基于RFID的智能點(diǎn)菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚成宇，代少升，謝小芳

(重慶郵電大學(xué)信號(hào)與信息處理重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065)

責(zé)任編輯:時(shí) 雯

傳統(tǒng)的點(diǎn)菜方式需要服務(wù)員周旋于餐桌、廚房和收銀臺(tái)之間，這種點(diǎn)菜方式技術(shù)水平落后、信息化程度低、服務(wù)員工作量大。由于傳統(tǒng)的點(diǎn)菜方式存在上述缺點(diǎn)，智能化點(diǎn)菜系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在一般的智能化點(diǎn)菜系統(tǒng)中，服務(wù)員需手持一臺(tái)點(diǎn)菜器為顧客點(diǎn)菜，點(diǎn)菜后數(shù)據(jù)直接發(fā)送到廚房，進(jìn)行菜品制作，這種智能點(diǎn)菜系統(tǒng)終端界面友好、信息化程度高，但存在成本較高、功能單一，仍需服務(wù)員參與，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)餐桌同時(shí)點(diǎn)菜等問(wèn)題［1］。本文針對(duì)現(xiàn)有點(diǎn)菜系統(tǒng)的缺點(diǎn)創(chuàng)新性地提出一種基于RFID技術(shù)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)方案［2］。該系統(tǒng)中點(diǎn)菜器終端實(shí)現(xiàn)了RFID系統(tǒng)中的標(biāo)簽功能并繼承其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn);作為第二終端的讀菜器實(shí)現(xiàn)了RFID系統(tǒng)中的讀卡器功能，并且智能化程度高;而廚房通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)所點(diǎn)菜品信息的分頁(yè)顯示。這套點(diǎn)菜系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需服務(wù)員自行點(diǎn)菜的功能，真正做到智能點(diǎn)菜。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)主要由點(diǎn)菜器、讀菜器以及上位機(jī)組成。假設(shè)每個(gè)餐桌上放置一個(gè)具有顯示功能的點(diǎn)菜器;每個(gè)點(diǎn)菜器自身帶有一個(gè)和餐桌號(hào)相同的固定ID號(hào);顧客可以通過(guò)輸入菜名所對(duì)應(yīng)的編號(hào)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜、加菜、退菜的功能;不同廚師負(fù)責(zé)不同的菜品制作。點(diǎn)菜信息可以通過(guò)射頻模塊傳送至讀菜器，讀菜器將收到的數(shù)據(jù)解析、分類排序，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口傳送至上位機(jī)，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示、刪除和上傳數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)架構(gòu)如圖l所示。

1.2 系統(tǒng)工作流程

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)工作流程:顧客進(jìn)店就座，根據(jù)餐桌上的菜譜選菜，將菜名對(duì)應(yīng)的編號(hào)輸入點(diǎn)菜器中，點(diǎn)菜完成，點(diǎn)菜器將顯示所點(diǎn)菜品清單及總價(jià)格。顧客確認(rèn)后，按發(fā)送鍵，點(diǎn)菜器將自身ID號(hào)和點(diǎn)菜信息一同發(fā)送至讀菜器，點(diǎn)菜器進(jìn)入接收狀態(tài)。讀菜器收到信息后，向處于接收狀態(tài)的點(diǎn)菜器發(fā)送點(diǎn)菜成功信息和預(yù)計(jì)的顧客等待時(shí)間信息。如果點(diǎn)菜時(shí)發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，讀菜器向處于接收狀態(tài)的點(diǎn)菜器發(fā)送點(diǎn)菜失敗信息，點(diǎn)菜器自動(dòng)重新發(fā)送點(diǎn)菜信息。點(diǎn)菜成功后，廚師通過(guò)廚房上位機(jī)所顯示的菜品順序制作，每完成一道菜品，廚師刪除菜品對(duì)應(yīng)的信息，刪除的同時(shí)信息被寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)備用，最后收銀臺(tái)可通過(guò)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行結(jié)賬。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 點(diǎn)菜器硬件設(shè)計(jì)

點(diǎn)菜器主要由MCU微處理器、電源模塊、鍵盤(pán)、LCD以及射頻收發(fā)模塊組成［3］。點(diǎn)菜器硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 點(diǎn)菜器結(jié)構(gòu)圖

其中，射頻模塊芯片采用TI公司生產(chǎn)的CC2500芯片，它是一款超低功耗、低成本的無(wú)線收發(fā)芯片，支持多種調(diào)制方式，包括FSK，GFSK，OOK和MSK，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)500 kbit/s，傳輸距離為100 m。微處理器選擇STC10L16XE單片機(jī)，STC10L16XE可提供以下功能:16 kbyte Flash存儲(chǔ)器;40個(gè)I/O引腳;2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;5路外部中斷口;1個(gè)全雙工UART口;工作電壓為1.8～3.6 V，滿足本系統(tǒng)低功耗、低成本、高速通信的設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)采用4個(gè)獨(dú)立按鍵，分別為確認(rèn)鍵、撤銷鍵、+/向上鍵、-/向下鍵，通過(guò)查詢方式掃描按鍵，軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)按鍵的復(fù)用功能。LCD選用LCM12832ZK液晶顯示模塊，具有串行接口、內(nèi)部含有中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示2行×8個(gè)漢字。

2.2 讀菜器硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中讀菜器主要由核心處理器、SDRAM、Flash和CC2500射頻模塊共同組成，其中核心處理器選用S3C6410芯片［4］，SDRAM 用于系統(tǒng)內(nèi)存，F(xiàn)lash為整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備。讀菜器將CC2500射頻模塊嵌入系統(tǒng)中，并基于WinCE操作系統(tǒng)［5］，通過(guò)設(shè)計(jì)SPI接口的驅(qū)動(dòng)程序及上層應(yīng)用程序，使讀菜器與點(diǎn)菜器之間進(jìn)行無(wú)線通信。讀菜器架構(gòu)如圖4所示。

圖4 讀菜器結(jié)構(gòu)圖

3 軟件設(shè)計(jì)

點(diǎn)菜系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括點(diǎn)菜器的軟件設(shè)計(jì)、讀菜器的軟件設(shè)計(jì)、上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)等。

3.1 點(diǎn)菜器的軟件設(shè)計(jì)

點(diǎn)菜器發(fā)送數(shù)據(jù)格式如圖5所示。

圖5 點(diǎn)菜器傳輸數(shù)據(jù)格式

前導(dǎo)碼、同步詞匯與CRC校驗(yàn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是由CC2500硬件自動(dòng)添加，在接收時(shí)由硬件自動(dòng)去除，不需軟件設(shè)定。CC2500工作在可變長(zhǎng)度通信模式下，需要8位的長(zhǎng)度字節(jié)給出發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度信息。

功能選擇位供顧客選擇點(diǎn)菜、加菜或退菜等功能，數(shù)據(jù)位提供詳細(xì)點(diǎn)菜信息，包括菜品類型，桌號(hào)，菜品編號(hào)，點(diǎn)菜數(shù)量等詳細(xì)信息。

3.2 讀菜器的軟件設(shè)計(jì)

讀菜器軟件包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸、設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊等4個(gè)部分［6］，如圖6所示。

圖6 讀菜器軟件設(shè)計(jì)

其中數(shù)據(jù)接受主要通過(guò)CC2500射頻模塊接收點(diǎn)菜器發(fā)送的點(diǎn)菜信息，以及向點(diǎn)菜器反饋菜品制作信息，如點(diǎn)菜成功、失敗、顧客等待時(shí)間、所點(diǎn)菜品排序等信息。數(shù)據(jù)處理部分為讀菜器軟件的設(shè)計(jì)核心，主要實(shí)現(xiàn)分頁(yè)顯示點(diǎn)菜信息、防碰撞算法的設(shè)計(jì)、計(jì)算顧客等待時(shí)間等功能。有線網(wǎng)絡(luò)傳輸指讀菜器與上位機(jī)間通過(guò)網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備的驅(qū)動(dòng)主要包括SPI驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)等。

3.2.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口，為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)。

本次所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)包含的驅(qū)動(dòng)主要有SPI驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)等。SPI驅(qū)動(dòng)包括以S3C6410處理器作為主設(shè)備，CC2500模塊為從設(shè)備的兩種驅(qū)動(dòng)方式，SPI操作主要完成對(duì)寄存器的讀、寫(xiě)操作，對(duì)CC2500芯片的寄存器進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)讀菜器與標(biāo)簽的無(wú)線通信。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

1)分頁(yè)顯示

假設(shè)一個(gè)較正規(guī)的餐廳，有幾個(gè)甚至十幾個(gè)廚師，每個(gè)廚師分別負(fù)責(zé)幾種菜品的制作。廚房上位機(jī)顯示所點(diǎn)菜品的信息，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面按不同廚師分類，每個(gè)廚師對(duì)應(yīng)自己的一欄點(diǎn)菜信息，這樣廚師可以清楚地看到自己的做菜順序。假設(shè)顧客所點(diǎn)菜品如圖7所示，經(jīng)過(guò)整理后廚師所看到的界面如圖8所示。

圖8這種菜單顯示方式方便廚師直觀準(zhǔn)確地看出自己將要做的菜品，在節(jié)省時(shí)間的同時(shí)能夠有效地避免錯(cuò)炒、漏炒等現(xiàn)象的發(fā)生。

2)顧客等待時(shí)間計(jì)算

根據(jù)平時(shí)炒菜經(jīng)驗(yàn)，可總結(jié)出廚師做每道菜的平均時(shí)間，得出一張菜品與時(shí)間的映射表。由于篇幅有限現(xiàn)只給出表的格式，如表1所示。

表1 菜品與時(shí)間的映射表

這樣可以模糊的計(jì)算出顧客需等待菜品的時(shí)間。計(jì)算方法的舉例說(shuō)明如下。

現(xiàn)以魚(yú)頭泡餅為例計(jì)算顧客需等待的時(shí)間:魚(yú)頭泡餅為廖廚師第3個(gè)菜品，通過(guò)查表1可得這3道菜所用時(shí)間分別為7 min，6 min，6 min，簡(jiǎn)單相加可得第3個(gè)菜品等待時(shí)間為19 min。

由于簡(jiǎn)單相加，計(jì)算出的等待時(shí)間比實(shí)際時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。在實(shí)際情況下，每個(gè)廚師負(fù)責(zé)不同類型的菜品，且不同類型的菜品之間可不受影響的同時(shí)制作，如“煮菜”的制作并不影響“炒菜”的制作，更不會(huì)影響“涼菜”的制作，只需適當(dāng)?shù)目紤]同時(shí)做菜時(shí)中間的時(shí)間損耗即可，現(xiàn)有3種類型的菜品(炒菜、煮菜和涼菜)，為了簡(jiǎn)化，假設(shè)每?jī)煞N不同菜品間的損耗為1 min，基于上述考慮，提出如下計(jì)算方法:

本例中的魚(yú)頭泡餅為燉菜，前兩個(gè)菜的類型分別為涼菜和炒菜，由于有3種類型菜品，所以損耗時(shí)間定為2 min，可得魚(yú)頭泡餅制作完成時(shí)間約為6 min+2 min=8 min，方法經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)證明比較符合實(shí)際情況。

將計(jì)算出的等待時(shí)間發(fā)送給顧客，這樣顧客可以更加直觀地得知自己所要等待的時(shí)間，而不會(huì)因?yàn)橐淮我馔膺^(guò)長(zhǎng)的等待而抱怨。

3)防碰撞算法的設(shè)計(jì)

當(dāng)不同的餐桌同時(shí)點(diǎn)菜并發(fā)送點(diǎn)菜信息給上位機(jī)，有可能發(fā)生點(diǎn)菜信息碰撞的情況，本系統(tǒng)采取點(diǎn)菜不成功則根據(jù)一定的間隔時(shí)間重發(fā)的簡(jiǎn)單方法解決這個(gè)小概率事件。

在為每個(gè)餐桌設(shè)置餐桌編號(hào)的時(shí)候，為每個(gè)餐桌設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，例如，現(xiàn)有40個(gè)餐桌，編號(hào)為1～40，按編號(hào)為每個(gè)餐桌設(shè)置優(yōu)先級(jí)，編號(hào)為1的餐桌優(yōu)先級(jí)為1，依次類推，編號(hào)為40的餐桌優(yōu)先級(jí)為40，數(shù)據(jù)重新發(fā)送的間隔時(shí)間=優(yōu)先級(jí)×T，T＞數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間，這樣就保證不會(huì)再次發(fā)生碰撞，由于數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間為毫秒級(jí)，所以這個(gè)優(yōu)先級(jí)不會(huì)對(duì)顧客有任何影響。

正常情況下點(diǎn)菜器在發(fā)送餐桌號(hào)、菜品名稱、菜品數(shù)量等信息至上位機(jī)后，進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)模式(點(diǎn)菜器只有進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)模式才能接受到上位機(jī)發(fā)送的信息)，上位機(jī)接收到信息后發(fā)送點(diǎn)菜成功信息，當(dāng)點(diǎn)菜機(jī)接收到“成功點(diǎn)菜”的信息，則點(diǎn)菜過(guò)程完成?，F(xiàn)假設(shè)1號(hào)餐桌和3號(hào)餐桌同時(shí)發(fā)送點(diǎn)菜信息，上位機(jī)接收到亂碼后得知發(fā)生碰撞，由于上位機(jī)并不知道具體哪些餐桌發(fā)生了碰撞，所以以廣播的形式發(fā)送碰撞信號(hào)，這時(shí)發(fā)生碰撞的兩個(gè)餐桌(1號(hào)和3號(hào))接收到碰撞信息后，得知自己發(fā)送的點(diǎn)菜信息發(fā)生碰撞，將做如下處理:根據(jù)自己的餐桌優(yōu)先級(jí)延時(shí)相應(yīng)的時(shí)間再次發(fā)送點(diǎn)菜信息，假設(shè)1號(hào)餐桌延時(shí)5 ms，3號(hào)餐桌延時(shí)15 ms再重新發(fā)送信息，從而確保不會(huì)再次發(fā)生碰撞，這種方法同樣可以解決多個(gè)餐桌發(fā)送的碰撞問(wèn)題。

3.3 上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)界面［7］如圖9所示，包括端口配置、開(kāi)臺(tái)信息、點(diǎn)菜信息、點(diǎn)菜清單、員工信息、員工清單等界面，其中端口配置界面完成IP地址和通信端口的設(shè)置;開(kāi)臺(tái)信息界面顯示所有餐桌當(dāng)前的狀態(tài)是否為空閑，為顧客提供直觀的空位查詢服務(wù);點(diǎn)菜信息界面顯示當(dāng)前將要制作的菜品的詳細(xì)信息，包括菜品所屬餐桌號(hào)、菜品名稱、菜品類型、菜品單價(jià)、點(diǎn)菜時(shí)間等。點(diǎn)擊已完成將菜品存入數(shù)據(jù)庫(kù)用以結(jié)賬和存檔;點(diǎn)菜清單界面顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中當(dāng)天所完成的菜品信息;員工信息界面實(shí)現(xiàn)員工信息的管理，包括添加、刪除和查找員工信息等功能;員工清單界面詳細(xì)列出員工的各項(xiàng)信息方便老板對(duì)員工的管理。

圖9 上位機(jī)菜單界面(截圖)

4 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)采用由多個(gè)點(diǎn)菜器、單個(gè)讀菜器、以及上位機(jī)組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。點(diǎn)菜器ID號(hào)與餐桌編號(hào)對(duì)應(yīng)，創(chuàng)新性的將RFID技術(shù)應(yīng)用在了點(diǎn)菜系統(tǒng)中［8］;針對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn)提出了防碰撞算法和顧客等待時(shí)間估算算法;上位機(jī)提供開(kāi)臺(tái)信息查詢功能，菜品的顯示、存儲(chǔ)功能，員工信息管理功能;這種結(jié)構(gòu)下，點(diǎn)菜器成本低，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需服務(wù)員顧客可自行點(diǎn)菜。復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)處理被屏蔽在讀菜器中，系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，非常適合大中型餐飲業(yè)的使用。

［1］王景景.無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.海南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，27(1):65-72.

［2］涂亮，段紅光.基于433無(wú)線收發(fā)模塊的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］. 電視技術(shù)，2012，36(6):44-46.

［3］程繼興.一種單片機(jī)控制的點(diǎn)菜系統(tǒng)［J］.電子工程師，2004，30(4):76-77.

［4］馮少奇，丁春峰.基于S3C6410的MPEG-4視頻壓縮濾波器的設(shè)計(jì)研究［J］. 電視技術(shù)，2012，36(7):42-45.

［5］張毅，王海濤.基于S3C2410A的WinCE 5.0下觸摸屏驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)［J］.重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，20(6):742-745.

［6］錢(qián)麗.基于ARM的嵌入式無(wú)線點(diǎn)菜［D］.武漢:武漢科技大學(xué)計(jì)算及應(yīng)用技術(shù)，2005.

［7］劉炳文.精通Visual Basic 6.0中文版［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1999.

［8］鄔賀銓.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)綜述［J］.重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，22(5):526-531.