基于近場通訊和物聯(lián)網(wǎng)的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)

陸興華　謝輝迪　許劍銳

摘 要：在物聯(lián)網(wǎng)平臺下，設計飯?zhí)米詣涌焖儆媰r系統(tǒng)，提高飯?zhí)玫墓ぷ餍?。提出一種基于近場通訊的DSP數(shù)字信號處理的物聯(lián)網(wǎng)下的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)設計方法。進行了系統(tǒng)的總體設計和模塊化硬件設計，飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)主要分為價格信息的發(fā)射模塊、信息接收模塊、信息處理模塊和輸出模塊等，輸入信號經(jīng)過變阻器分壓送到TDA8920BTH的輸入引腳，TDA8920BTH完成對輸入信號的PWM調(diào)制、調(diào)制波的功率放大輸出。采用近場通訊原理設計接收電路，接收電路主要任務是將接收通道、參考通道兩路信號經(jīng)過放大、濾波、阻抗變換等預處理后送入A/D進行采樣，低通濾波選用AD公司AD712465，組成二階低通濾波器，采用BLR（基線恢復器）進行輸入信號的倍頻均衡處理，完成系統(tǒng)的集成設計。仿真結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進行飯?zhí)米詣佑媰r控制，具有較好的穩(wěn)定性和準確性，工作效率較高。

關(guān)鍵詞：飯?zhí)?；自動計價系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；近場通信

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：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

通過對大型飯?zhí)每焖僮詣佑媰r系統(tǒng)優(yōu)化設計，提高對大型飯?zhí)玫墓芾硭胶椭悄芸刂颇芰?，從而改善飯?zhí)玫墓ぷ餍省４笮惋執(zhí)玫挠媰r系統(tǒng)是構(gòu)建在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的，采樣數(shù)據(jù)傳感器和近場通訊的方法進行數(shù)據(jù)傳輸和價格共享，提高數(shù)據(jù)交互能力，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是傳感器密集的分布式實時嵌入式系統(tǒng)，設計物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大型飯?zhí)玫目焖僮詣佑媰r控制系統(tǒng)，提高物聯(lián)網(wǎng)平臺下的飯?zhí)脙r格信息數(shù)據(jù)的自適應實時分發(fā)能力[1]。隨著現(xiàn)代信號和信息處理的發(fā)展，對大型飯?zhí)玫挠媰r系統(tǒng)的改進設計，實現(xiàn)信息化處理、遠程管理控制和智能化管理。本文提出一種基于近場通訊的DSP數(shù)字信號處理的物聯(lián)網(wǎng)下的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)設計方法，首先進行了系統(tǒng)的總體設計，進行了飯?zhí)米詣涌焖儆媰r系統(tǒng)的價格信息發(fā)射模塊設計、接收模塊設計和數(shù)字近場通訊模塊設計等，最后進行系統(tǒng)的軟件設計，仿真實驗進行了性能測試，展示了本文設計的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)總體設計和功能模塊分析

在物聯(lián)網(wǎng)平臺下進行大型飯?zhí)玫淖詣佑媰r系統(tǒng)設計，本文設計的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)主要分為價格信息的發(fā)射模塊、信息接收模塊、信息處理模塊和輸出模塊等，信息處理模塊又包括了PWM調(diào)制、調(diào)制波的功率放大、近場通訊等硬件電路的設計[2-4]，系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1中，價格信息通過發(fā)射模塊輸入到數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，數(shù)字信息處理芯片采用的DSP是AD公司的AD9225芯片，提高系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)的識別率和價格信息的自動控制和處理能力[5-8]。最后，采用近場通訊進行輸入信號的調(diào)制解調(diào)處理，通過CAN能譜發(fā)送程序，輸出信號經(jīng)低通濾波后驅(qū)動發(fā)射天線，在物聯(lián)網(wǎng)平臺下，主要完成向自動計價系統(tǒng)256能譜數(shù)據(jù)的實時發(fā)送，進行計算機自動控制，需要發(fā)送32個微幀，系統(tǒng)中的TDA8920BTH工作在BTL輸出模式下，程序發(fā)送配置流程如如圖2所示。通過上述對系統(tǒng)的總體設計構(gòu)架，對系統(tǒng)的功能模塊進行分別設計。

2 系統(tǒng)的模塊化電路設計

以上述總體設計為構(gòu)架，進行系統(tǒng)的功能模塊設計，飯?zhí)米詣涌焖儆媰r系統(tǒng)的功能模塊設計中，主要模塊包括了價格信息發(fā)射模塊設計、接收模塊設計和數(shù)字近場通訊模塊等，發(fā)射模塊的主要任務是向發(fā)射天線提供價格數(shù)據(jù)信息，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的無線傳感器將交變磁場輻射出去，其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

發(fā)射板的核心芯片為philips公司的D類功放芯片——TDA8920BTHv，輸入信號經(jīng)過變阻器分壓送到TDA8920BTH的輸入引腳，TDA8920BTH完成對輸入信號的PWM調(diào)制、調(diào)制波的功率放大輸出。在發(fā)射電路設計時，需要串聯(lián)一個適當電容，使發(fā)射探頭串聯(lián)諧振在工作頻率上，根據(jù)串聯(lián)諧振，可得工作頻率如公式（1）所示：

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)射模塊采用的是單通道（SE）和橋接負載方式，放大器閉環(huán)增益：30±1 dB，THD≤0.15%（P=1 W，f=1 kHz。

本文設計的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)的接收模塊采用近場通信原理，接收電路主要任務是將接收通道、參考通道兩路信號經(jīng)過放大、濾波、阻抗變換等預處理后送入A/D進行采樣，飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)的接收電路的共模抑制比高達93 dB，帶寬 ，設計近場通訊濾波電路，對噪聲進行濾波處理[5-8]，近場通信的濾波系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

根據(jù)上述設計方法，低通濾波選用AD公司AD712465，組成二階低通濾波器，得到基于近場通訊的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)的接收電路的失真度為： ，噪聲為 ，通過對接收模塊設計，對調(diào)理后的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)的接收和參考信號進行采樣，實現(xiàn)價格信息的融合。

在上述接收模塊設計的基礎上，進行系統(tǒng)的數(shù)字模塊設計，根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，數(shù)字電路部分由A/D、D/A、信號處理器（DSP）等功能模塊組成，實現(xiàn)對飯?zhí)貌似穬r格的自動計價和數(shù)字通訊，系統(tǒng)的數(shù)字模塊采用電容進行交流耦合，假設 代表耦合電容C前輸入的價格信息，放電時間， ， 是隨參數(shù)不斷變化的，采用BLR（基線恢復器）進行輸入信號的倍頻均衡處理，運放輸出端變?yōu)樨撾娖?，輸出信號直流分量?。假設自動計價系統(tǒng)的耦合電容 設為10 ，單位負增益緩沖器電阻R設為200 ，采用基線恢復器進行計價系統(tǒng)的信息接收，得到系統(tǒng)的數(shù)字信息處理模塊電路如圖4所示。

圖4中，采用從外部串行EEPROM中引導的方式，EEPROM選用ATMEL公司提供的512Kbit SPI串行EEPROM芯片AT25HP512，D/A模塊負責提供發(fā)射信號，D/A選用AD5621，AT25HP512作為從機（slaver）通過SPI接口與主機（master）BF561連接。系統(tǒng)設計中，整個系統(tǒng)的數(shù)字信息處理系統(tǒng)是核心單元，主控系統(tǒng)由基準電源，加電復位電路，移位寄存器組成，其中，電平觸發(fā)控制輸入引腳（高電平有效），采用級聯(lián)方式，對接收通道和參考通道同時進行采樣，兩片AD7767-1的數(shù)據(jù)依次從1～2傳輸，選擇AD公司的高性能過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器——AD7767-1進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。主機的發(fā)送與從機的接收相連，輸出范圍在-VDD/2～+VDD/2之間，串行數(shù)據(jù)輸入引腳，芯片內(nèi)置16位移位寄存器，通過上述處理，實現(xiàn)了飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)的主控電路設計，設計電路如圖5所示。

大型飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)集成設計中，數(shù)字板主要芯片的電壓及工作電流參數(shù)如表1所示。

3 系統(tǒng)測試與仿真實驗

為了測試本文設計的飯?zhí)米詣涌焖儆媰r系統(tǒng)的性能，進行仿真實驗，實驗中，模擬控制管腳包括SENCE和VREF，飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)的最大時鐘頻率 ，選用頻率為30MHz、電壓為3.3V的有源晶振作為時鐘源，應該并聯(lián)一個 的小電容來抑制高頻干擾。在系統(tǒng)調(diào)試時或者重新加載程序時，通過手動按鍵，產(chǎn)生復位信號。通過監(jiān)控3.3V電壓，當VCC電壓低于2.93V時，外部引腳BMODE[1：0]的狀態(tài)，進行飯?zhí)米詣佑媰r。在系統(tǒng)測試過程中，接收電路上的+5V由電源芯片LM1117-5提供，寬電壓輸入范圍：9V～15V，接收電路的輸出電壓6V，輸出電流不小于1A，選用線性穩(wěn)壓芯片，用于DSP及其外設、ADC、DAC、的供電，調(diào)節(jié)器可以在外部2.25V～3.6V電壓輸入的情況下，產(chǎn)生0.85V～1.35V的內(nèi)核電壓，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進行價格信息的采集，得到不同通道采樣下飯?zhí)脙r格信息的數(shù)據(jù)采集結(jié)果如圖6所示。

以此為基礎，進行飯?zhí)脙r格信息自動計價，為提高自動計價系統(tǒng)的收斂性能，通過近場通訊把頻率降到0值附近，并獲得信號的相位信息，得到自動計價輸出如圖7所示。

從圖7可見，采用本文系統(tǒng)能實現(xiàn)快速自動計價，提高飯?zhí)玫墓芾硇阅埽瑸榱藴y試本文系統(tǒng)在進行價格計價中的性能，采用自動計價控制的收斂性為測試指標，得到仿真結(jié)果如圖8所示。從圖8可見，采用本文系統(tǒng)進行飯?zhí)米詣佑媰r控制的收斂性較好，價格輸出可靠穩(wěn)定，性能優(yōu)越。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代信號和信息處理的發(fā)展，對大型飯?zhí)玫挠媰r系統(tǒng)的改進設計，實現(xiàn)信息化處理、遠程管理控制和智能化管理。本文提出一種基于近場通訊的DSP數(shù)字信號處理的物聯(lián)網(wǎng)下的飯?zhí)米詣佑媰r系統(tǒng)設計方法，首先進行了系統(tǒng)的總體設計，進行了飯?zhí)米詣涌焖儆媰r系統(tǒng)的價格信息發(fā)射模塊設計、接收模塊設計和數(shù)字近場通訊模塊設計等，系統(tǒng)測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)進行飯?zhí)米詣佑媰r控制的收斂性較好，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性較高，性能優(yōu)越。

參考文獻

[1] 何信旺，芮赟，王宗杰，等. 濾波器組UMTS系統(tǒng)的信道估計研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2015，（09）：57-60.

[2] 衣曉蕾， 彭思龍，欒世超. 基于算子和局部正交約束的信號自適應分解方法[J]. 電子與信息學報， 2015， 37（11）： 2613-2620.

[3] VESE L， OSHER S. Modeling textures with total variation minimization and oscillating patterns in image processing[J]. Journal of Scientific Computing， 2003， 19（3）： 553-572.

[4] YI X L， HU X Y， PENG S L. An operator-based and sparsity-based approach to adaptive signal separation[C]// IEEE International Conference on Acoustics， Speech and Signal Processing， （ICASSP）， Vancouver， BC：IEEE， 2013： 6186-6190.

[5] HU X Y， PENG S L， HWANG W L. An integral operator based adaptive signal separation approach[C]// IEEE International Conference on Acoustics， Speech and Signal Processing， （ICASSP）， Vancouver， BC：IEEE， 2013： 6103-6107.

[6] 程新根，馬朝華. 基于WSN的天然氣管道運行狀態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)設計[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（10）：23-25.

[7] HUANG Y ，GAO X. Clustering on heterogeneous networks [J]. Wiley Interdisciplinary Reviews： Data Mining and Knowledge Discovery， 2014， 4（3）： 213-233.

[8] Boden B， Ester M， Seidl T. Density-Based Subspace Clustering in Heterogeneous Networks[A]. Toon Calders， Floriana Esposito， Eyke Hullermeier， et al. Machine Learning and Knowledge Discovery in Databases[C]. Berlin Heidelberg： Springer， 2014： 149-164.