基于RFID的智能點菜系統的設計與實現

譚成宇，代少升，謝小芳

(重慶郵電大學信號與信息處理重慶市重點實驗室，重慶 400065)

責任編輯:時 雯

傳統的點菜方式需要服務員周旋于餐桌、廚房和收銀臺之間，這種點菜方式技術水平落后、信息化程度低、服務員工作量大。由于傳統的點菜方式存在上述缺點，智能化點菜系統應運而生。在一般的智能化點菜系統中，服務員需手持一臺點菜器為顧客點菜，點菜后數據直接發送到廚房，進行菜品制作，這種智能點菜系統終端界面友好、信息化程度高，但存在成本較高、功能單一，仍需服務員參與，且無法實現多個餐桌同時點菜等問題［1］。本文針對現有點菜系統的缺點創新性地提出一種基于RFID技術的無線點菜系統方案［2］。該系統中點菜器終端實現了RFID系統中的標簽功能并繼承其結構簡單、成本低的特點;作為第二終端的讀菜器實現了RFID系統中的讀卡器功能，并且智能化程度高;而廚房通過上位機實現對所點菜品信息的分頁顯示。這套點菜系統可以實現無需服務員自行點菜的功能，真正做到智能點菜。

1 系統總體方案設計

1.1 系統總體架構

系統主要由點菜器、讀菜器以及上位機組成。假設每個餐桌上放置一個具有顯示功能的點菜器;每個點菜器自身帶有一個和餐桌號相同的固定ID號;顧客可以通過輸入菜名所對應的編號實現點菜、加菜、退菜的功能;不同廚師負責不同的菜品制作。點菜信息可以通過射頻模塊傳送至讀菜器，讀菜器將收到的數據解析、分類排序，然后將處理后的數據通過網口傳送至上位機，上位機實現的數據顯示、刪除和上傳數據庫。該系統架構如圖l所示。

1.2 系統工作流程

圖1 系統架構圖

系統工作流程:顧客進店就座，根據餐桌上的菜譜選菜，將菜名對應的編號輸入點菜器中，點菜完成，點菜器將顯示所點菜品清單及總價格。顧客確認后，按發送鍵，點菜器將自身ID號和點菜信息一同發送至讀菜器，點菜器進入接收狀態。讀菜器收到信息后，向處于接收狀態的點菜器發送點菜成功信息和預計的顧客等待時間信息。如果點菜時發生數據碰撞，讀菜器向處于接收狀態的點菜器發送點菜失敗信息，點菜器自動重新發送點菜信息。點菜成功后，廚師通過廚房上位機所顯示的菜品順序制作，每完成一道菜品，廚師刪除菜品對應的信息，刪除的同時信息被寫入數據庫備用，最后收銀臺可通過讀取數據庫信息進行結賬。系統工作流程如圖2所示。

圖2 系統工作流程

2 硬件設計

2.1 點菜器硬件設計

點菜器主要由MCU微處理器、電源模塊、鍵盤、LCD以及射頻收發模塊組成［3］。點菜器硬件結構如圖3所示。

圖3 點菜器結構圖

其中，射頻模塊芯片采用TI公司生產的CC2500芯片，它是一款超低功耗、低成本的無線收發芯片，支持多種調制方式，包括FSK，GFSK，OOK和MSK，數據傳輸速率最高可達500 kbit/s，傳輸距離為100 m。微處理器選擇STC10L16XE單片機，STC10L16XE可提供以下功能:16 kbyte Flash存儲器;40個I/O引腳;2個16位可編程定時器/計數器;5路外部中斷口;1個全雙工UART口;工作電壓為1.8～3.6 V，滿足本系統低功耗、低成本、高速通信的設計要求。本系統采用4個獨立按鍵，分別為確認鍵、撤銷鍵、+/向上鍵、-/向下鍵，通過查詢方式掃描按鍵，軟件設計實現按鍵的復用功能。LCD選用LCM12832ZK液晶顯示模塊，具有串行接口、內部含有中文字庫的圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示2行×8個漢字。

2.2 讀菜器硬件設計

系統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 用于系統內存，Flash為整個系統的存儲設備。讀菜器將CC2500射頻模塊嵌入系統中，并基于WinCE操作系統［5］，通過設計SPI接口的驅動程序及上層應用程序，使讀菜器與點菜器之間進行無線通信。讀菜器架構如圖4所示。

圖4 讀菜器結構圖

3 軟件設計

點菜系統的軟件設計包括點菜器的軟件設計、讀菜器的軟件設計、上位機的軟件設計等。

3.1 點菜器的軟件設計

點菜器發送數據格式如圖5所示。

圖5 點菜器傳輸數據格式

前導碼、同步詞匯與CRC校驗在發送數據時是由CC2500硬件自動添加，在接收時由硬件自動去除，不需軟件設定。CC2500工作在可變長度通信模式下，需要8位的長度字節給出發送數據的長度信息。

功能選擇位供顧客選擇點菜、加菜或退菜等功能，數據位提供詳細點菜信息，包括菜品類型，桌號，菜品編號，點菜數量等詳細信息。

3.2 讀菜器的軟件設計

讀菜器軟件包括數據接收、數據處理、有線網絡傳輸、設備驅動模塊等4個部分［6］，如圖6所示。

圖6 讀菜器軟件設計

其中數據接受主要通過CC2500射頻模塊接收點菜器發送的點菜信息，以及向點菜器反饋菜品制作信息，如點菜成功、失敗、顧客等待時間、所點菜品排序等信息。數據處理部分為讀菜器軟件的設計核心，主要實現分頁顯示點菜信息、防碰撞算法的設計、計算顧客等待時間等功能。有線網絡傳輸指讀菜器與上位機間通過網口傳輸數據。設備的驅動主要包括SPI驅動、串口驅動、網口驅動等。

3.2.1 設備驅動模塊

設備驅動程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口，為應用程序屏蔽了硬件的細節。

本次所開發的系統包含的驅動主要有SPI驅動、串口驅動和網口驅動等。SPI驅動包括以S3C6410處理器作為主設備，CC2500模塊為從設備的兩種驅動方式，SPI操作主要完成對寄存器的讀、寫操作，對CC2500芯片的寄存器進行配置，實現讀菜器與標簽的無線通信。

3.2.2 數據處理模塊

1)分頁顯示

假設一個較正規的餐廳，有幾個甚至十幾個廚師，每個廚師分別負責幾種菜品的制作。廚房上位機顯示所點菜品的信息，本系統設計界面按不同廚師分類，每個廚師對應自己的一欄點菜信息，這樣廚師可以清楚地看到自己的做菜順序。假設顧客所點菜品如圖7所示，經過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確地看出自己將要做的菜品，在節省時間的同時能夠有效地避免錯炒、漏炒等現象的發生。

2)顧客等待時間計算

根據平時炒菜經驗，可總結出廚師做每道菜的平均時間，得出一張菜品與時間的映射表。由于篇幅有限現只給出表的格式，如表1所示。

表1 菜品與時間的映射表

這樣可以模糊的計算出顧客需等待菜品的時間。計算方法的舉例說明如下。

現以魚頭泡餅為例計算顧客需等待的時間:魚頭泡餅為廖廚師第3個菜品，通過查表1可得這3道菜所用時間分別為7 min，6 min，6 min，簡單相加可得第3個菜品等待時間為19 min。

由于簡單相加，計算出的等待時間比實際時間長，計算結果不準確。在實際情況下，每個廚師負責不同類型的菜品，且不同類型的菜品之間可不受影響的同時制作，如“煮菜”的制作并不影響“炒菜”的制作，更不會影響“涼菜”的制作，只需適當的考慮同時做菜時中間的時間損耗即可，現有3種類型的菜品(炒菜、煮菜和涼菜)，為了簡化，假設每兩種不同菜品間的損耗為1 min，基于上述考慮，提出如下計算方法:

本例中的魚頭泡餅為燉菜，前兩個菜的類型分別為涼菜和炒菜，由于有3種類型菜品，所以損耗時間定為2 min，可得魚頭泡餅制作完成時間約為6 min+2 min=8 min，方法經過長時間實驗證明比較符合實際情況。

將計算出的等待時間發送給顧客，這樣顧客可以更加直觀地得知自己所要等待的時間，而不會因為一次意外過長的等待而抱怨。

3)防碰撞算法的設計

當不同的餐桌同時點菜并發送點菜信息給上位機，有可能發生點菜信息碰撞的情況，本系統采取點菜不成功則根據一定的間隔時間重發的簡單方法解決這個小概率事件。

在為每個餐桌設置餐桌編號的時候，為每個餐桌設置不同的優先級，例如，現有40個餐桌，編號為1～40，按編號為每個餐桌設置優先級，編號為1的餐桌優先級為1，依次類推，編號為40的餐桌優先級為40，數據重新發送的間隔時間=優先級×T，T＞數據發送時間，這樣就保證不會再次發生碰撞，由于數據的傳輸時間為毫秒級，所以這個優先級不會對顧客有任何影響。

正常情況下點菜器在發送餐桌號、菜品名稱、菜品數量等信息至上位機后，進入監聽模式(點菜器只有進入監聽模式才能接受到上位機發送的信息)，上位機接收到信息后發送點菜成功信息，當點菜機接收到“成功點菜”的信息，則點菜過程完成?，F假設1號餐桌和3號餐桌同時發送點菜信息，上位機接收到亂碼后得知發生碰撞，由于上位機并不知道具體哪些餐桌發生了碰撞，所以以廣播的形式發送碰撞信號，這時發生碰撞的兩個餐桌(1號和3號)接收到碰撞信息后，得知自己發送的點菜信息發生碰撞，將做如下處理:根據自己的餐桌優先級延時相應的時間再次發送點菜信息，假設1號餐桌延時5 ms，3號餐桌延時15 ms再重新發送信息，從而確保不會再次發生碰撞，這種方法同樣可以解決多個餐桌發送的碰撞問題。

3.3 上位機的軟件設計

上位機界面［7］如圖9所示，包括端口配置、開臺信息、點菜信息、點菜清單、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置;開臺信息界面顯示所有餐桌當前的狀態是否為空閑，為顧客提供直觀的空位查詢服務;點菜信息界面顯示當前將要制作的菜品的詳細信息，包括菜品所屬餐桌號、菜品名稱、菜品類型、菜品單價、點菜時間等。點擊已完成將菜品存入數據庫用以結賬和存檔;點菜清單界面顯示數據庫中當天所完成的菜品信息;員工信息界面實現員工信息的管理，包括添加、刪除和查找員工信息等功能;員工清單界面詳細列出員工的各項信息方便老板對員工的管理。

圖9 上位機菜單界面(截圖)

4 結束語

系統采用由多個點菜器、單個讀菜器、以及上位機組成的系統結構。點菜器ID號與餐桌編號對應，創新性的將RFID技術應用在了點菜系統中［8］;針對系統特點提出了防碰撞算法和顧客等待時間估算算法;上位機提供開臺信息查詢功能，菜品的顯示、存儲功能，員工信息管理功能;這種結構下，點菜器成本低，操作簡單，無需服務員顧客可自行點菜。復雜的算法和數據處理被屏蔽在讀菜器中，系統擴展性強，非常適合大中型餐飲業的使用。

［1］王景景.無線點菜系統的設計與實現［J］.海南大學學報:自然科學版，2009，27(1):65-72.

［2］涂亮，段紅光.基于433無線收發模塊的物聯網智能家居系統設計［J］. 電視技術，2012，36(6):44-46.

［3］程繼興.一種單片機控制的點菜系統［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計研究［J］. 電視技術，2012，36(7):42-45.

［5］張毅，王海濤.基于S3C2410A的WinCE 5.0下觸摸屏驅動的實現［J］.重慶郵電大學學報:自然科學版，2008，20(6):742-745.

［6］錢麗.基于ARM的嵌入式無線點菜［D］.武漢:武漢科技大學計算及應用技術，2005.

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

［8］鄔賀銓.物聯網的應用與挑戰綜述［J］.重慶郵電大學學報:自然科學版，2010，22(5):526-531.