集成身份识别功能的智慧餐厅系统设计与实现

1、集成身份识别功能的智慧餐厅系统设计与实现 硕士 专业 学位论文论文题目 集成身份 识别功 能 的智慧餐 厅系统 设 计与实现 The Design and Implementation of Intelligent Restaurant with Identify System研 究 生 姓 名 王 梅指 导 教 师 姓 名 吕建平专 业 名 称 电子与通 信工程研 究 方 向 电子技术 运用论 文 提 交 日 期 2012 年 10 月 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 中文摘要集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 中文 摘要 智慧餐厅是伴随着餐饮业的快速发展, 以及人们对用

2、餐过程中体 验价值的需求而产生的。 智慧餐厅系统以物联网技术为基础, 通常包括自助点餐系统、 服务呼叫系统、前台收银系统、 预定排号系统以及餐厅信息管理系统等; 可优化餐厅业务流程, 实现服务价值提高的同时降低成本,是餐饮行业运作向着信息化发展的一个重要标志。 本设计是基于通用 PC 机、 嵌入式 平板电脑以及无线自组网络节点, 而构建的一套智慧餐厅系统, 其特别之处在于顾客身份识别系统; 顾客来到餐厅, 随意就坐, 服务员可以准确地定位到顾客,提供优质高效的服务。 顾客身份识别系统, 从本质上讲是一个无线自组网络系统。 服务员对顾客进行准确定位, 需要 借助于一个标签; 此标签是本网络系统的

3、终端节点, 将顾客和标签绑定在一起; 系统可通过对标签进行状态查询, 从而了解到客户的位置状态。 无线自组网络节点是基于微控制器 M430F149 和射频芯 片 nRF905 而设计的, 根据功能需求的不同设计各节点的固件, 分别在网络系统中承担中心节点、 路由节点和身份识别终端节点的分工,并通过工作时序上的协调达到低功耗可靠运行的目的。 本系统基于 Java 和 Eclipse 平台, 分别在 Windows 和 Android 操作系 统上开发了顾客点菜界面和服务员出餐界面; 系统中也包含了普通智慧餐厅的一些常用 功能, 譬如财务管理、 产品管理、 服务效率等; 此系统 投入成本比较低,

4、尤其适用于一些平价快餐店。关 键词 : 智慧餐厅系统 ;身份识别 系统 ;无线自组网;路由节点;身份识别终端作 者: 王 梅 指 导老 师: 吕建平I 英文摘要 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现The Design and Implementation of Intelligent Restaurant with Identify System AbstractIntelligent Restaurant is arising with the rapid development of restaurants and the desire for experience in rest

5、aurants. The foundation of Intelligent Restaurant system is IOTthe internet of things. This system usually contains self-ordering system, service-call system, cashier system, reservation system and information system. Intelligent Restaurant system is an optimization method and an informatization log

6、o for restaurants running. It can improve the value of service and reduce costThis design is an intelligent restaurant system based on general PC, embedded pad and wireless node. The customer identify system is a bright spot. Customers come in and sit at will. However, waiters can provide services e

7、fficiently by identify systemThe customer identify system is a wireless network actually. To identify one customer, waiters need help from a label which is a terminal device in the network. The relationship between label and customer is one-to-one. Get the status of one label, we can acquire the loc

8、ation of customer. The network nodes are realized by microcontroller M430F149 and Radio Frequency chip nRF905. For different function such as main node, route node and terminal node, the nodes are burned with different firmware. The time sequences of nodes communication are adjusted to work correctl

9、y under low-power modeThe ordering and meal ready interface are designed on Java and Eclipse platformIntelligent restaurant system also contains the common functions, such as accounting, products and service. It is low cost and perfect for fast-food restaurant Key words: Intelligent restaurant, Iden

10、tify System, self-organization of wireless network, route node, identify terminal deviceWrittenby: Mei Wang Supervised by: Jianping LvII目 录 第一章 绪 论1 1.1 研究背景. 1 1.1.1 快餐行业的发展 1 1.1.2 顾客体验需求的提高. 1 1.1.3 物联网产业实现了智慧餐厅. 1 1.1.4 智慧餐厅的发展现况. 1 1.1.5 智慧餐厅系统中的空白区域. 2 1.2 研究目的与意义. 2 1.2.1 研究目的 2 1.2.2 研究意义 2

11、1.2.3 研究内容 3 第二章 系统原理分析4 2.1 嵌入式系统的发展、应用与组成 4 2.1.1 嵌入式系 统的发展4 2.1.2 嵌入式系统的应用5 2.1.3 嵌入式系统的组成5 2.2 物联网技术的产生、发展与应用 6 2.2.1 物联网技术的产生6 2.2.2 物联网技术的发展6 2.2.3 物联网技术的应用6 2.3 无线组网技术的应用与原理7 2.3.1 无线组网技术的应用. 7 2.3.2 无线组网技术的原理. 7 第三章 系统总体设计9 3.1 智慧餐厅的特点及需求分析9 3.2 系统组成10 3.2.1 硬件组成. 10 3.2.2 软件组成. 11 第四章 系统硬件设

12、计 12 4.1 系统硬件电路板设计 12 4.1.1 M430 单片机 M430F149 简介. 12 4.1.2 射频芯片 nRF905 及其模块简介12 4.1.3 网络节点硬件设计 14 4.2 系统电路板固件设计 19 4.2.1 网络节点间网络通信协议 19 4.2.2 中心节点功能与固件设计 21 4.2.3 路由节点功能与固件设计 21 4.2.4 身份识别终端节点功能与固件设计22 第五章 系统软件设计 24 5.1 收银台点菜系统设计 24 5.1.1 系统前台部分24 5.1.2 系统后台部分24 5.1.3 PC 机上位机软件. 26 5.2 出餐口身份识别系统设计.

13、27 5.2.1 出餐口 PAD 功能设计. 27 5.2.2 出餐口 PAD 用户界面. 28 第六章 系统实验及数据分析 29 6.1 低电报警数据分析. 29 6.2 无线数据丢包分析. 31 第七章 总结与展望. 33 7.1 总结. 33 7.2 展望. 34 参考文献 35 攻读硕士期间的学术成果37 附录 A :部分电路图38 附录 B :部分源代码39 致 谢. 45集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 第一章 绪 论第一章 绪 论 1.1 研究背景 1.1.1 快餐行业的发展 随着社会的发展, 人们的生活节奏在加快, 生活的方式也在改变。 外 出就餐形势已趋于经常化和理

14、性化。 快餐行业以其独特 实用性和高效性, 深受顾客青睐。 我国快餐行业起步较晚,但是发展可谓迅速。从 1987 年 4 月,肯德基进入中国市场揭开了中国现代快餐快速发展的序幕; 时至今日, 快餐业营业额已占到整个餐饮行业营业额1的 55% , 包括一些本 土的快餐连锁企业譬如:大娘水饺、老娘舅、如意馄饨等。 1.1.2 顾客体验需求的提高 快餐店 对于大多数都市白领已经是日常生活中不可缺少的一部分 。 平均每天都会在快餐店消费 一个小时 , 既希望从快餐店获得一份营养卫生的美食, 同时也希望餐厅能提供舒适的环境和服务缓解一 下工作过程中的劳累。 因此, 实现舒适的环境和高效的服务, 成为吸引

15、客源的重要因素; 但是, 对 于快餐店这么一个客流量大 而集中的场所,也是一大难题。 1.1.3 物联网产业实现了智慧餐厅 物联网 以互联网为基础, 网络终端涉及到任何物品 , 在任何物品之间 进行信息交2换和通信 ; 物联网以 技术的应用 创新为发展核心, 实现用户 体验价值的提高, 是新一代信息技术的重要组成部 分。 智慧餐厅 系统 应用物联网技术为基础 , 实现电脑自助点菜、 下单, 厨 师 通过特定3终端获取配菜信息 ; 系统数据库还可对运营状况, 比如原材料、 库存、 营业额进行统计和分 析; 同时,提供顾客等待时间可能需要的休闲娱乐软件, 例如,忍者西瓜、愤怒的小鸟 、超级 赛车等

16、。 1.1.4 智慧餐厅的发展现况 目前, 智慧餐厅 基本系统包括自助 点餐系统、 服务呼叫系统、 后厨互动系统、 前台收银系统、预定排号系统以及 餐厅信息管理系统等,主要应用于高档酒店餐 厅 。 这种网络 系统, 集财务和管理于一体, 增强了数据的正确性以及执行的时效性,便于后期的数据查询、统计和分析;同时可节省人力成本,提高营业利润。1 第一章 绪 论 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 1.1.5 智慧餐厅系统中的空白区域 市面上的智慧餐厅系统, 主要 适用于高档餐厅, 其桌位号固定, 每台 桌子都配 套一个平板 。 但是, 对于 营业额占餐饮行业半边天的 平价快餐厅, 类似的智

17、慧餐厅系统多少有点不适用, 或者说从成本和 实用性 情况来讲, 不容易推广 ; 而 且, 在用餐高峰期, 快餐店时常出现, 陌生人 一起拼桌的情况, 毕竟快餐厅是经济实用性的消费场所,这种情况下自助下单和付款都 会存在一些问题。 如, 同一张桌子, 需 要 2 张清单、 还可能是交叉点餐等等。 1.2 研究目的与 意义 1.2.1 研究目的 通常平价快餐厅的服务流程是顾客在前台点好菜单, 取只纸质号牌, 然后随机挑选座位就坐; 由于快餐厅客流量大, 而且桌位 选择随意的特点, 出餐时, 服务员需要被动地去寻找顾客。 很多情况下, 服务员不能准确地对客户进行定位, 需 要在餐厅里找好几圈 , 甚

18、至 还要大 声提醒 “ 某订单 已好 , 顾客在哪 里?”,顾客 给出响应 ,才能完成送餐。 这样增加了服务员的工作压力, 还影响了顾客 对环境和时效的体验感?每个客户点好餐就坐后,就是在 专注地 等着服务员的出餐提醒 ,以免彼此找不到 。 本设计针对平价快餐店客流量大、 经济实用、 菜单简单等特性, 提供一套适用于快餐店的低成本智慧 系统, 其主要特色在于顾客 身份识别系统 , 可让服务员在出餐时,不需要顾客 做出任何响应,就能 准确高效地 定位到顾客。 1.2.2 研究意 义 智慧餐厅 通过 无线信息技术, 实现 了顾客身份识别智慧 系统, 为快餐行业带来 了先进 的管理方法 和服务手段,

19、 优化 了业务流程, 可为顾客提供更高效优质 的服务, 实现企业价值提高的 同时又使成本最低化, 是餐饮行业 运作向着 信息化发展的一个重要45标志 。 本设计是 一套 适用于平价快餐厅的智慧系统, 可实现基本的财务与管理功能。 其特别之处在于, 顾客 身份的准确定位。 这对于随意就坐的快餐厅, 特别是用餐高峰期客人很多的情况下, 既能提醒顾客准备就餐, 又能帮助服务员 准确定位顾客、 提高效率, 最重要的是 还能增加 顾客舒适感价值 ;这对于越来越被 人们重视的体验感来说,有着非同小可的意义。 2 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 第一章 绪 论 1.2.3 研究内容 本设计是一个

20、集 身份识别功能于一体的智慧餐厅系统,涉及到嵌入式、物联网、射频识别等多领域的科学知识;研究内容主要分为如下五个部分: (1) 调查嵌入式 系统、 物联网技术 及无线自组网技术的 产生、 发展与应用状况; (2) 调 查智慧 餐厅 领 域的技术 现状、 特点 和 需求,结 合 无线 自组 网 技术的特点和优势 ,设计总体解决方案; (3) 在带有 Windows 操作系统的 PC 机上, 利用 Java 平台实现用户点菜界面 及菜单数据库维护 ; (4) 在带有 Android 操作系统的 PAD 上,利用 Eclipse 平台开发 订单打印驱动及顾客 身份识别 操作 界面; (5) 基于 M

21、430F149 和 nRF905 硬件平台, 实现 网络节点硬件设计、网络协议和固件 开发; (6)PC 机、PAD 分别 与网络节点 进行串口通信驱动程序 的实现。3 第二章 系统原理分析 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现第二章 系统 原理分析 2.1 嵌入式 系统 的发展、 应用 与组成 2.1.1 嵌入式 系统的发展 最早的嵌入式系统是 基于单片机写固件的, 从 功能简单的单片机 发展到性能强大的嵌入式微 处理器 、 控制器、DSP 处理器和片上系统, 相应的软件发展也经历了从对6单片机 简单 地写固件到 实时核, 再到后来的实时多任务操作系统 。 整个发展过程已经历了近 40

22、 年时间。 从硬件方面看,1976 年,Intel 公司推出了 最 早的单片机是 8048。此款单片机 含有 256 字节的 RAM 、4K 字节的 ROM 、4 个 8 位并口、1 个全双工 串行口以及两个16 位定时器。 之后在 80 年代初,Intel 又进一 步完善了 8048 , 在它 的 基础上研制成功了 8051 ,迄今为止,51 系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片, 以多种产品形7式应用于各行各 业 。 随着电子行业加工水平的提高, 集成电路制造商 把嵌入式应用中所需要的微处理器 以及丰富的外部电路, 如 I/O 接口、A/D 转换、D/A 转换、 串行接口 以及存储器等部

23、件 集成到一个超大规模集成电路 中, 从而制造出面向 I/O 设计的微控制器。其 后发展的 DSP 产品则为 嵌入式计算机系统的技术应用及创新提供了更好的开发平台 。20 世纪 90 年代, 在 电路板 柔性制造、 数字化通信和数码家电等巨大需求的牵引下,进行 信号实时处理算法的 DSP 芯片向着高速、高精度、低功耗 趋势发展,Texas 推出的第三代 DSP 芯片 TMS320C30 , 引导着微控制器向 32 位高速智能化发展。目前主要的 嵌入式处理器类型有 Am186/88 、386EX 、SC-400、Power PC 、868000 、MIPS 、ARM/ StrongARM 系列等

24、 。 可以预见,后期的微处理器会向着更高的集成度和主频、更宽的机器字长和总线,并行处理的指令数也会更多。 从系统软件方面看,20 世纪 70 年代, 嵌入式系统的软件是写 在单片机里用来执行少数任务 通常不需要改变的固件;80 年代早期开始, 设计者 开始使用商业级的“ 操作系统” 编写 嵌入 式 应 用软件 ,从 而提 高开 发 效率, 缩短 了开 发的 周 期 ,同 时还 降低了开发成本 , 这 个 时 候 的 嵌入式 操 作 系 统 是 一 个 实 时 核 ; 其 中 比 较 著 名 的 有 Ready System 公司的 VRTX 、ISI 的 PSOS 、IMG 的 VxWorks

25、 和 QNX 公 司的 QNX 等。90年代以后, 为满足不断提高的 实时性要求 以及快速上升的软件规模 , 实时核逐渐发展4 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 第二章 系统原理分析 为实时多任务操作系统 。 更多的公司开始大力发展自己的嵌入式操作系统; 譬如 Palm OS ,WinCE , 嵌入式 Linux ,Lynx ,Nucleux , 以及国内的 Hopen ,Delta Os 等嵌入式9操作系 统 。 进入 21 世纪,平板 设备的迅速市场化, 涌现出不少优秀的嵌入式操作系统;譬1011如 Google 的 Android 、Apple 的 iOS 和塞 班公司的 Sy

26、mbian 。其 中以 Android 和iOS 的表现最为突出, 至 2012 年 7 月,Android 已占据全球智能手机操作市场 59% 的份额, 其源代码开放, 给广大嵌入式爱好者提供了发挥的空间, 也促使其自身性能的不断提高。 这些嵌入式操作系统加载在高端的处理器上, 配合先进的触摸屏, 改变了人们的生活方式,如购物、娱乐、餐饮等。 2.1.2 嵌入式 系统的应用 这些年来掀起了嵌入式系统应用热潮的原因主要有几个 方面: 一是电子制造业 技术和加工工艺 的发展, 使得单个芯片 的集成度更高、 处理能力 更强; 另一方面的原因就是 产品市场化的需要, 由于对技术可靠性、 成本以及产品

27、升级 的要求提高, 嵌入式设备在原本 纯硬件实现 的基础上对通用计算机 进行功能裁剪,得以实现 。 12嵌入式系统 是“控制 、监视或者辅助 装置、机器和设备运行的装置 ” ;目前主要应用于: 工业控制、 交通管理、 信息家电、 家庭智能管理系统、POS 网络及电子商务、 环境工程与自然、 机器人、 机电产品方面 等。 其中, 工业控制着 重 于提高生产效率和产品质量、 减少人力成本; 交通管理, 侧 重于移动 终端 定位功能; 家庭智能管理系统着重于自动抄表、安全报警、防盗系统 等。 2.1.3 嵌入式 系统的组成 嵌入式系统 是 以应用为中心、 以计算机技术为基础、 软硬件可裁剪、 适用于

28、应用系统对功能、可靠性、成本、体积 和功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统 通常包括四个组成部分: 嵌入式微处理器、 外围硬件设备、 嵌入式操作系统和用户应用程序。 外围硬件包括存储器、I/O 端口等,操作系 统通常为实时多任务操作系统。 通用 计算机系统与嵌入式系统 的机构对比如图 2-1 所示。5 第二章 系统原理分析 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 程 序用户程序内嵌式操作 系统操 作系统硬件硬件系统 组件通用计 算 机系统结 构 嵌入式系统结 构图 2-1 通用计算机系统结 构与嵌入式系统结构 对比 图2.2 物联网技术 的产 生、发展 与应用 2.2.1 物联网技术

29、 的产生 物联网这个词, 国内外普遍公认的是 MIT Auto-ID 中心 Ashton 教授 1999 年在研究 RFID 时最早提出来 的。 它的产生主要是 由于人们生活方式的改变, 譬如交通、 通信变得更发达 以及物质 变得更丰富, 如何来对 日益纷繁的人和物 进行高效地管控? 这是物联网存在的意义。 如今, 物联网的定义和范围 已经随着应用的拓展而 发生了较大13的变化,不再只是指基于 RFID 技术 的物联 网 。 2.2.2 物联网技术的发展 国际上, 物 联网 技术 最早 使 用 于 施 乐公 司 的 网络 可 乐 贩 售 机;1999 年,Ashton教授结合 RFID 技术提

30、 出了物联网的概念; 2005 年, ITU 发布了 ITU 互联网报告 2005 :物联网 , 对物联网的定义和范围进行了拓展 ;2009 年,IBM 首席执 行官 彭明盛提出了“ 智慧地球 ”的概 念。 在我国,2008 年 11 月 北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会提出了移动技术、 物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成;2009 年, 温家宝总理提出 “ 感知中国 ” 的概念 , 物联 网被正式列为国家五大 新兴战略性产业 之一, 受到了全社会极大的关 注。 2.2.3 物联网技术的应用 物联网把新一代 IT 技 术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电

31、网、 铁路、 桥梁、 隧道、 公路、 建筑、 供水系统、 大坝、 油气管道等各种物体中, 然后将 “物 联网”与现有的互联网整合起来, 实现人类社会与物理系统的组网, 在这个 网络当中, 存在能力超级强大的中心计算机群, 能够对整合网络内的人6 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 第二章 系统原理分析 员、 机器、设备和基础设施实施 实时的管理和控制, 提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关 系。 譬如, 在物流领域, 物联网结合 RFID 技术 可以应用于自动仓储、 库存管理、 产品 物流跟踪、 供应链自动管理、 产品装配和生产管理、 产品防伪等多个方面。 2.3 无线组网

32、技 术的 应用与原 理 2.3.1 无线组网技术的 应用 无线传感网络通常采用电池供电, 放置在没有基础结构的地方, 节点通信能力十分有限, 这就要求传感器节点具有自组织的能力, 自动形成转发监测数据的多跳无线网络。 节点以广播的形式发送消息, 接收到消息的节点再以广播形式转发数据包给所有的邻节点, 这个过 程重复执行, 直到数据包到达目的地或者达到预先设定的最大跳1415数 。 2.3.2 无线组网技术的原理 无 线 自 组 网 技 术 , 主 要 研 究 信 号 多 路 化 的 基 本 方 法 , 可 以 采 用 频 率 、 时 间 或 代 码 分16隔 的 多 址 连 接 方 式 , 即

33、 人 们 通 常 所 称 的 频 分复用 、 时 分 复 用 、 码 分 复 用 三 种 介 入 方 式 。 频分复用 是以不同的频率信道实现通信的 , 频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个 无线电 信道 ( 发射和接 收载频 ) ,每 个信道可 以传输 一路控 制信息 ; 时分 复用是以不同的时隙实现通信 , 时分是指在一个宽带的无线载波上, 将某一信道按时间加以 分割, 各信号按一定顺序 占用某一时间间隙, 即多路信号 利用同一个信道在不同时间各自独立地传送 ; 码分复用是以不同的代码序列实现通信的 , 码分复用是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的 复用方式, 可在一个信道上同

34、时传输多个用户的信息。 其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码, 编码后的信息混合后不会丢1718失原来的信息 。功 能对比可从图 2-2 看出。 时 时时间 间间码频率频率频率FDMA TDMACDMA图 2-2 频分/ 时分/ 码分原理对比图7 第二章 系统原理分析 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 19本设计采用的是频分复用 , 因此 , 这里着重 介绍 一下频分复用, 频率复用指 多个用户可以 同时使用 不同频率的信道。 频分复用系统可以极大地提高频率效率。 但如果设计得不好, 将产生严重的干扰 :如 同 频 干 扰 、 邻 频 干 扰 。 频 率 复 用 方 案 是 在 系

35、 统 的 作 用 区 域 内 重 复 使 用 不同 的频率? 这种频率复用方案是整个频谱分配被划为 N 个频率复用的模式。当某一 节点 需要通信而发起 请求 时,需要从 N 个信道中选取一个空闲信道,此时,主要有两 类 选取方式:一类是专用 请求信道方式,另一类是标明空闲信道方式。 专用请求 信道方式是在网 络中设置专门的 信号请求信道, 专 门用于处理节点的 请求, 其优点是处理 请求的速度快; 但是, 若节点数和共用信道数不多时, 专用 请求 信道并不繁忙,利用率不高 ,因此,这种方式适用于大容量的通信网 络。 标明空闲信道方式可分为 “循环定位 ” 、 “循环 不定位 ” 、 “ 标明多

36、个空闲信道的循环分散定位 ” 和 “ 标明 多个空闲信道的循环不定位 ” 等多个方法 , 循 环定位不设置专门的 请求信道, 所有信道都可供 请求处理 , 选择请求与处理请求 可在同一信道上进行 ,处理请求快, 但是, 也 因为所有空闲节点都定位在同一空闲信道上, 出现同抢概率也比较大, 所以这种方式比较适合小容量通信网络; 循环不定位方式, 为减小同抢概率,节点 循环扫描而不定位 是有利的。 该方式是基站在所有空闲信 道上都发出空闲标志信号, 空闲时 的节点始终处于循环扫描状态 , 这种方式节点发出请求时要先搜索空闲 信道,被请求时要先对信号锁定,这都占用了时间,所以建立请求比较 慢。 8

37、集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 第三章 系统总体设计第三章 系统 总体设计 3.1 智慧餐厅的 特点 及需求分 析 市场经济的发展, 推动了人们 生活 水平的提高。 “民以食为天 ” , 餐饮 行业随着人们生活方式的改变, 越来越市场化; 同时, 顾 客也对餐饮行业的品质与服务也提出了更高的要求 ; 争取 客源的行业竞争使得餐厅业主们不仅在美食 质量上投入精力, 在餐厅的管理和 环境上更是投入不少心思, 因为对现代人而言, 餐厅不仅仅是吃饭的地方,也是 商务、 社交和小憩的场所。 餐饮业的特点是消费时间比较集中, 每天的几个时间点, 客流量非常大; 而这几个时间点也正是餐厅经营的黄

38、金时间, 如何把握住黄金时间的经营, 关系到餐厅的存亡。 通过市场调查与分析, 总结出顾客选择餐厅考虑的众多条件的前三条: (1) 餐厅环境; (2) 美食质量; (3) 服务效率。 在这 个高度强调体验经济的时代, 餐 厅环境已经被放到了首位, 对于一个环境不好的餐厅, 顾客进门的概率 要打折扣, 回头客就更少了; 美食质量是一个餐厅 存在的前提; 服务效率, 在快速的生活节奏面前, 也越 来越发挥出其重要性。 关于餐厅环境和服务效率, 仅仅靠人工来维护是不能满足要求 的, 首先是人工费用的已越来越高, 其次, 在就餐高峰时间, 依 靠人工来进行服务 , 会出现遗漏、 延时等失误。 科 学技

39、术的创新应用在各行各业已初见端倪, 譬如智慧餐厅的出现, 为餐饮业提供了更高效 、可靠 的管理方法;通过科技信息化的管理,为餐厅 降低运营成本 、提高服务质量与效率 的同时, 还达到了吸引客源的效果, 一举多得, 得到了社会各界的认可 。 目前, 智慧餐厅已处于初步发展阶段, 市面上的智慧餐厅基本系统包括自主点餐系统、 服务呼叫系统、 后厨互动系统、 前台收银系统、 预定排号系统以及信息管理系统等,主要应用于 高档酒店餐厅。针对平价快餐厅,基本上还处于只有一台 POS 收银机 ,可打印菜单的阶段。 本设计主要是针对平价快餐厅设计的一套智慧系统, 其具备了 点菜、 收银、 财务汇总等 基本 功能

40、; 特别之处在于, 集成了顾客身份识别定位系统。 着重考虑平价快餐厅的经营模式而设计, 此套智慧系统成本低, 每 位顾客只需要一只身份识别 终端号牌9 第三章 系统总体设计 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 即可, 身份识别终端号牌由可充电 锂电池供电, 至少可循环利用 5 年, 同时身份识别号牌具有低电压报警的重要功能, 电量不足时 及时提醒需充电 , 以免影响功能正常使用; 顾客每人一只终端身份识别号牌, 定位到每个顾客, 而非定位到每 个餐桌, 更 不是服务员送餐时凭借主观直 觉去寻找顾客, 保证了出餐的时效性和正确性。 本系统工作流程如图 3-1 所示 。 顾客 取号牌 (

41、即身PC 点菜 随意挑选桌 位就坐份识别终 端 )智慧餐 厅系统发 送菜单 信息 给厨房 回 复PC : 已出餐信 息打 印菜单 厨房备餐 、 出 餐 客 户ID 识别图 3-1 系统工作流程图3.2 系统组成 3.2.1 硬件组成 本设计是一个无线自 组网络系统,实例如图 3-2,功能说明如下: 身份识别终端1收 银 台PC 机路由节点身份 识别终端2出 餐口ARM 平板打印机中 心节点身份识别 终端3身份识别终端4图 3-2 系统组成实例图(1) 一台通用计算机 : 用于收银台进行点菜、 财务汇总与分析; 中心节点通过串口与其相连; 2021(2) 一台 ARM 平板: 用于出餐口, 驱动

42、打印机打印菜单,路由节点 通过串口 与其相连 ; 10 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 第三章 系统总体设计 (3) 一台打印机 :用于菜单打印; (4) 一只中心节点: 与 PC 机相连,用于发送订单信息、接收已出餐信号并上报给 PC ; (5) 一只路由节点 :与 PAD 相连,用于上报 订单信息给 PAD ,发送出餐信号给终端号牌,转发已出餐信息给中心节点 ; (6) 四只终端号牌: 顾客手持式终端, 用于接收出餐信号并给出灯光提示帮助服务员进行顾客定位。网络可支持 1024 只终端号牌。 3.2.2 软件组成 本系统的软件部分包括 PC 和 PAD 的上位机程序以及网络节点

43、的固件代码, 程序功能框图如图 3-3,程序功能说明如下: PC 收 银台点菜系 统232 串口通 信 中 心节点Windows/Visual Studio打印 机PAD 出餐 口身份识 别系统232 串口通 信 路 由节点 无 线射 频 通 信 顾客 终 端 号牌Android/Eclipse图 3-3 系统功能框图2223(1) 在 PC 机的 Windows 操作系统 上, 利用 Java 平台 实现用户 点菜界面及菜单数据库维护; (2) 在 PAD 的 Android 操作系统 上,利用 Eclipse 平台开发 打印机串口驱动 程序及顾客身份识别用户 界面; (3)PC 机和中心节

44、点 间的串口通讯 程序,PAD 与路由节点间 的串口通信程序 ,PAD 与打印机之间通过 USB 口进行通信 程 序; (4) 中心节点和路由节点间 的射频通信 程序,产生的数据结果 ,由 PC 和 PAD的显示器展示给使用 者; (5)顾客身份 识别 功 能是由路 由节点 通过 无 线射频信 号触发 顾客 身 份识别 终端号牌 给出灯光提示 , 实现服务员对顾客的准确定位; 出餐确认 信号, 再由顾客身份识别终端 号牌反馈已出餐 信息给路由节点 。11 USB 通信无线 射频 通 信第四章 系统硬件设计 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现第四章 系统 硬件 设计 4.1 系统硬件电

45、路板 设计 4.1.1 M430 单片机 M430F149 简介 本设计采用 TI 公司设 计的 一款微控制器 :M430F149,它是一个 16 位的、具有精简指令集 、 超低功耗的混合信号 控制 器。 由于其具有极低的功耗、 丰富的片内外设以及 方便灵活的开发手段, 已成为市场上广受欢迎的低功耗控制器, 主要应用于 各类便携式设备 ,譬如 运动手表、防盗识别装置、 智能传感等。 芯片内部采用采用冯? 诺依曼架构,通过通用存储器地址总线MAB 和 存储器数据总线MDB 将 16 位 RISC CPU 、多种外设和灵活的时钟系统进行完美结合。通过将先进的 CPU 与模块化内存24映像模数外设相

46、结合, 尤其适合应用于 混合信号处理 。主要参数如 下: 工作电压:1.8V-3.6V ;低于 1.8V ,芯片将不能正常工作。 超低功耗:5 种低功耗模式;激活模式,280uA ;实时钟 模式,1.6uA 。 高灵敏度:从休眠模式醒来,只需 6us 。 指令周期: 采用 16 位精简指令集,指令执行周期为 125ns 。 A/D :12 位模数转换器 带内部参照值、采样保持和自动扫描特性 。 串口通信接口:2 个。 I/O 口:48 条可编程 I/O 线。 存储器:60KB+256B Flash Memory ;2KB RAM 。 定时器 :Timer_A ;Timer_B 。 编程方 式:

47、 串行机上编程。 4.1.2 射频芯片 nRF905 及其模块简介 nRF905 射频芯片 工作在 433/868/915MHz 的 ISM 频段。 主要集成了 一个频率调制器, 一 个带解调的接收器, 一个功率放大器, 一个晶体振荡器和 一个调节器, 可 实现收发功能。 典型工作模式有 ShockBurst TX 、ShockBurst RX 、Standby 和掉电模式。ShockBurst 工作模式的 特点是自动产生前导码和 CRC,可以很容易 地通过 SPI 接口进行编程配置。 是一款低功耗射频芯片 , 在发射功率为-10dBm 时, 发 射电流为 11mA ,25接收电流为 12.5

48、mA 。进入 POWERDOWN 模式,工作电流仅为 2.5uA 。 12 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 第四章 系统硬件设计 nRF905 适 用 于 多 种 无 线 通 信 场 合 , 如 家 庭 及 楼 宇 自 动 化 、 报 警 及 安 全 系 统 、遥 感 监 测 、 无 线 门 禁 系 统 和 遥 控 玩 具 等。 管脚功能说明如表 4-1: 表 4-1 nRF905 引脚说明 管脚 名称 管脚功能 说明 1 TRX_CE 数字输入 使能芯片发射货接收 2 PWR_UP 数字输出 芯片上电 3 uPCLK 时钟输出 由晶体振荡器分频的输出时钟 6 CD 数字输出 载波

49、检测 7 AM 数字输出 地址匹配 8 DR 数字输出 接收或发射数据完成 10 MISO SPI 接口 SPI 输出 11 MOSI SPI 接口 SPI 输入 12 SCK SPI 时钟 SPI 时钟 13 CSN SPI 使能 SPI 使能 14 XC1 模拟输入 晶体振荡器 1 脚/ 外部时钟输入脚 15 XC2 模拟输出 晶体振荡器 2 脚 19 VDD_PA 电源输出 给 nRF905 功率放大器提供+1.8v 电源 20 ANT1 射频输出 天线接口 1 21 ANT2 射频输出 天线接口 2 23 IREF 模拟输入 参考电流 31 DVDD_1V2 电源 de 耦合的低压数字

50、电源输出 TX_EN"1" TX 模式 ;TX_EN"0" RX 模32 TX_EN 数字输入 式 VDD 4、9、17、25 电源 电源(+3V DC ) 5、16、18 、22、24、 26、 27 、 28、 VSS 电源 地(0V ) 29、30 13 第四章 系统硬件设计 集成身份识别功能的智慧餐厅系统 设计与实现 4.1.3 网络节点硬件设计 2627网络节点电路板 原理图 见附录 A ,主要包 含如下模块: (1) 微控制器 电路模块:M430F149 接口根 据功能主要划分为: 电源线 (3.3V)、地线 (GND ) 、 晶振电路接口

51、(XIN 、XOUT ) 、 复位电路接口 (RST ) 、 仿真器程序下载接口 (JTAG ) 、 射频通信接口 (TX_EN 、TRX_CE 、PWR_UP 、uCLK 、CD 、AM 、DR 、SPI_MISO 、SPI_MOSI 、SPI_SCK 、SPI_CSN ) 、 存 储 器 读 写 接 口 (IIC_SDA 、IIC_SCL ) 、 串口通信接 口 (MCU_RXD 、MCU_TXD ) 、 地址编码接口 (AD1-AD10)、电池电压量数据检测接口 (PWR_test ) 、 低电 压报警指示灯 (POWERLESS ) 、 身份识别指示灯(READY ) 。 电路原理图参见图 4-1。 JTAG CON7VINU13.3V 1 48 AD7DVcc P5.4/MCLKREADY 2 47 AD6P6.3/A3 P5.33 46 AD5P6.4/A4 P5.24 45 AD4P6.5/A5 P5.15 44 AD3P6.6/A6 P5.06 M430F149 43 AD2P6.7/A7 P4.7/TBCLK7 42 AD1VREF+ P4.6XIN 8 41XIN P4.5XOUT 9 40XOUT P4.4GND 10 39VeREF+ P4.311 38VR