無線智能點餐系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為了解決傳統(tǒng)人工點菜形式低效、耗費人工的問題，文章設(shè)計一種基于ARM（高級精簡指令集計算機）芯片控制與無線通信技術(shù)的智能點餐系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 LPC2378芯片作為客戶端和服務(wù)臺的主控制器，利用nRF24L01無線模塊實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器的信息共享；該系統(tǒng)集成了點餐、餐單信息顯示和消費自動統(tǒng)計等功能，可為餐廳調(diào)整經(jīng)營策略、提高盈利能力等提供數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：LPC2378芯片；無線點餐；觸摸屏；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TN7" " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）04-0103-04

0 引言

傳統(tǒng)服務(wù)方式在現(xiàn)代餐廳中存在不少弊端，例如在顧客就餐的高峰時段，如果服務(wù)員人手不足，點餐不及時，就會導(dǎo)致顧客流失，給餐廳造成經(jīng)濟損失；如果服務(wù)人員過多，非就餐時間便會造成人工浪費，從而間接增加餐廳的運營成本。為了能更好地節(jié)約用人成本，提高盈利能力，餐廳有必要引入可供顧客自主操作的智能點餐系統(tǒng)。在對智能點餐系統(tǒng)的研究中，林倩等［1］設(shè)計了一款主從結(jié)構(gòu)的自動點餐系統(tǒng)，顧客自主使用從機下單，主機通過藍牙接收從機的菜單并確認信息，然后分單傳遞給后廚，主機和從機均采用單片機控制和實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通，最終完成自主點餐和結(jié)算；謝杭等［2］采用互聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術(shù)設(shè)計一種基于Android系統(tǒng)的無線點餐系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以有序且無差錯地進行餐廳前臺和廚房之間的數(shù)據(jù)交互，提供系統(tǒng)化的餐廳點餐解決方案；涂敦蘭等［3］提出基于Wi-Fi的智能點餐系統(tǒng)，此設(shè)計由桌面點餐、手機App點餐、Wi-Fi模塊、PC服務(wù)器以及廚師后臺控制等模塊組成，當用戶點餐時，由ARM（高級精簡指令集計算機）芯片經(jīng)過Wi-Fi模塊將數(shù)據(jù)同時發(fā)送給PC 端服務(wù)器和廚師后臺，廚師收到數(shù)據(jù)并確認信息后將數(shù)據(jù)返回App終端用戶；李志偉［4］基于客戶機 / 服務(wù)器（Client/ Server，C/S）架構(gòu)和模型—視圖—控制器（Model View Controller，MVC）的設(shè)計思路，使用 Eclipse 軟件開發(fā)了一款無線點餐系統(tǒng)。以上4種無線點餐方式中，基于手機App客戶端的點餐方式會增加開發(fā)難度與成本，而基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的點餐方式又在很大程度上依賴于現(xiàn)場手機網(wǎng)絡(luò)信號的強弱，這可能會給點餐用戶帶來使用上的不便?；诖?，本文設(shè)計一種基于nRF24L01無線模塊、OCM32024T觸摸屏和ARM芯片控制技術(shù)的無線智能點餐系統(tǒng)，由于基于nRF24L01無線模塊的無線通信技術(shù)不涉及復(fù)雜的通信協(xié)議，開發(fā)代碼幾乎對用戶完全開放，并且同種產(chǎn)品之間可以自由通信，因此能進一步降低開發(fā)難度與成本，具有實用性強、操作簡單、可靠性與安全性高的特點。此外，該系統(tǒng)能幫助餐廳準確地掌握顧客消費需求，進而為餐廳調(diào)整經(jīng)營策略、提高盈利能力提供重要的數(shù)據(jù)支持。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

智能點餐系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由客戶端和服務(wù)臺兩個部分組成?？蛻舳耸褂肔PC2378芯片作為主控制器，采用機械按鍵選擇顧客的桌號，通過觸摸屏完成點餐操作；服務(wù)臺同樣采用LPC2378芯片作為主控制器，點擊觸摸屏即可顯示各桌號的點餐信息?？蛻舳撕头?wù)臺利用nRF24L01無線模塊實現(xiàn)信息共享，主供電源為5 V。

在點餐系統(tǒng)中，客戶端通過觸摸屏和按鍵分別接收顧客輸入的選菜信息和桌號值信息，以上信息經(jīng)主控模塊處理，按照通信協(xié)議封裝成一幀數(shù)據(jù)，通過nRF24L01無線模塊發(fā)送至服務(wù)臺，實現(xiàn)點餐信息的無線傳輸［5］。服務(wù)臺的主控模塊解析nRF24L01無線模塊輸入的數(shù)據(jù)，即可獲得顧客的點餐信息。

2 硬件設(shè)計

2.1 主控電路

主控電路負責搭建LPC2378主控芯片工作所需的外圍電路，即采用16 M晶振X1與2個30 pf電容搭建時鐘電路，為主控芯片內(nèi)的各類資源和用戶軟件提供所需的工作時鐘；采用10 K電阻和1個33 μf電容搭建復(fù)位電路，為主控芯片提供程序啟動所需要的復(fù)位信號。

2.2 按鍵電路

按鍵電路負責接收用戶輸入的桌號值信息，由按鍵K1、K2組成。其中，K1按鍵接收用戶輸入的“桌號值+1”命令，K2鍵接收用戶輸入的“桌號值-1”命令。主控芯片通過P2.5腳識別 “桌號值+1”命令，該腳出現(xiàn)低電平代表顧客輸入了“桌號值+1”命令；通過P2.6腳識別“桌號值-1”命令，該腳出現(xiàn)低電平代表顧客輸入了“桌號值-1”命令。

2.3 觸摸屏驅(qū)動電路

觸摸屏驅(qū)動電路圖如圖2所示，其中：RXD為串行通信接收引腳，TXD為串行通信發(fā)送引腳，INT為中斷請求引腳，GND為接地引腳，VCC為電源引腳。該電路負責搭建OCM320240T觸摸屏和主控芯片的有效連接，為客戶端和服務(wù)端之間的信息傳輸提供所需的硬件支持。主控芯片分配串口的P0.8腳和P0.9腳分別連接觸摸屏的RXD腳和TXD腳，通過搭建串口通信電路實現(xiàn)對點餐信息和用戶操作信息的實時顯示。此外，觸摸屏通過P0.23腳將屏幕的觸碰事件傳給主控芯片。

本設(shè)計使用的觸摸屏主要實現(xiàn)2個功能，一是反饋操作者輸入的觸屏信息，以此確定操作命令。當觸摸屏檢測到觸碰信息時，觸摸屏的INT腳向主控芯片的P0.23腳輸出高電平信號，同時通過串口將觸碰位置的坐標傳給主控芯片。二是顯示系統(tǒng)的操作界面，主控芯片通過串口發(fā)送顯示信息所在位置的x軸和y軸坐標、數(shù)據(jù)模式及信息內(nèi)容，即可將需要顯示信息的內(nèi)容傳給顯示屏。觸摸屏可顯示3種字符信息，當顯示8×8點陣ASCII字符時，串口傳送的模式值為0×10；當顯示8×16點陣ASCII字符時，串口傳送的模式值為0×11；當顯示16×16點陣GBK（漢字編碼字符集）數(shù)據(jù)時，串口傳送的模式值為0×12。

2.4 無線模塊驅(qū)動電路

無線模塊驅(qū)動電路圖如圖3所示，該電路負責中轉(zhuǎn)無線模塊和主控芯片的信息，為顧客共享點餐信息提供硬件支持。主控芯片采用內(nèi)部SPI（串行外設(shè)接口）腳與nRF24L01模塊通信，其中SPI腳的P2.11腳接模塊的IRQ（中斷請求）引腳，當模塊接收數(shù)據(jù)時，IRQ腳輸出低電平給主控芯片，通知主控芯片及時對數(shù)據(jù)進行處理；P0.18腳接模塊的MISO（SPI串行輸出）腳，主控芯片通過該腳向模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；P0.19腳接模塊的MOSI（SPI串行輸入）腳，模塊通過該腳向主控芯片傳輸接收到的數(shù)據(jù)；P2.20腳接模塊的SCK（SPI時鐘）腳，主控芯片通過該腳向模塊傳輸串行通信時鐘信號；P2.10腳接模塊的CSN（SPI片選使能）腳，主控芯片通過該腳輸出低電平（0 V）可啟動SPI總線通信，通信結(jié)束后，該腳輸出5 V信號；P2.9腳接模塊的CE（串行通信收發(fā)模式選擇）腳，主控芯片通過該腳向模塊輸出高電平（5 V）使能信號。

2.5 電源模塊電路

電源模塊電路負責為硬件的各元件提供5 V、3.3 V的電源電壓，該電路主要由外接5 V的供電源通過USB口接入，經(jīng)穩(wěn)壓、濾波后得到5 V、3.3 V的電壓。

3 軟件設(shè)計

3.1 主程序設(shè)計

客戶端主程序?qū)χ骺匦酒南嚓P(guān)引腳進行初始化配置，配置完成后，首先調(diào)用選餐控制程序確定顧客輸入的選單信息，其次調(diào)用按鍵程序確定顧客輸入的桌號值信息，最后調(diào)用通信程序?qū)㈩櫩洼斎氲倪x單信息和桌號值信息傳到給服務(wù)端。

服務(wù)端主程序?qū)χ骺匦酒耐膺B引腳進行初始配置，配置完成后，判斷無線模塊是否收到數(shù)據(jù)，若收到無線數(shù)據(jù)，則調(diào)用通信程序?qū)蛻舳溯斎氲男畔⑦M行處理。處理完成后調(diào)用菜單顯示子程序，向服務(wù)員展現(xiàn)顧客的點餐信息。客戶端和服務(wù)端主程序執(zhí)行流程圖見圖4。

3.2 按鍵程序

執(zhí)行按鍵程序時，若判定“桌號值+1”鍵按下，則將顧客輸入的桌號值加1；若判定“桌號值-1”鍵按下，則將顧客輸入的桌號值減1。程序接收到桌號值后，若判定桌號值大于15，則將顧客輸入的桌號值設(shè)置為15；若判定桌號值小于1，則將顧客輸入的桌號值設(shè)置為1。

3.3 選餐控制程序

選餐控制程序通過對觸摸屏觸發(fā)事件的處理，確定顧客輸入的選餐信息。選餐控制程序的具體執(zhí)行步驟如下。

（1）根據(jù)按鍵程序的輸出結(jié)果，確定并顯示顧客的桌號值信息。

（2）根據(jù)觸摸屏返回的數(shù)據(jù)確定當前的顯示頁面，若判斷觸摸屏返回的是餐單預(yù)覽數(shù)據(jù)，則將餐單預(yù)覽標志置位；若判斷觸摸屏返回的是選餐完成數(shù)據(jù)，則將選餐完成標志置位；若以上2個事件均未觸發(fā)，則將初始顯示標志置位。

（3）當餐單預(yù)覽標志置位，顯示本頁餐單后，按順序執(zhí)行以下操作：①根據(jù)觸摸屏返回的數(shù)據(jù)，確定顧客選中的餐品信息，當檢測到加選事件觸發(fā)，則將選中的餐品加入餐單；②根據(jù)觸摸屏返回的數(shù)據(jù)，確定顧客選中的餐品信息，當檢測到退選事件觸發(fā)，將選中的餐品從餐單中刪除；③判斷觸摸屏是否返回下一頁觸發(fā)數(shù)據(jù)，若返回，則觸摸屏顯示下一頁餐單；④判斷觸摸屏是否返回上一頁觸發(fā)數(shù)據(jù)，若返回，則觸摸屏顯示上一頁餐單；⑤判斷觸摸屏是否返回確定選餐觸發(fā)數(shù)據(jù)，若返回，則保存顧客選中的餐品信息，核算本次消費的總價，同時完成選餐標志置位；⑥判斷觸摸屏是否返回觸發(fā)數(shù)據(jù)，若返回，將初始顯示標志置位。

（4）選餐標志置位后，觸摸屏上顯示選餐頁面，按順序執(zhí)行以下操作：①判斷觸摸屏是否返回呼叫上餐觸發(fā)數(shù)據(jù)，若返回，則將呼叫上餐標志置位，觸摸屏上顯示的服務(wù)狀態(tài)為“等待上餐”；②當服務(wù)員上餐完畢后，觸摸屏上顯示的服務(wù)狀態(tài)為“上餐完畢”；③判斷觸摸屏是否返回上餐完畢觸發(fā)數(shù)據(jù)，若返回，則將等待結(jié)賬標志置位，觸摸屏上顯示的服務(wù)狀態(tài)為“等待結(jié)賬”；④判斷觸摸屏是否返回呼叫結(jié)賬觸發(fā)數(shù)據(jù)且結(jié)賬完成，若返回，則將初始顯示標志置位。

（5）初始顯示標志置位后，觸摸屏上顯示初始頁面。

3.4 餐單顯示程序

餐單顯示程序通過對觸摸屏的觸摸控制，確定各桌號的選餐信息，并完成上餐提示和結(jié)賬提醒等操作。餐單顯示程序執(zhí)行時，當服務(wù)員觸碰待上餐桌號的位置，代表有餐單顯示事件觸發(fā)，若該事件觸發(fā)，則程序?qū)错樞驁?zhí)行以下操作：①根據(jù)觸摸屏返回的位置數(shù)據(jù)，確定服務(wù)員需要瀏覽的桌號；②當桌號顯示為已確定，觸摸屏顯示出當前桌號的餐單信息；③當無線模塊接收到客戶端輸入的數(shù)據(jù)為置位呼叫上餐標志位，觸摸屏上的服務(wù)狀態(tài)顯示為“等待上餐”；④當無線模塊接收到客戶端輸入的數(shù)據(jù)為置位等待結(jié)賬標志位，觸摸屏上的服務(wù)狀態(tài)顯示為“等待結(jié)賬”；⑤判斷觸摸屏是否返回結(jié)賬觸發(fā)數(shù)據(jù)，若返回，代表顧客已結(jié)賬，則將當前選中的餐單刪除，同時將初始顯示標志置位；⑥判斷觸摸屏是否返回初始頁面數(shù)據(jù)，若返回，則將初始顯示標志置位；若無餐單顯示事件觸發(fā)，則讀取并顯示出各個等待上餐桌號的值，同時在觸摸屏上顯示對應(yīng)的信息。

3.5 通信程序

執(zhí)行服務(wù)端數(shù)據(jù)通信程序時，若收到客戶端輸入的數(shù)據(jù)，則首先根據(jù)通信協(xié)議解析客戶端上報的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括點餐桌號、菜單、消費總價和服務(wù)狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)可為餐單信息的顯示提供數(shù)據(jù)支持；其次判斷是否到數(shù)據(jù)發(fā)送的時間，根據(jù)客戶端接收到的服務(wù)狀態(tài)和觸摸屏回復(fù)的操作數(shù)據(jù)，將本機的回復(fù)數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端。

執(zhí)行客戶端通信程時，若收到服務(wù)端輸入的數(shù)據(jù)，則根據(jù)通信協(xié)議解析服務(wù)臺發(fā)送的回復(fù)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可為本機服務(wù)狀態(tài)的顯示提供數(shù)據(jù)支持。當顧客觸碰觸摸屏的確定選餐按鈕，本機向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括顧客選定的菜單、消費總價和當前時刻的服務(wù)狀態(tài)等。

客戶端數(shù)據(jù)幀中包含菜名、數(shù)量、桌號、本單總價、服務(wù)狀態(tài)等信息，其中桌號取值范圍為1～15，服務(wù)狀態(tài)取值為1或2（值為1時，表示本機向服務(wù)臺發(fā)送置位上餐標志位；值為2時，表示本機向服務(wù)臺發(fā)送置位結(jié)賬標志位）。

服務(wù)臺數(shù)據(jù)幀由幀開始標志、桌號、應(yīng)答碼、幀結(jié)束標志組成，其中幀開始標志位設(shè)置為0xAA，幀結(jié)束標志位設(shè)置為0x55，桌號值的取值范圍為1～15，應(yīng)答碼用X代表，即當收到本桌的服務(wù)碼為1且觸摸屏已收到服務(wù)員上菜完成的命令，本機回復(fù)應(yīng)答碼為1，該值代表向選餐端發(fā)送上餐完畢標志位；當收到本桌的服務(wù)碼為2且顧客已結(jié)賬，本機回復(fù)應(yīng)答碼為2，該值代表向選餐端發(fā)送結(jié)賬完畢標志位。

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)通電后，客戶端和服務(wù)端的觸摸屏上顯示初始的運行信息。當客戶觸碰需要選中的菜名 ，通過“加選”或“退選”選項可更改選中的餐單；按下“確認選餐”選項可確定最終的餐單并自動核算消費總價，同時服務(wù)狀態(tài)變?yōu)椤暗炔椭小?。此時，服務(wù)臺上會自動顯示顧客的選餐信息。服務(wù)員上餐后，觸碰“等餐”項，觸摸屏上的服務(wù)狀態(tài)由“等餐中”變?yōu)椤吧喜屯戤叀?。上餐完畢后，服?wù)狀態(tài)變?yōu)椤暗却Y(jié)賬”，顧客觸碰觸摸屏的“等待結(jié)賬”項，觸摸屏的服務(wù)狀態(tài)變?yōu)椤敖Y(jié)賬”。此時，服務(wù)臺上的選餐信息會自動刪除，代表顧客的本次消費操作已結(jié)束。經(jīng)過實物應(yīng)用、調(diào)試，本設(shè)計能實現(xiàn)預(yù)期點餐、餐單信息顯示和消費自動統(tǒng)計等功能。

5 結(jié)語

本智能點餐系統(tǒng)采用LPC2378處理芯片和nRF24L01無線模塊相結(jié)合的方式實現(xiàn)了對點餐過程的智能化管理，解決了人工點餐方式存在的耗時長、效率低、運營費用高等問題，可大幅提升餐廳的服務(wù)質(zhì)量，使餐廳具備更強的盈利能力。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，還可將物聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)融入點餐系統(tǒng)中，讓服務(wù)員和顧客借助騰訊云或阿里云等云平臺實現(xiàn)點餐信息的實時共享，從而進一步提升餐廳的整體服務(wù)效率。此外，可通過增加語音模塊和融入微信、短消息等功能進一步豐富系統(tǒng)的交互能力，為顧客提供更好的消費體驗。

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