Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ●电子技术 智能点菜机的人机交互设计 文／郭红叶韩建峰张荣 智能点菜机旨在解决传统 的人工点菜方式所导致的浪费时 间、服务效率不高的问题。人 机交互设计采用增强型５１单片 机ＳＴＣ１２ＬＥ５Ａ６０Ｓ２作为主控器， 控制和协调其他模块的工作；内 嵌Ｉ ＬＩ９３４１控制ＩＣ的ＴＦＴ ＬＣＤ 用来显示菜谱及各种提示信息： ＸＰＴ２０４６触摸控制器及四线电阻触 摸屏实现点击屏幕区域选择、执 行相应的功能；ＳＤ卡存储器中存 放足量的菜品的图片信息。智能 点菜机的人机交互设计采用先进 的液晶触摸技术，实现顾客浏览 菜谱，选择菜品，进而结账付款 的整个流程。具有操作方便，界 面友好的优点。 【关键词】智能点菜机人机交互设计单片机 ＴＦＴ ＬｅＤ触摸屏 智能化的点菜机是当今世界上众多餐饮 企业的潮流服务模式，并且有越来越多的就餐 地方设置了点菜机设备，而不再使用传统的纸 质型的菜单和工作人员用笔手写记录顾客的点 菜信息的古老的方式了。现在人们越来越致力 于追求便捷智能化的生活方式，而触摸液晶显 示屏是当今人机交互通道设计的流行技术，其 形象逼真的文字和图片信息显示、直截了当的 点击输入操作使得带触摸屏的液晶显示屏越来 越被人们所喜爱。 １智能点菜机概述 １．１智能点菜机系统 智能点菜系统采用现在流行的ＴＦＴ液晶 显示技术和电阻式触摸屏技术完成顾客与点菜 机器的信息交互，ＳＤ卡中存储要显示的图片 信息。该系统包括点菜终端和接收终端，点菜 终端用来完成顾客浏览菜谱、点菜、结账等功 能，包括主控器、触摸液晶屏、ＳＤ卡存储器、 无线传输收发器以及射频刷卡器。接收终端完 成餐厅人员接收点菜的菜名，份数等信息，确 认结账应付的交易金额等功能，包括控制器、 触摸液晶屏和无线收发器件。点菜终端的系统 组成框图如图ｌ所示。 图１：点菜终端的组成框图 智能点菜系统的人机交互通道的设计主 不信息。 要包括液晶模块的驱动界面制作、触摸屏输入 ２．１．１液晶显示屏显示文字信息 模块的驱动和设计。 液晶显示器屏幕上显示的基本单位就是 １．２点菜机的主控器件 像素，显示汉字或者字符时要先转换成显示屏 能处理的点阵字模数据。对于ｌ６位的真彩色 智能点菜机采用ＳＴＣ１２ＬＥ５Ａ６０Ｓ２增强型 显示，屏幕上的每个显示单元对应帧存储区中 ５１单片机，该单片机为１Ｔ单片机，执行指令 的两个字节，以５－６—５格式来存储，将这两个 只需要１个时钟／机器周期，速度比１２Ｔ的普 字节的数据反应到屏幕上就是一个彩色点，每 通５ｌ单片机快６．１２倍。单片机新增加了Ｐ４口， 个显示单元可以显示６５５３５种颜色。显示西文 其中Ｐ４．０．Ｐ４．３这四个引脚可以直接作为通用 或者阿拉伯数字的字符和显示汉字是基于不同 输入输出口，但是剩下的四个引脚和单片机的 的字库的，常规的ｔｉｍｅｓ ｎｅｗ ｒｏｍａｎ字符的点 其他功能引脚是复用的。需要设置Ｐ４ＳＷ寄存 阵字模为１６￣８的，也就是对应屏幕上的１２８ 器中的相应位为ｌ使能Ｉ／Ｏ功能。点菜机采用 个显示点，需要１６个字节存储：而常规的宋 Ｃ５１编写程序，它和一般的ｃ语言用法及编写 四号汉字尺寸为１６ｘ１６点阵，需要３２个字节 规则基本一样，但是需要注意编写时根据单片 存储。点阵图形式液晶显示文字的原理为，将 机的存储器结构和内部资源来设置变量。 要显示信息的字模数据按照一个矩形的点阵来 ２驱动带触摸的液晶显示屏 处理，对于点阵的每个点进行判断，也即每个 二进制位，判断为高电平还是低电平，汉字笔 ２．１液晶显示屏驱动方法 画所占据的点即为高电平，其他都为低电平， 控制所要送入的颜色码值，这样就可以画出一 液晶显示屏、控制器和驱动器一起组成液 个汉字的形状。文字的点阵字模数据是用取模 晶显示模块（ＬｃＭ），现在采用将液晶驱动 软件来完成的，设置好取模选项就可以逐行的 控制芯片内嵌在模块内部，使用时将模块的外 取出文字信息的字模数据，将其存储按字节送 部接口和主控制器连接好，将驱动控制Ｉｃ的 入显示缓存就可以在屏幕上显示信息了。 命令写入模块的数据线上来实现各种功能。来 ２．１．２液晶显示屏显示图片信息 自存储器件或者ＭＣＵ缓冲区的文字或图像信 液晶显示屏显示图片时，需要根据屏幕 息先存放在控制ＩＣ的帧缓冲区中，然后在送 的水平和垂直分辨率选择合适的图片大小。但 到屏幕相对应的位置上驱动显示。本文采用控 是大部分的图片都是大尺寸图片，所以需要用 制芯片ＩＬＩ９３４１，它能驱动显示２６２，１４４色的 处理软件将其裁剪到合适尺寸。图片处理好后， ２４ＯＲＧＢ×３２Ｏ像素的ＴＦＴ液晶显示屏，它有 因为它的格式都不一样，有ＪＰＥＧ、ＢＭＰ、 １７２８００字节的用来存储显示数据的ＧＲＡＭ。 ＰＮＧ等等，图片的特性都不一样，所以我们 液晶显示模块和单片机主控器采用８位并行数 需要用一个图片格式转换软件来将图片转换成 据接口传输数据及命令。驱动液晶显示屏还需 合适的格式，可以转换为ｃ语言数组格式， 要将屏后的荧光管背光源打开，才可以正常显 也可以转成二进制格式，如果只将图片数据放 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ电子技术与软件工程・１３３ 电子技术・Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 膜内侧都涂有氧化物阻型导电材料，平常状态 是绝缘的，但是一旦有了按压动作，就会触发 驱动触摸屏控制器采集触摸点的位置坐标算法 流程如图２所示。 控制ｌｃ和巾断仞始化Ｉ 触摸屏控制器在其中一个面的电极对上加电 压，那么在另一面的接触位置就会形成电压信 ３结语 智能点菜机的人机交互设计包括点菜终 端和接收终端的液晶屏幕的控制驱动显示和触 摸屏模块的校准和驱动。按照汉字及图片的显 示原理在液晶屏幕上制作相应的显示界面，设 计好每一个信息和显示位置，画出相应的触摸 有效区域；触摸屏和液晶屏幕校准好后，点击 号，将这个电压信号引出到ＡｄＤ转换器就可 以得到转换后的坐标值，一般控制器会进行两 笔中断向单片机中请中断 ●’ 次切换电压到不同的电极对上，两次的模数转 换才能得到触摸位置的ｘ和Ｙ坐标。ＭＣＵ检 测到坐标值后就可以执行相应的功能。 在使用触摸屏之前必须要进行触摸屏坐 ＳＴＣＩ２单片机向ＸＰＴ２０４６ 发ＯｘＤＯ控制字 ● 等待一个周剜的Ｂｕｓｙ信号 标的校准，触摸屏和液晶显示屏幕的位置坐标 ＋ ＸＰ（Ｉ ２０４６㈣单片机发送ｌ２位Ｘ坐 不吻合。液晶显示器的显示屏幕是基于像素显 标Ａ／ Ｄ转换值 示的，坐标系的原点是屏幕的左上角。而对于 ．ｒ — 触摸屏上的坐标平面来说，它具有绝对的特性， ～— ／ ． 接触到哪里就检测输出哪里的值。而且它的的 ０ Ｙ 去掉前历器５个数后剩下的取平均值算 坐标方向是和显示屏幕不一致的右下角为坐标 ：Ｉｊｘ坐标 原点，而且并不是基于像素的。触摸屏和液晶 ｒ． 显示屏幕的坐标值存在着一定的偏移和缩放。 Ｉ ＳＴＣＩ ２单片机向ｘＰＴ２０４６发ｏｘ９ｏ控市 字ｌ 校准就是要得到偏移因子和缩放因子，可以采 ０ 等待一个周期的ＢＵＳｙ信号 用四点校准的算法，也就是在屏幕上显示四个 ０ 已知坐标值的点，然后触摸相应点区域。进行 ＸＰＴ２０４５Ｉ司早 Ｌ芨逑１２ｔＫＹ 标Ａ／Ｄ转换值 四次点击触摸，就可以得到四组模数转换值， ：— ～ 计算得到横纵坐标的缩放因子和偏移差值，可 ～～ ！：： —一 以多取几组值，确保参数的准确性。得到最终 ０ Ｙ 的缩放因子和偏移量后，每次测量到触摸位置 去掉前后备５个数后剩 的 的Ａ／Ｄ转换值时就可以将其转换为液晶屏幕 取平均值葬Ｌ｛ｊｙ 标 ● 上的具体位置坐标。 处理器将坐标值校ｌ准为 鞯卜 ２．２．２控制驱动触摸屏 的棚应位置舷标值 触摸屏控制器和单片机采用模拟的ＳＰＩ通 信，将触摸屏控制器ＸＰＴ２０４６的引脚线接到 图２：触摸屏控制器采集触摸点 单片机的通用Ｉ／Ｏ口。触摸屏控制器的引脚 坐标算法流程图 线包括：数据输入引脚ＤＩＮ和数据输出引脚 ＤＯＵＴ，代表ＳＰＩ通信的主机输入从机输出线 在ＭＣＵ的ＲＯＭ中的话就使用Ｃ语言形式， （ＭＩＳＯ）和主机输出从机输入线（ＭＯＳＩ）线， 如果要用ＳＤ卡这类外置的存储器件的话就使 在时钟信号上升沿数据输入，在下降沿数据输 用二进制形式。在进行图片的取模时，需要设 出；时钟信号输入引脚ＤＣＬＫ由单片机的Ｉ／Ｏ 置一些参数，扫描设为水平扫描方式，输出灰 引脚提供同步时钟；片选线作为单片机选择触 度可选择１６位真彩色、单色、２５６和２４位真 摸屏通信的使能信号。时钟信号提供主从机通 彩色，这些部视需要而定。决定图片能不能显 信能够步调一致的同步信号，一般传一次数据 示出来的一个设置就是最大宽度和最大高度， 要八个时钟，在时钟的高低电平跳变处数据传 要根据自己裁剪的图片大小设置，要不然会出 输；笔中断引脚，但是一旦有了触摸动作时就 现颜色乱码的现象。 会变为低电平，作为向单片机申请中断的信号。 ２．２触摸屏原理和控制 单片机接到触摸屏的中断信号后，处理中断， ２＿２．１触摸屏校准原理 向ｘｐｔ２０４６发控制字，在不同的电极对上加电 压采集ｘ和Ｙ坐标值，ＸＰＴ２０４６再将最后的 点菜机的人机交互通道采用电阻触摸屏 模数转换值送到单片机，单片机根据具体的坐 实现信息输入，控制显示屏的显示。电阻类型 标值判断位于哪个区域，进而选择相应的功能。 的触摸屏是由两层复合薄膜组成的，两层的薄 １３４・电子技术与软件工程Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 屏幕上相应的有效区域，触发选择不同的功能， 切换信息显示，提示顾客的操作。本设计能很 好的完成顾客的点菜流程，触摸输入直接便捷 的实现了按键控制的功能，彩色液晶显示能将 菜品的外观形象的展示给顾客，吸引顾客选择 相应的菜品。 参考文献 【１］哈尔滨师范大学．基于单片机的自动点菜 机［Ｚ Ｊ．中国：ＣＮ２０１ ３２ ０２７８６９８．４，２０１ ３． ［２】侯殿有．嵌入式控制系统人机界面设 计［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版 社 ２０１１． ［３】陈海松．单片机应用技术项目化教程［Ｍ】． 北京：化学工业出版社，２０１４． ［４］李静．轻松学通５１系列单片机【Ｍ］．北京： 化学＿Ｔ－业出版社，２０１４． 【５】丁向荣．ＳＴＣ系列增强８０５１单片机原理与 应用［砌．北京：电子工业出版社，２０１１． ［６何会杰．基于图像分类的液晶显示ＬＥＤ背 ６］光全局动态调光算法研究【Ｄ］．合肥：合 肥工业大学，２０１４． ［７】张小呜．单片机系统设计与开发［Ｍ】．北 京：清华大学出版社，２０１４． ［８］王永利．基于Ａｎｄｒｏｉｄ平台的电阻式触摸 屏校准算法的研究与实现【Ｄ】．北京：北 京交通大学，２０１２． 【９］９朱朗．嵌入式系统中触摸屏应用技术的研 究与应用［Ｄ】．武汉：武汉理工大学，２０１ ３． 【１０】梅亚男，曹洪奎，宋晓东等．基于单 片机的触摸屏控制技术［Ｊ】．电子世 界，２Ｏｌ ３（２ ３）． 作者单位 内蒙古工业大学信息工程学院 内蒙古自治区 呼和浩特市Ｏｌ ００８０
