS)以來已經(jīng)有好幾百個應用，是一個經(jīng)實踐證明好用且穩(wěn)定可靠的內核。目前國內對μC/OS II 的研究和應用都很多[4]。

μC/OS-II內核向HMS30C7202中的移植，要合理地修改μC/OS-II的三個與處理器相關的文件：OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C。主要是將文件中的匯編指令,改為ARM7的匯編指令，并根據(jù)CPU的特點把文件中寄存器的初值進行改寫。

2.2 MiniGUI的移植

MiniGUI 是一個輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，具有占用資源少、高性能、高可靠性和可配置等特點。它是我國開發(fā)的，中文支持文檔比較多，大都可以從飛漫公司網(wǎng)站(http：//www.minigui.com/)上免費獲得。目前已比較成熟，并已應用到很多項目的實際開發(fā)中。移植工作主要是兩個方面：修改配置文件; 將程序運行所需的庫文件和配置文件等添加到嵌入式目標板的文件系統(tǒng)中[5]。

2.3 系統(tǒng)程序設計

圖7 就餐窗口布局平面圖

每一個窗口都細化為選菜區(qū)和取菜區(qū)，由圍欄隔開。其中選菜區(qū)要求同學們排成一對，每個人根據(jù)個人口味在觸摸屏上進行選菜，選完菜后取打印憑條，由單向開口進入取菜區(qū)；而取菜區(qū)中由服務員為同學們配發(fā)飯菜。這樣的分區(qū)設計有效的保證同學們就餐時人流在窗口前的單向流動性，從而避免了類似“圍城”的沖突。系統(tǒng)實時采集并記錄學生們就餐的各種數(shù)據(jù)，如各食堂，樓層，窗口，菜種的售出情況。以便在食堂大屏幕上顯示輸出，指導同學們有序就餐，避免擁擠。還可以利用這些數(shù)據(jù)進行科學的采購和備餐，避免浪費，降低成本。

根據(jù)系統(tǒng)功能，軟件部分實現(xiàn)了相應的程序設計。系統(tǒng)上運行中會首先提示學生將校園卡插入卡槽中，然后進行選菜。這個過程會將菜品一一顯示在LCD屏幕上面，學生可以瀏覽各個菜品。當菜品選擇完畢后，學生可以通過觸摸屏點擊菜品圖片，再選擇數(shù)量。如果不再繼續(xù)選擇的話，就可以拔出校園卡，并取出取菜憑條了。

圖8 系統(tǒng)人機接口流程圖

本就餐系統(tǒng)具有以下特點：

1) 相對于混合化窗口，分區(qū)窗口秩序井然，易于維持就餐秩序。各分區(qū)分工明確，幾乎不會出現(xiàn)擁堵的情況，就餐效率大幅提高；

2) 分區(qū)后的選菜區(qū)無需人工，實行自助選菜，節(jié)省人力；

3) 自助選菜降低了服務員的壓力，不需要記下每個人點的菜，也避免了人工錯誤的出現(xiàn)；

4) 由于選菜區(qū)實行自助服務，占用空間小，故一個窗口可以根據(jù)具體情況同時開設兩個甚至多個選菜區(qū)，較舊系統(tǒng)中一個服務員負責一個窗口更靈活；

5) 這種自助選菜和打印憑條機制可以實時采集并存儲各種數(shù)據(jù)，如每日，每時段，每個窗口，每種菜的銷售狀況等，這是在人工服務下很難辦到的。

3 結束語

本信息化食堂就餐系統(tǒng)是基于嵌入式技術的食堂就餐系統(tǒng)。一方面指示并協(xié)調學生就餐秩序，緩解集中就餐的壓力；另一方面，則可以通過后臺對系統(tǒng)記錄下的各種就餐數(shù)據(jù)分析有效的輔助食堂更科學的定時定量備餐。本設計對目前北京等大城市高校擁擠不堪的就餐秩序，以及因備餐不合理所造成的食物浪費現(xiàn)象會帶來極大的改善。

[1]Frank Vahid、Tony Givargis,著,駱麗譯.嵌入式系統(tǒng)設計[M].北京航空航天大學出版社,2004,(9)：1-22.

[2]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)[M].清華大學出版社,2003,(7)：1-34.

[3]楊光友.嵌入式微處理器ARM7存儲器接口設計[J].微計算機信息,2004,20(9)：75-76.

[4]王劍峰,馬艷萍,劉云.μC/OS在ARM7處理器的移植與測試應用[J].青島科技大學學報,2005,(10)：443-447.

[5]丁丁,習勇,魏急波.三種主流嵌入式圖形用戶界面的移植及性能比較[J].電子產(chǎn)品世界,2004,(5)：77-79.