基于Cortex-A9的智能餐飲管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐明星，葉捷杰，朱洪恩

（惠州學(xué)院,惠州 516007）

0 引言

如今，餐飲行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)已不僅是環(huán)境、衛(wèi)生、規(guī)模、以及菜品味道的競(jìng)爭(zhēng)，而是服務(wù)質(zhì)量的比拼，高品質(zhì)的用餐服務(wù)與良好的顧客體驗(yàn)?zāi)軜O大地提升餐飲店的品牌形象，使自身更好地適應(yīng)殘酷的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。傳統(tǒng)的智慧餐廳僅停留在移動(dòng)訂餐，平板點(diǎn)菜上，并不能真正解決人力成本高、管理效率低、就餐體驗(yàn)差等問(wèn)題。這也是傳統(tǒng)智慧餐廳發(fā)展不起來(lái)的重要原因。

一個(gè)新型的智能餐飲管理系統(tǒng)，在嵌入式硬件中:用Cortex-A9處理器、ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備、各類(lèi)傳感器和監(jiān)控設(shè)備，對(duì)環(huán)境條件參數(shù)和室內(nèi)影像進(jìn)行讀取，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)、燈光、音響等設(shè)備的控制和攝像設(shè)備的影像數(shù)據(jù)的處理。在服務(wù)器方面服務(wù)器主要基于Linux操作系統(tǒng)，通訊協(xié)議運(yùn)輸層采用TCP/IP協(xié)議來(lái)提供可靠的、面向連接的服務(wù)，保障了通訊的實(shí)時(shí)性和有效性。在軟件應(yīng)用以采用占用資源較小MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的采用的是AJAX，實(shí)現(xiàn)自助點(diǎn)菜、呼叫服務(wù)員和廚師需炒菜信息，在各個(gè)應(yīng)用端及時(shí)更新和處理信息。

該系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在顧客和餐廳服務(wù)與管理兩個(gè)方面。顧客方面：自主點(diǎn)餐、后廚互動(dòng)、查看烹飪過(guò)程、結(jié)賬、餐桌預(yù)定以及信息反饋等功能。餐廳服務(wù)與管理方面：及時(shí)為顧客提供服務(wù)、廚師根據(jù)點(diǎn)菜單同時(shí)炒同一個(gè)菜節(jié)約了時(shí)間和能源、管理信息并統(tǒng)計(jì)分析和易燃?xì)怏w的濃度檢測(cè)與提醒等功能。將餐廳客戶(hù)需求和自身需求結(jié)合起來(lái)的新型智能餐飲管理系統(tǒng)以解決傳統(tǒng)智慧餐廳的弊端。整套設(shè)備體積小、功能強(qiáng)、靈活方便，相對(duì)于當(dāng)前市場(chǎng)上的智能餐飲管理系統(tǒng)有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

智能餐飲管理系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)/通信層和應(yīng)用層。顧客端（平板顧客端和顧客手機(jī)端）、后廚操作面板、服務(wù)員的手持端以及管理員端四個(gè)部分組成。如圖1所示。

在感知層中，各傳感器節(jié)點(diǎn)的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)通過(guò)ZigBee組成的星形的網(wǎng)絡(luò)，傳送到Cortex-A9開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。網(wǎng)絡(luò)/通信層中，ZigBee傳送的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)為T(mén)CP/IP協(xié)議與服務(wù)器進(jìn)行連接，通過(guò)搭建Web服務(wù)器及CGI接口，實(shí)現(xiàn)手機(jī)端和平板端的自助點(diǎn)菜和與工作人員進(jìn)行交流。在應(yīng)用層中，各應(yīng)用端可以查看室內(nèi)環(huán)境條件的參數(shù)，調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境，各端口可實(shí)時(shí)進(jìn)行信息通訊了解彼此間的信息情況。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能餐飲管理系統(tǒng)的硬件主要由單片機(jī)系統(tǒng)組成。

以ZigBee和嵌入式網(wǎng)關(guān)組成的控制器為中心，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)無(wú)線(xiàn)采集和室內(nèi)外設(shè)的無(wú)線(xiàn)控制，ZigBee協(xié)調(diào)器與網(wǎng)關(guān)通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在包間硬件模塊和廚房硬件模塊，下面對(duì)一些功能進(jìn)行分析：

（1）燈光強(qiáng)度控制：用光敏傳感器￠5系列型號(hào)LXD/GB5-A1E檢測(cè)包廂和廚房的光照強(qiáng)度，它是一種低成本的環(huán)境光強(qiáng)度的變化與輸出的電流成正比光敏傳感器。其自身穩(wěn)定性好，一致性強(qiáng)，實(shí)用性高，可直接替代傳統(tǒng)硫化鎘（CdS）光敏電阻。將把檢測(cè)到的光照參數(shù)傳送給控制器，根據(jù)它的光照強(qiáng)度判斷開(kāi)關(guān)燈的數(shù)量，對(duì)室內(nèi)的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。也可通過(guò)應(yīng)用端進(jìn)行無(wú)線(xiàn)控制。

（2）溫度和濕度的智能調(diào)控：溫濕傳感器采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度符合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕傳感技術(shù)，校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存儲(chǔ)在OTP內(nèi)存中，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，滿(mǎn)足了在包廂和廚房的應(yīng)用范圍。并檢測(cè)溫濕傳感器傳回來(lái)的室內(nèi)溫度和濕度的參數(shù)，若溫度高于或低于所設(shè)定范圍，控制器自動(dòng)打開(kāi)空調(diào)的制冷功能。若濕度高于或低于所設(shè)定范圍，控制器自動(dòng)控制外設(shè)進(jìn)行保濕和抽濕。

（3）安全報(bào)警：廚房的MQ-2氣體傳感器，用于檢測(cè)液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣，它的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。ZigBee協(xié)調(diào)器實(shí)時(shí)接收廣譜氣體傳感器檢測(cè)到的燃?xì)鉂舛葏?shù)，經(jīng)過(guò)分析處理后；若有危險(xiǎn)發(fā)生，觸發(fā)聲光警報(bào)器，將危險(xiǎn)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)關(guān)發(fā)送到服務(wù)器。

（4）視頻監(jiān)控：獲取廚房的攝像頭的數(shù)據(jù)，用開(kāi)發(fā)板ARM9內(nèi)核是S3C2410，攝像頭采用ov7620，是一款彩色CMOS型圖像傳感器，提供高性能的單一小體積封裝，該器件分辨率可以達(dá)到640×480，傳輸速率可以達(dá)到30幀。將獲取的數(shù)據(jù)傳輸給Cortex-A9開(kāi)發(fā)板中的DM3730處理器進(jìn)行視頻畫(huà)面的編解碼處理后，將處理后的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳到服務(wù)器，各終端等待下載。

（5）在整個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，所有ZigBee設(shè)備采用CC2530芯片，低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，使得數(shù)據(jù)傳輸速率更快，傳輸穩(wěn)定性更高。其中網(wǎng)關(guān)使用四核Cortex-A9處理器，Cortex-A9處理器能與其他Cortex系列處理器以及廣受歡迎的ARM MPCore技術(shù)兼容，因此能夠很好延用包括操作系統(tǒng)/實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（OS/RTOS）、中間件及應(yīng)用在內(nèi)的豐富生態(tài)系統(tǒng)，從而減少采用全新處理器所需的成本。通過(guò)首次利用關(guān)鍵微體系架構(gòu)方面的改進(jìn)，Cortex-A9處理器提供了具有高擴(kuò)展性和高功耗效率的解決方案?？刂苽鞲衅鞯南到y(tǒng)框架圖如圖2。

圖2 控制傳感器的系統(tǒng)框架圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要分為運(yùn)行于Cortex-A9上的服務(wù)器模塊軟件和運(yùn)行于Android系統(tǒng)上的移動(dòng)應(yīng)用軟件。

3.1 服務(wù)器模塊軟件

（1）智能餐飲管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的服務(wù)器主要基于Linux操作系統(tǒng)，由Linux C編寫(xiě)，通過(guò)調(diào)用Socket API來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，主要采用TCP/IP通信協(xié)議，運(yùn)輸層采用TCP協(xié)議來(lái)提供可靠的、面向連接的服務(wù)。服務(wù)器首先初始化一個(gè)Socket套接字，用于監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)的連接，當(dāng)服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)到客戶(hù)連接時(shí)，派生一個(gè)子進(jìn)程，主進(jìn)程繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)是否有連接。子進(jìn)程通過(guò)調(diào)用accept方法接收用戶(hù)的連接，調(diào)用read方法來(lái)讀取用戶(hù)的請(qǐng)求，分析請(qǐng)求后，通過(guò)write方法將響應(yīng)發(fā)送到客戶(hù)端。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信以及防止多個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)同一資源，本服務(wù)器建立了一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)，并且在共享內(nèi)存區(qū)上映射了共享數(shù)據(jù)、互斥鎖以及Posix信號(hào)量，確保多個(gè)進(jìn)程間可以共享數(shù)據(jù)，以及同步進(jìn)程間的數(shù)據(jù)共享。其實(shí)現(xiàn)流程如圖3。

圖3 服務(wù)器整體思路

（2）服務(wù)器與移動(dòng)終端之間的通信采用的是Wi-Fi通信協(xié)議以及TCP/IP通信協(xié)議（Socket）。移動(dòng)終端通過(guò)請(qǐng)求URL鏈接的方式來(lái)傳遞用戶(hù)的操作信息給服務(wù)器相應(yīng)的Socket中，并進(jìn)一步的分析和處理，最后轉(zhuǎn)發(fā)。而服務(wù)器的返回信息是通過(guò)頁(yè)面內(nèi)容呈現(xiàn)的，然后移動(dòng)終端解析指定頁(yè)面的內(nèi)容，獲取服務(wù)器返回的操作信息。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是MySQL，它具有短而精細(xì)、快速、占用較少的系統(tǒng)資源的特點(diǎn)；多線(xiàn)程、多用戶(hù)、高穩(wěn)定性，MySQL具有快速和穩(wěn)定的基于線(xiàn)程的內(nèi)存分配系統(tǒng)，足以應(yīng)對(duì)大型數(shù)據(jù)庫(kù)；跨平臺(tái)，MySQL可以在Linux，Windows和OS等操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行。在操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序可以輕松地移植到其他操作系統(tǒng)。

3.2 移動(dòng)應(yīng)用軟件

移動(dòng)應(yīng)用軟件由顧客端（平板顧客端和顧客手機(jī)端）、后廚操作面板、服務(wù)員的手持端以及管理員端四個(gè)部分組成。開(kāi)發(fā)前端的框架技術(shù)是Bootstrap是一種靈活性高，易配置的前端框架（開(kāi)發(fā)工具包）和交互式組件，與目前絕大多數(shù)的jQuery插件兼容。管理后臺(tái)模板用的是Bootstrap Ace，它擁有輕量、功能豐富、響應(yīng)式等特點(diǎn)，更是支持在多種移動(dòng)終端上瀏覽，它是基于CSS框架Bootstrap制作的，因?yàn)槠浠贐ootstrap，Bootstrap Ace組合了許多插件和組件，從另一個(gè)角度說(shuō)，作為模版，它基本上可以滿(mǎn)足絕大多數(shù)的后臺(tái)管理系統(tǒng)的需要。為了讓頁(yè)面實(shí)時(shí)更新采用AJAX創(chuàng)建動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)在后臺(tái)與服務(wù)器進(jìn)行少量數(shù)據(jù)交換，AJAX可以使網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)異步更新。這意味著可以在不重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下，對(duì)網(wǎng)頁(yè)的某部分進(jìn)行更新。在數(shù)據(jù)交換中用的是JSON格式，是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，能在嵌入式有限的設(shè)備資源得到充分的應(yīng)用。五個(gè)終端的體系結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 五個(gè)終端的體系結(jié)構(gòu)

圖5 餐廳管理員端軟件設(shè)計(jì)

（1）餐廳管理員端使用BMOB云平臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)云平臺(tái)提供的SDK進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，具有數(shù)據(jù)流動(dòng)性，實(shí)時(shí)性，完整性方面的優(yōu)勢(shì)。SDK封裝了Socket通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)包括獲取熱門(mén)菜式、獲取個(gè)人信息、員工信息管理、會(huì)員管理等功能。數(shù)據(jù)按照mbomSDK要求構(gòu)造對(duì)象，經(jīng)由封裝的方法發(fā)送給云平臺(tái)，接收數(shù)據(jù)則由mbobSDK處理為對(duì)象形式。應(yīng)用程序中包含餐廳監(jiān)控信息界面、菜單信息界面、預(yù)訂信息管理界面、賬單管理界面、室內(nèi)環(huán)境控制界面和顧客評(píng)價(jià)界面。餐廳管理員端軟件設(shè)計(jì)如圖5。

（2）顧客端（Android端和平板端），Android端通過(guò)掃平板端的二維碼，使用Socket向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，并接受響應(yīng)功能完成該App與服務(wù)器的信息傳輸，完成個(gè)人信息、登錄信息、注冊(cè)賬號(hào)、分享、收藏等功能與平板端同步。在APP局方面用Viewpage+Fragment和底部的LinearLayout實(shí)現(xiàn)底部標(biāo)簽導(dǎo)航，第一個(gè)Fragment有滾動(dòng)的廣告圖片和六個(gè)按鈕分別是點(diǎn)菜、活動(dòng)、預(yù)約、餐廳信息、反饋和呼叫服務(wù)。

（3）后廚平板端通過(guò)獲取服務(wù)器的IP地址以及端口號(hào)，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的連接。在App主界面布局方面用兩個(gè)自定義的ListView，再加上左右滑動(dòng)刪除的功能，實(shí)現(xiàn)右邊標(biāo)題欄的菜單按鈕的設(shè)計(jì)，檢測(cè)統(tǒng)計(jì)是否有相同的菜，一次性做完，達(dá)到節(jié)約時(shí)間成本的效果。當(dāng)把菜做完了之后，按完成按鈕將完成信息發(fā)送到各端口。

（4）服務(wù)員端主要通過(guò)接受服務(wù)器發(fā)來(lái)的信息，接收各端口的呼叫信息。在服務(wù)員端主界面中，左邊是ListView，用于存放顧客呼叫信息，右邊也是ListView，存放廚師的呼叫信息。服務(wù)器會(huì)接收來(lái)自廚師端或者餐桌平板的呼叫信息，然后通過(guò)最短路徑算法找到距離最近的服務(wù)員。服務(wù)員端內(nèi)部開(kāi)啟一條線(xiàn)程來(lái)無(wú)限循環(huán)地監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器通過(guò)Socket發(fā)送過(guò)來(lái)的信息，當(dāng)判斷有顧客呼叫，就進(jìn)入顧客的處理邏輯中，再將信息顯示到的ListView中，廚師呼叫也是如此。服務(wù)員提供完服務(wù)后，可點(diǎn)擊每一條記錄的刪除按鈕即可刪除該項(xiàng)呼叫。

4 運(yùn)行結(jié)果

（1）手機(jī)App通過(guò)注冊(cè)登陸后，將點(diǎn)好的菜通過(guò)掃碼同步到餐桌平板上，并可以在餐桌平板點(diǎn)餐或進(jìn)行其他操作，如圖5。

圖5 菜單同步運(yùn)行圖

（2）用戶(hù)將菜單上傳后，后廚平板便顯示顧客的菜單。更新菜肴的完成進(jìn)度，當(dāng)菜肴完成后，服務(wù)員端也將收到上菜通知，如圖6。

圖6 下單到上菜流程演示

（3）餐桌管理端實(shí)現(xiàn)了餐廳、顧客信息、菜式、會(huì)員、訂單、評(píng)價(jià)、發(fā)布招聘信息、員工管理系列功能，展示如圖7。

5 結(jié)語(yǔ)

智能餐飲管理系統(tǒng)是一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的系統(tǒng)，主要由顧客端（平板顧客端和顧客手機(jī)端）、后廚操作面板、服務(wù)員的手持端以及管理員端四個(gè)部分組成。針對(duì)傳統(tǒng)餐廳存在的服務(wù)人員數(shù)量不足，現(xiàn)在的人力成本逐年上升，服務(wù)品質(zhì)亟待提升；顧客點(diǎn)菜耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)、點(diǎn)菜信息傳遞慢而服務(wù)員處理上菜信息時(shí)極易出錯(cuò)；管理滯后，經(jīng)營(yíng)成本偏高等問(wèn)題，智能餐飲管理系統(tǒng)能很好地避免以上問(wèn)題，不僅可以提升餐廳的點(diǎn)餐速度，讓餐廳翻臺(tái)率也跟著提升，可直接提升餐廳的收益。

[1]張新超.基于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的點(diǎn)菜系統(tǒng)終端.電子科技大學(xué)，2010.

[2]凡海飛.基于Android平臺(tái)的無(wú)線(xiàn)點(diǎn)菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).華中科技大學(xué)，2011.

[3]袁安富等.基于ARM和DM9000網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2011.

[4]Lean Jeremy Bentham.嵌入式系統(tǒng)Web服務(wù)器TCP/IP，2003.

[5]李剛.瘋狂Android講義.電子工業(yè)出版社，2014-7.

[6]郭霖.第一行代碼.人民郵電出版社，2014-8.

[7]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.電子工業(yè)出版社，2009-1.