基于物聯(lián)網(wǎng)技術的快捷收盤小車的探索

胡立君 林徐 孫立品 秦子飛

摘要：每個學校的學生都很多，特別是大學，從而對每個學校產(chǎn)生了一種人口經(jīng)濟壓力，人口經(jīng)濟壓力的一種體現(xiàn)就是消費的需求急速上漲，最直接也最具體的體現(xiàn)就是每次食堂吃飯時人都很多，學生吃完飯后，所留下的空盤子放在桌子上，這樣就會造成一種資源占用。食堂的工作人員收空盤子的速度是有效的且人口成本也是很高的。本團隊本著減少食堂商家成本，維護學生利益的基本點出發(fā)，從而由此得到靈感，萌發(fā)出了快捷收盤小車這一智能設備。本小車不僅可以應用于食堂，亦可應用于各種大型的餐飲行業(yè)。由物聯(lián)網(wǎng)技術中的ZigBee技術支持，我們團隊在本校食堂進行試點。

關鍵詞： ZigBee;自動收盤小車;物聯(lián)網(wǎng)

1、快捷收盤小車的背景分析

餐飲行業(yè)的發(fā)展，需要大量的人力成本，我們團隊為了使商家獲取更多的利潤，減少人口成本，適應社會人工智能時代的發(fā)展，于2017年開展快捷收盤小車項目的研究。2013年3月4日，國務院辦公廳發(fā)布《國家重大科技基礎設施建設中長期規(guī)劃（2012年-2030年）》，指出三網(wǎng)融合，云計算和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)提出了巨大挑戰(zhàn)等相關信息。從國家這幾年的政策來看，中國正迎來前所未有的巨大機遇，中國的網(wǎng)絡發(fā)展正大步前進。不僅是國家核心技術的發(fā)展，而且還包括著民用技術的發(fā)展。我們認為餐飲行業(yè)也應該邁進智能化時代，要讓服務更加智能。正是有了需求，我們團隊才來研究這個項目的。

1.1 提高商家利潤，使廣大的消費者更加滿意

傳統(tǒng)的餐飲行業(yè)中需要大量的人，也就會從商家的營業(yè)額中拿走一部分來提供人工成本，人工成本就是企業(yè)所支出的薪酬福利以及人力資源職能這兩個方面的成本，在上面，我已經(jīng)說過每個大學的學生都很多，食堂就會面臨著巨大的承載壓力，從而人工成本就會增加，利潤減少。這對于商家來說是極為不利的。我們可以簡單用圖1來看出人工成本的影響因素：

根據(jù)我們查閱的相關資料，人工成本在餐飲行業(yè)中的比例是2070-4070的，2008年新的勞動實施后，企業(yè)的用工成本較過去有所上升，人工成本在餐飲業(yè)成本中占有更大的比重，這也是我們團隊提出研究快捷自動收盤小車的動機之一，節(jié)約企業(yè)成本，增加企業(yè)的利潤。

人的勞動強度是有限的，相比于機器，人還是遠遠比不上的。人是一種感性動物，在反復執(zhí)行一種操作后，會感到累、厭煩，從而將會影響工作效率，不可避免的會產(chǎn)生一些突發(fā)情況。尤其是在餐飲行業(yè)，當顧客特別多時，員工特別累，就會有厭煩和不滿等消極情緒。這些消極情緒或多或少的都會影響員工的工作效率，而在餐飲行業(yè)，工作的對象就是顧客，一旦工作上出現(xiàn)失誤，就會侵犯顧客的利益，引起顧客的不滿。而機器人就克服了人的這一弱點，更快更好地為顧客服務。我們團隊所研究的快捷收盤小車就是用來彌補人的這一缺陷的一次嘗試，從而會使顧客感到滿意，提高商家的營業(yè)利潤。

1.2 人工智能技術與物聯(lián)網(wǎng)中的ZigBee技術的相對成熟

人工智能是一種企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方法做出反應的智能機器。首先他是一種能夠產(chǎn)生出智能的一個智能機器，我們團隊研制出的快捷收盤小車就是一種機器。從下面的一張圖中我們可以知道人工智能的發(fā)展歷程：

與此圖相對應就是人工智能技術在實際中的應用，我們以人機博弈為例用表1來闡述出人工智能的實際應用發(fā)展：

按照人工智能的歷程，它正處在爆發(fā)階段。本校的人工智能的一個優(yōu)勢就是機器人技術的發(fā)展相對全省同類院校較成熟，我們學校有一個專門基于人工智能技術為基礎的機器人工程學院，在2018年安徽省機器人大賽中我校學子喜獲佳績，本校機器人工程學院分別在機械臂挑戰(zhàn)賽、人形避障等4個賽項上參與角逐，最終取得一等獎一個，三等獎三個的好成績。其中，由王春玲老師指導的“TZC”隊，在“輪式機器人停車購物”賽項中榮獲一等獎，這也是本次大賽“輪式機器人停車購物”賽項中唯一的一等獎。

同樣是基于人工智能技術的智能車，我校在第十二屆“恩智浦”杯智能車安徽賽區(qū)中榮獲佳績，我們學校還有一支專業(yè)的智能車比賽和機器人比賽培訓的師資隊伍。有了這些強力的后盾，我們的團隊在研發(fā)快捷收盤小車的征途中如虎添翼。

在我的團隊中有兩個成員是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，在我們小車中運用到了zigbee技術，ZigBee是物聯(lián)網(wǎng)技術中的一個分支，隨著我國物聯(lián)網(wǎng)正進入發(fā)展的快車道，ZigBee也正逐步被國內(nèi)越來越多的用戶接受，ZigBee技術也己在部分智能傳感器場景中進行了應用。如在北京地鐵9號線隧道施工過程中的考勤定位系統(tǒng)便采用的是ZigBee，ZigBee取代傳統(tǒng)的的RFID考勤系統(tǒng)實現(xiàn)了無漏讀、方向判斷準確、定位軌跡準確和可查詢，提高了隧道安全施工的管理水平。

據(jù)中國電信副總工程師靳東濱介紹，預計到2015年國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到7500億元，年復合增長率超過30%。智慧城市建設成為運營商推進物聯(lián)網(wǎng)的重要落腳點。此外，工業(yè)和信息化部和財政部己設專項資金用以支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

1.3 應對特殊情況，分擔員工壓力

餐飲行業(yè)在飯點的時候往往顧客會很多，員工的工作量會增大，員工就會感到疲倦，就我們學校的實際情況來看，每次中午吃飯的時候，人就會很多，空盤子就會占著位置，占了不必要的資源，而食堂阿姨的速度有限，不可能一瞬間就將桌子上的空盤子全部收走，快捷收盤小車應運而生。

2、快捷收盤小車研究與應用探索中出現(xiàn)的問題

2.1 快捷收盤小車實際應用中的技術難題

所要解決的問題是如何使小車像人一樣發(fā)現(xiàn)空盤子（定位）、到達目標所在位置，最后回收空盤子。在這三個過程中，最突出的問題就是如何實現(xiàn)定位，我們不可能像手機定位一樣，在小車和目標所在位置裝一個GPS模塊，然后利用衛(wèi)星實現(xiàn)定位，在中國，還沒有達到那樣的技術程度，況且這對于做小本生意的企業(yè)家成本也是很高的。

2.2 快捷收盤小車的維修與保養(yǎng)費用高

快捷收盤小車是一種智能化設備，是一種集合人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術的綜合應用?？茖W技術成分所占比例較高，這也就意味著如果他出了故障就需要高端技術人才來對其進行修復，這樣不可避免的對我們造成了更多的服務費用，增加了成本。在創(chuàng)業(yè)初期，這會對我們創(chuàng)業(yè)造成一定的困難。快捷收盤小車在使用過程中會受到損耗和傷害，這些傷害主要來自于機器自身損耗，電線老化和人為破壞等。我們在進行售后服務的保修費用將會大幅度提高，這對于創(chuàng)業(yè)初期的發(fā)展是不利的。我們團隊的專業(yè)雖然是屬于計算機這一大類的，但是我們的知識與技能暫時是有限的，在解決小車的基本故障應該是沒有問題的，但是如果小車的故障很棘手，我們團隊就不得不聘請一些專業(yè)技術人才來對我們進行援助，這無疑提高了創(chuàng)業(yè)成本。

2.3 快捷收盤小車功能單一

我們團隊研發(fā)出的智能車的功能只能實現(xiàn)回收空盤子的能力，這樣只是一種單一方面的功能，這對于我們雖說是降低了研制成本，但是也失去了推廣優(yōu)勢。大學生在學校中要學會一種具有某一方面的優(yōu)秀因素，只有這樣在就業(yè)中才會增加你被錄取的可能性。同理而言，一個產(chǎn)品也要具有自己的特點才能被其他公司喜愛并最終采用。功能單一對于我們產(chǎn)品的推廣造成了一定困難。

3、快捷收盤小車探索中存在問題的解決方案

3.1 針對小車定位技術問題的解決

在小車定位技術中，我們采用ZigBee技術，我們用一個流程圖來說清楚定位技術的解決過程，如圖3：

3.1.1 盲點終端的設計

盲點終端設備是內(nèi)嵌在餐桌上的，平常處于睡眠狀態(tài)，只有通過一個按鈕才能將它喚醒，盲點設備在喚醒時就會對小車發(fā)出信號，讓小車到他身邊來進行工作。常見的盲點終端設備主要是由四大部分組成的，CPU是核心組件，高容電池負責能源供給，此外還有聲光報警體系以及各種操作指示燈。與往常的終端設備不一樣的是我們研制出的設備可以暫且不考慮能源不夠的情況。我們對于CPU的選擇是本著功耗低，性能穩(wěn)定的特點。

3.1.2 固定節(jié)點的設計

在ZigBee系統(tǒng)中與桌子上所內(nèi)嵌的盲點終端設備相對應的是相應場所可以周期性向盲點終端和協(xié)調(diào)器發(fā)射通信信號的設備，這種設備被稱為節(jié)點，它是固定不變的，所以被稱為固定節(jié)點。我們所采用的固定節(jié)點的處理器是CC2431，這一處理器的優(yōu)點在于基本不需要其他外在輔助原件就可以正常工作了，簡化了固定節(jié)點的系統(tǒng)組成。

3.1.3 協(xié)調(diào)器的設計

空盤子定位要依靠盲點終端、固定節(jié)點以及協(xié)調(diào)器共同發(fā)揮作用來實現(xiàn)的，這三者缺一不可。協(xié)調(diào)器是內(nèi)置在小車上的，因此它的設計也是個重點。協(xié)調(diào)器在定位過程中的作用是接受由固定節(jié)點和盲點終端發(fā)送的信號，并且依據(jù)定位程序處理接受到的數(shù)據(jù)信息，得到定位信息發(fā)送給基站。

3.1.4 ZigBee定位系統(tǒng)的測試

我們團隊在本校第一食堂三樓進行了測試，測試前，我們先檢查了電源線是否正確連接并且接通電源，按照要求正確安裝設備，依據(jù)ZigBee系統(tǒng)組成或依次設定好地面控制中心、傳輸基站、定位分站等，地面控制中心用電腦代替，定位分站的無線收發(fā)數(shù)據(jù)板將低頻的加密數(shù)據(jù)載波信號經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送，桌子上的盲點終端、食堂三樓的固定節(jié)點以及小車上的協(xié)調(diào)器都處在低頻的發(fā)射天線工作區(qū)域，由于協(xié)調(diào)器和盲點終端都有開關控制，所以仍未被喚醒，固定節(jié)點則也未被其他兩個節(jié)點喚醒。只有當盲點終端被喚醒之后，信號就會被固定節(jié)點接受，通過無線傳感網(wǎng)絡經(jīng)固定節(jié)點接受、放大并處理后向外廣播，被近處的協(xié)調(diào)器接受傳到小車控制器，快捷收盤小車做出行為動作，完成相關指令。

實驗結果最終表明，ZigBee定位系統(tǒng)準確快速，也就是ZigBee技術完全可以被應用到我們的快捷收盤小車上。

4、結語

經(jīng)過全面的系統(tǒng)檢測，結果顯示ZigBee技術是我們團隊快捷收盤小車成功生成和正常運作的一項核心技術。這項技術成本功耗低、定位準確、抗干擾性強。在餐飲行業(yè)這個人流量特別大的和嘈雜的環(huán)境中能夠正常定位、實現(xiàn)快捷收盤小車定位然后自動回收空盤子的功能。

當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。在這種發(fā)展情況下，餐飲行業(yè)應該與時俱進，采用我們團隊研制出的快捷收盤小車。

餐飲行業(yè)要趁著人工智能技術的發(fā)展，迅速的將科技成果運營到自己的企業(yè)中去。我相信我們的快捷收盤小車產(chǎn)品在未來將會被越來越多的公司所采用。

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