基于近场通讯和物联网的饭堂自动计价系统

陆兴华　谢辉迪　许剑锐

摘 要：在物联网平台下，设计饭堂自动快速计价系统，提高饭堂的工作效率。提出一种基于近场通讯的DSP数字信号处理的物联网下的饭堂自动计价系统设计方法。进行了系统的总体设计和模块化硬件设计，饭堂自动计价系统主要分为价格信息的发射模块、信息接收模块、信息处理模块和输出模块等，输入信号经过变阻器分压送到TDA8920BTH的输入引脚，TDA8920BTH完成对输入信号的PWM調制、调制波的功率放大输出。采用近场通讯原理设计接收电路，接收电路主要任务是将接收通道、参考通道两路信号经过放大、滤波、阻抗变换等预处理后送入A/D进行采样，低通滤波选用AD公司AD712465，组成二阶低通滤波器，采用BLR（基线恢复器）进行输入信号的倍频均衡处理，完成系统的集成设计。仿真结果表明，采用该系统进行饭堂自动计价控制，具有较好的稳定性和准确性，工作效率较高。

关键词：饭堂；自动计价系统；物联网；近场通信

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2015）06-

Abstract： In the IOT platform， automatic pricing system design to improve the working efficiency of the canteen， canteen. This paper presents an automatic pricing system design method of near-field communication DSP digital signal processing under the Internet of things based on the dining hall. The system overall design and modular hardware design， canteen automatic pricing system mainly consists of price information transmitting module and information receiving module， information processing module and output module etc. Input signal after rheostat points pressure delivered to TDA8920BTH input pin， and TDA8920BTH completed the input signal of PWM modulation， the modulation wave power amplifier output. The near field communication principle is applied to design receiving circuit， through which the main realized task is pretreated， including receive channel and reference channel signals after amplification， filter， impedance transforming into the A / D sampling， low pass filtering selecting ad company AD712465， consisting of a second-order low-pass filter， and using the BLR （baseline restorer） to achieve frequency equalization of the input signal processing ， therefore completing system integration design. Simulation results show that using the system canteen automatic pricing control， has good stability and accuracy and work efficiency high.

Keywords： Canteen； Automatic Pricing System； Internet of Things； Near Field Communication

0 引言

通过对大型饭堂快速自动计价系统优化设计，提高对大型饭堂的管理水平和智能控制能力，从而改善饭堂的工作效率。大型饭堂的计价系统是构建在物联网环境下的，采样数据传感器和近场通讯的方法进行数据传输和价格共享，提高数据交互能力，物联网系统是传感器密集的分布式实时嵌入式系统，设计物联网环境下的大型饭堂的快速自动计价控制系统，提高物联网平台下的饭堂价格信息数据的自适应实时分发能力[1]。随着现代信号和信息处理的发展，对大型饭堂的计价系统的改进设计，实现信息化处理、远程管理控制和智能化管理。本文提出一种基于近场通讯的DSP数字信号处理的物联网下的饭堂自动计价系统设计方法，首先进行了系统的总体设计，进行了饭堂自动快速计价系统的价格信息发射模块设计、接收模块设计和数字近场通讯模块设计等，最后进行系统的软件设计，仿真实验进行了性能测试，展示了本文设计的饭堂自动计价系统的可靠性和稳定性。

1 系统总体设计和功能模块分析

在物联网平台下进行大型饭堂的自动计价系统设计，本文设计的饭堂自动计价系统主要分为价格信息的发射模块、信息接收模块、信息处理模块和输出模块等，信息处理模块又包括了PWM调制、调制波的功率放大、近场通讯等硬件电路的设计[2-4]，系统总体设计结构框图如图1所示。

图1中，价格信息通过发射模块输入到数字信号处理系统中，数字信息处理芯片采用的DSP是AD公司的AD9225芯片，提高系统性能，提高系统的识别率和价格信息的自动控制和处理能力[5-8]。最后，采用近场通讯进行输入信号的调制解调处理，通过CAN能谱发送程序，输出信号经低通滤波后驱动发射天线，在物联网平台下，主要完成向自动计价系统256能谱数据的实时发送，进行计算机自动控制，需要发送32个微帧，系统中的TDA8920BTH工作在BTL输出模式下，程序发送配置流程如如图2所示。通过上述对系统的总体设计构架，对系统的功能模块进行分别设计。

2 系统的模块化电路设计

以上述总体设计为构架，进行系统的功能模块设计，饭堂自动快速计价系统的功能模块设计中，主要模块包括了价格信息发射模块设计、接收模块设计和数字近场通讯模块等，发射模块的主要任务是向发射天线提供价格数据信息，通过物联网系统中的无线传感器将交变磁场辐射出去，其系统框图如图3所示。

发射板的核心芯片为philips公司的D类功放芯片——TDA8920BTHv，输入信号经过变阻器分压送到TDA8920BTH的输入引脚，TDA8920BTH完成对输入信号的PWM调制、调制波的功率放大输出。在发射电路设计时，需要串联一个适当电容，使发射探头串联谐振在工作频率上，根据串联谐振，可得工作频率如公式（1）所示：

系统的数据发射模块采用的是单通道（SE）和桥接负载方式，放大器闭环增益：30±1 dB，THD≤0.15%（P=1 W，f=1 kHz。

本文设计的饭堂自动计价系统的接收模块采用近场通信原理，接收电路主要任务是将接收通道、参考通道两路信号经过放大、滤波、阻抗变换等预处理后送入A/D进行采样，饭堂自动计价系统的接收电路的共模抑制比高达93 dB，带宽 ，设计近场通讯滤波电路，对噪声进行滤波处理[5-8]，近场通信的滤波系统的传递函数为：

根据上述设计方法，低通滤波选用AD公司AD712465，组成二阶低通滤波器，得到基于近场通讯的饭堂自动计价系统的接收电路的失真度为： ，噪声为 ，通过对接收模块设计，对调理后的饭堂自动计价系统的接收和参考信号进行采样，实现价格信息的融合。

在上述接收模块设计的基础上，进行系统的数字模块设计，根据系统的功能需求，数字电路部分由A/D、D/A、信号处理器（DSP）等功能模块组成，实现对饭堂菜品价格的自动计价和数字通讯，系统的数字模块采用电容进行交流耦合，假设 代表耦合电容C前输入的价格信息，放电时间， ， 是随参数不断变化的，采用BLR（基线恢复器）进行输入信号的倍频均衡处理，运放输出端变为负电平，输出信号直流分量为 。假设自动计价系统的耦合电容 设为10 ，单位负增益缓冲器电阻R设为200 ，采用基线恢复器进行计价系统的信息接收，得到系统的数字信息处理模块电路如图4所示。

图4中，采用从外部串行EEPROM中引导的方式，EEPROM选用ATMEL公司提供的512Kbit SPI串行EEPROM芯片AT25HP512，D/A模块负责提供发射信号，D/A选用AD5621，AT25HP512作为从机（slaver）通过SPI接口与主机（master）BF561连接。系统设计中，整个系统的数字信息处理系统是核心单元，主控系统由基准电源，加电复位电路，移位寄存器组成，其中，电平触发控制输入引脚（高电平有效），采用级联方式，对接收通道和参考通道同时进行采样，两片AD7767-1的数据依次从1～2传输，选择AD公司的高性能过采样模数转换器——AD7767-1进行模数转换。主机的发送与从机的接收相连，输出范围在-VDD/2～+VDD/2之间，串行数据输入引脚，芯片内置16位移位寄存器，通过上述处理，实现了饭堂自动计价系统的主控电路设计，设计电路如图5所示。

大型饭堂自动计价系统集成设计中，数字板主要芯片的电压及工作电流参数如表1所示。

3 系统测试与仿真实验

为了测试本文设计的饭堂自动快速计价系统的性能，进行仿真实验，实验中，模拟控制管脚包括SENCE和VREF，饭堂自动计价系统的最大时钟频率 ，选用频率为30MHz、电压为3.3V的有源晶振作为时钟源，应该并联一个 的小电容来抑制高頻干扰。在系统调试时或者重新加载程序时，通过手动按键，产生复位信号。通过监控3.3V电压，当VCC电压低于2.93V时，外部引脚BMODE[1：0]的状态，进行饭堂自动计价。在系统测试过程中，接收电路上的+5V由电源芯片LM1117-5提供，宽电压输入范围：9V～15V，接收电路的输出电压6V，输出电流不小于1A，选用线性稳压芯片，用于DSP及其外设、ADC、DAC、的供电，调节器可以在外部2.25V～3.6V电压输入的情况下，产生0.85V～1.35V的内核电压，在物联网环境下进行价格信息的采集，得到不同通道采样下饭堂价格信息的数据采集结果如图6所示。

以此为基础，进行饭堂价格信息自动计价，为提高自动计价系统的收敛性能，通过近场通讯把频率降到0值附近，并获得信号的相位信息，得到自动计价输出如图7所示。

从图7可见，采用本文系统能实现快速自动计价，提高饭堂的管理性能，为了测试本文系统在进行价格计价中的性能，采用自动计价控制的收敛性为测试指标，得到仿真结果如图8所示。从图8可见，采用本文系统进行饭堂自动计价控制的收敛性较好，价格输出可靠稳定，性能优越。

4 结语

随着现代信号和信息处理的发展，对大型饭堂的计价系统的改进设计，实现信息化处理、远程管理控制和智能化管理。本文提出一种基于近场通讯的DSP数字信号处理的物联网下的饭堂自动计价系统设计方法，首先进行了系统的总体设计，进行了饭堂自动快速计价系统的价格信息发射模块设计、接收模块设计和数字近场通讯模块设计等，系统测试结果表明，该系统进行饭堂自动计价控制的收敛性较好，系统稳定性和可靠性较高，性能优越。

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