第一组反向呼叫器设计报告.docx
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第一组反向呼叫器设计报告
反向呼叫器
系统概要设计报告
设计者：
组长：
组员：
【目录】
1概述
1.1编写目的
本项目的研究目标是：
运用现有的知识理论，通过设计实验，探索呼叫器的工作原理，工作环境，工作条件，优化呼叫器的设计方案和理念。
同时也是应市场的需求和社会的发展，以及科技的日益进步，那么我们平时的餐饮业也随之发展；反向呼叫器呼之而出，这个项目的完成可以节省人员和时间，服务员不时来到您的身旁或站在您身边，您认为打搅了您或者感到别扭，而需要服务时却又往试想往看不到服务员，于是您喊、您叫、您高高招手、您四处寻找，既不文明，也不方便，还打扰到其他客人，破坏了和谐的消费环境，令人尴尬不已。
该产品有助于加强内部管理，合理配置服务人员，提高服务质量、服务效率，改善服务环境，树立企业形象，并能从侧面反映经营者的素质，是餐饮酒店、休闲娱乐、医院等服务性单位将必备的产品。
1.2适用范围
适用于反向呼叫器，无线呼叫器项目的系统分析和设计过程；产品可用于医院、网吧、餐厅等等；
1.3读者对象
反向呼叫器的设计人员以及各种服务行业的管理者。
1.4术语和缩写
术语和缩写
解释
备注
PWM
脉冲宽度调制
一种模拟控制方脉冲宽度调制
1.5参考资料
参考文件
备注
《单片机原理与嵌入式系统设计》
北京电子工业出版社，2011
《单片机应用技术》
电子工业出版社，2009
《单片机接口技术》
中国水利水电出版社，2007
2设计概述
对当前我国的餐厅情况，为了能够使顾客有一个安静便捷的就餐环境，并且为了减少餐厅服务人力资源的浪费，我们组设计了一种快速及时的无线呼叫系统。
该系统除了解决服务及时问题外，还使得餐厅服务总台对每张餐桌的使用情况了如指掌，还可以使顾客及时取餐，进而为餐桌的科学管理提供的可靠依据。
在餐厅就餐，经常遇到如下问题。
第一，服务员同时为几张餐桌同时提供服务，他们经常因去厨房送顾客点菜单、去收银台替顾客结帐等工作而远离提供服务的餐桌，此时当客人所点的餐做好时却不能够及时被送到餐桌上。
第二，顾客在包房用餐时经常谈及不便于让别人知道的内容或者想要有一个安静的就餐环境，此时服务员来送餐的时候很不方便。
第三，若餐厅很大，服务总台很难实时掌握餐桌使用信息，这将直接影响安排顾客就餐。
该无线呼叫服务系统解决了以上问题。
2.1设计约束
（1）需求约束
本系统应当遵循的标准或规范：
由于所用的零件相对来说比较便宜，所以有很多的条件约束，比如主从及的通信距离等等；
接口/协议的约束：
在进行无线通讯的时候，要在主机和从机之间建立通信；
用户界面的约束：
在用户界面只能在主机显示器上按下想要呼叫的号码，而从机上只能有LED灯的闪烁和马达的震动；
软件质量的约束：
主机与从机的组装要精准；
（2）隐含约束：
在用户教育程度、计算机技能相对来说也有一些要求，但不是很大，只要服务人员熟悉的掌握对主机的应用并能对对顾客进行说明有呼叫时的灯光闪烁和马达振动，让顾客知道这些个现象就可以了。
2.2设计策略
可以在未来实现双向呼叫的功能，当顾客需要服务的时候，可以通过按键来呼叫服务员；也可能会实现定位的功能，当服务员知道有顾客需要服务的时候，可以准确的快速的找到顾客的位置。
2.3技术实现
无线通讯：
无线通信模块是由发射端和接收端两部分组成，发射端是主机，主要由按键、编码调制芯片、发射LED等。
当按下某一按键后，主机上的编码调制芯片便进行编码，并结合载波电路的载波信号而成为合成信号，将信号发射出去。
接收端主要包括接收模块。
其中接受模块里包括光、解调电路。
当发射信号进入接收模块后，在其输出端便可以得到原先的数字控制编码，在经过单片机解码程序进行解码，便得知按下哪一个按键，从而完成动作。
3系统概述
本系统为反向呼叫器，举例子在餐厅的使用来说明主要功能：
餐厅柜台免排队取餐呼叫器------客人在餐馆内点餐，点餐结束后，服务人员发给客人与点菜编号相对应的接收器当该消费者的餐做好后，服务员在吧台根据点菜编号按键盘发射器呼叫该客人的接收器，对应号码的接收器在收到信号后，会发出声音（滴滴声）或震动或闪烁，提示客人去吧台取餐。
4系统总体架构
4.1平台架构
反向呼叫器不能单独使用，必须与接收器或者控制系统组成一个系统共同使用，系统至少包括一个主机和N个从机。
主机包括无线发送设备（此处我们用FS1000A无线模块功率加强版2.4G无线接收通信模块），矩阵键盘，led液晶屏（用于接收从机返回信号），电源开关，STC89C52单片机作为主控芯片。
从机包括接收解码部分，接收来自主机的编码信息，与从机地址码对应便做出响应，还需包括响应模块（例如振动马达，蜂鸣器，或者led闪烁灯），无线传输设备，电源开关。
网络：
此处我们用的是2.4G的无线传输设备，无网络要求，只需相应主从机在一定的范围之内。
STC89C52单片机作为主控芯片；
4.2功能架构
5系统功能模块1
5.1模块结构
5.2子模块1
功能：
根据主机矩阵键盘所按按键，进行编码译码，发出一条信号（信号包含的信息为地址码以及高电平响应，用于从机的接收）
结构：
此部分我们所用的是FS1000A。
单发射头技术实现：
在第七章节有相应的程序实现编码译码功能。
逻辑处理说明：
主机发送一个信号，相应地址码的从机响应。
如此便是。
5.3子模块2
功能：
用于手动输入想找的从机代码。
结构：
对于一个餐厅来讲，我们通常使用的8个按键电路必定满足不了实际需要，可能需要更多的按键，但是单片机的硬件资源有限，而且目前的从机也就一台，所以我们就设置了两个按键。
技术实现：
在第七章节有相应的程序实现中断以及输入到单片机进行编译功能。
逻辑处理说明：
一个相应的按键码对应一个从机地址码，如果输入错误，则有相应模块进行提示。
5.4led显示屏
功能：
用于提示输入错误或者找不到从机或者从机成功响应反馈。
结构：
Led数字显示屏。
技术实现：
在第七章节有相应的程序实现在显示屏上呈现数字的程序。
逻辑处理说明：
当发生了任意一种突发情况时，显示屏应准确给出相应原因，然后做出相应改变，是继续输入或者应急复原。
5.5单片机
功能：
用于连接各个模块，实现各个模块互相配合，共同构造一个完整系统。
结构：
STC89C52单片机作为主控芯片。
技术实现：
在第七章节有相应的程序实现各个模块的连接调用。
逻辑处理说明：
各个模块连接在不同端口，客户在矩阵键盘按下相应键位后，进行编译找到是否有对应的地址码从机，如果有，发出一个信号，接收到响应信号时，led显示屏显示OK!
，如果找不到相应地址码，出现Error。
5.6应急复原
功能：
用于该主机出现故障或者进入死循环时进行的清零模块。
结构：
一个按钮或者拨动开关，连接到相应的单片机端口。
技术实现：
在第七章节有相应的程序实现。
逻辑处理说明：
当发生了不可预知的错误时，主机无法正常工作下去，必须经过此模块，将一切重置到初始状态。
5.7电源开关
功能：
用于开关该主机。
结构：
拨动开关。
技术实现：
该开关控制电源的接入，拨开时电源接通主机工作，断开时电源断开，主机休眠。
逻辑处理说明：
该模块就是用于主机的电源控制，不用时尽量关闭电源，避免碰到一些按钮，发送不必要的错误。
6从机
从机负责接收主机发来的信号，并进行解码、显示和报警，每个从机有一个唯一的地址码，主机可通过这个人识别码实现和每个从机之间的一对一通讯。
从机结构主要包括一个无线接收模块，STC89C52单片机作为主控芯片，响应模块，反馈模块。
6.1从机结构
当主机按发射键后，地址码被发射出去，等待从机的响应，对应地址码的从机接收到服务申请后，并给出声音提示。
当从机的无线接收模块接收来自主机发出的信号后，通过单片机的处理，响应模块对接收到的信号进行响应，发出相应提示，当客户接收到提示后可通过反馈模块对主机进行简单回复。
6.2无线接收模块
无线接收模块是用来接收主机发出的地址码信号的，此处我们用FS1000A，通过SPI方式完成数据的交换，包括数据的发送，数据的接收。
特点：
工作电压：
DC5-9V
工作电流：
15mA@9V
工作频率:
315MHZ;433MHZ
通信方式：
单发
调制速率：
3KHZ
调制方式：
ASK幅度调制
工作温度：
-10℃～+60℃
外型尺寸：
19×19×8mm
输入信号：
TTL
电平辐射功率：
20mW@5V
特点：
超小体积，中功率。
6.3响应模块
响应模块主要从机是对接收到主机发送的信号以后做出反应，其主要部件是发光二极管和压电式蜂鸣器。
客户可通过二极管的闪烁或者蜂鸣器的振动及声音知道自己点的餐已经完成待取。
压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
在这里，我们通过PWM输出口直接驱动压电式蜂鸣器。
PWM输出口直接驱动是利用PWM输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。
在单片机的软件设置中有几个系统寄存器是用来设置PWM口的输出的，可以设置占空比、周期等等，通过设置这些寄存器产生符合蜂鸣器要求的频率的波形之后，只要打开PWM输出，PWM输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。
6.4反馈模块
反馈模块主要是用来让从机确认接收到主机信号的一个模块，当从机接收到主机发出的信号后，从机端可收到取餐提示，当客人确认要去取餐是，可按下反馈按钮，使从机的响应提示停止，再向从机回发出次从机已接收到主机信号的信号。
7运行环境
7.1硬件平台
STC89C52单片机
矩阵键盘
液晶显示屏
RisymNRF24L01+无线模块功率加强版2.4G无线接收通信模块
+5V电源
8接口设计
外部接口：
P0:
是数据接口
P1:
双向I/O
P2:
地址高八位
P3：
特殊功能
从机通信接口：
1.负责接受主机发送的信息，确认是READY，还是SILENT状态。
2.负责发送已确认看到呼叫的信息。
主机通信接口：
1.负责发送信息给从机设置当前状态。
2.负责接受从机的状态信息。
9系统备份设计
可以利用多CPU系统设计进行备份
利用双口RAM实现CPU之间的通信。
双口RAM是一种高速的并行传输芯片，具有两套I/O口和竞争裁决电路，可以同时联接两个CPU，这样通过双口RAM可以实现多CPU之间通信。
双机互为备用，彼此独立并行运行，这是一种非表决式的双机冗余系统，一个CPU作为另一CPU的热备份，双机在任务上同步运行。
所有输入信号通过输入接口同时送给两个CPU，但CPU运算、处理后的输出量受到仲裁切换电路的控制，只有主CPU允许读写外部数据存贮器及输出至外部设备，当主CPU发生故障时，系统的自我检测切换逻辑将发出信号，自动切断其输出通道，并通过CPU的工作指示系统报警。
此时，系统或自动或人工切换到另一个备用的CPU，并同时打开其输出通道，备用机变为主机运行状态，控制系统这时降级为单机运行。
在该系统中，两个CPU彼此独立运行，可以自动或手动实现双机的主辅切换，只有主CPU能正常读写外部RAM数据和控制输出。
10系统容错设计
从单片机应用系统的可靠性的角度出发,利用8051单片机的存储体系结构的特点,给出了一种简单的自检容错设计方法。
单片机应用系统的容错设计一般可分为两个方面:
系统的自检设计与系统的抗干扰设计。
基于自检的容错设计方法的实质就是对被检测单片机系统故障的自检部件的冗余设计,在自检设计中,起关键作用的自检部件自身的故障可以通过冗余设计来屏蔽,从而克服了传统的没有冗余的自检部件自身故障造成的系统自检功能丧失的问题。
根据8051存储体系结构可以知道8051内部ROM（4K）与外部ROM（前4K地址空间区）在地址空间上是重复的，实际上也就是内部ROM与外部ROM之间出现了冗余部分;因此,利用这种存储体系结构自身包含的冗余性来为自检部件提供容错设计,就不会增加大量的外围冗余硬件电路,内部ROM应首选为正常工作时的自检部件,而外部ROM（前4K地址空间区）则作为自检的冗余后备部件。
内部ROM与外部ROM（前4K地址空间区）的切换可以由EA的控制信号来实现。
这种简单的基于自检的容错设计方法充分利用了8051存储体系结构自身的冗余性来进行容错设计,同时实现了ROM的硬件容错与自检的软件容错。
因此具有以下的优点:
（1）增加的硬件资源很少。
如果按常规的方法把自检程序放到ROM的尾部,对其建立冗余部件时必须增加多余的存储器及控制电路,从而增加了硬件电路设计的复杂性。
（2）可复用的程度高。
对于目前流行的各种单片机,DSP等,只要与8051单片机具有相似的存贮体系结构,都可以采用类似的方法进行自检的容错设计,只是在自检部件的大小以及正常与后备部件之间的切换方式方面有所差异。
11设计约定
主机显示屏消息显示：
OK：
代表从机成功响应。
ERROR0：
代表输入错误。
ERROR1：
代表找不到对应地址的从机。
ERROR2：
代表找到从机，但是从机响应失败。
12待解决问题
部分元器件在proteus中无法仿真实现，这给设计带来了困难与浪费，因此在设计上如果能通过程序改编或对proteus中存在的元器件进行组合来代替proteus中不能仿真的元器件，就会使设计更加方便，而不至于在最后的实物连接中出现过多的错误而造成多资源浪费。
部分元器件参数的设置不一定很合适，这可能会影响最后的结果。
虽然课设结束了，但是实验编程仍是我们的一大难题，需要进一步与老师同学交流。
针对供电电池问题，目前我们决定把供电电池并在一起使用来达到装置所需电压值，不过这会造成资源浪费，因为针对餐厅每天接待的客人数目，蜂鸣器和LED灯响应时间的长短都会影响电池的使用寿命。
而一节干电池的市场价格并不便宜！
13实际操作时间安排
周一：
确认工作，画出大致的元器件布局。
部分元器件分布仿真图
周二：
将元器件焊接到万能板上，并且连接导线，并测试硬件。
主机焊接结果
从机焊接结果
周三：
编写程序，使焊接结果按功能运行。
在编写完程序之后进行各部分的软件测试。
周四：
系统联调：
在软硬件都能正确运行后，进行系统联调，实反向呼叫器联合软件硬件实现各部分的功能。
在所有功能都实现后，进行主机和从机之间的呼叫，观察其反应以确认是否需要继续完善。
14使用的元器件清单
元器件
数量
STC89C51
2
电源开关
2
11.0592M晶振
2
100p电容
4
电解电容10uF
2
1K电阻
2
4K电阻
2
10K电阻
2
8脚1K排阻
1
发光二极管
2
三极管MPSA92
2
两位LED数码管（3V）
1
按键
5
蜂鸣器
1
导线
若干
FS1000A
1
9*15cm万能板
2
—文档结束—
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