基于Cortex-A9的智能餐飲管理系統設計與實現

唐明星，葉捷杰，朱洪恩

（惠州學院,惠州 516007）

0 引言

如今，餐飲行業競爭已不僅是環境、衛生、規模、以及菜品味道的競爭，而是服務質量的比拼，高品質的用餐服務與良好的顧客體驗能極大地提升餐飲店的品牌形象，使自身更好地適應殘酷的行業競爭。傳統的智慧餐廳僅停留在移動訂餐，平板點菜上，并不能真正解決人力成本高、管理效率低、就餐體驗差等問題。這也是傳統智慧餐廳發展不起來的重要原因。

一個新型的智能餐飲管理系統，在嵌入式硬件中:用Cortex-A9處理器、ZigBee無線通訊設備、各類傳感器和監控設備，對環境條件參數和室內影像進行讀取，實現對空調、燈光、音響等設備的控制和攝像設備的影像數據的處理。在服務器方面服務器主要基于Linux操作系統，通訊協議運輸層采用TCP/IP協議來提供可靠的、面向連接的服務，保障了通訊的實時性和有效性。在軟件應用以采用占用資源較小MySQL數據庫，動態網頁的采用的是AJAX，實現自助點菜、呼叫服務員和廚師需炒菜信息，在各個應用端及時更新和處理信息。

該系統的功能實現主要體現在顧客和餐廳服務與管理兩個方面。顧客方面：自主點餐、后廚互動、查看烹飪過程、結賬、餐桌預定以及信息反饋等功能。餐廳服務與管理方面：及時為顧客提供服務、廚師根據點菜單同時炒同一個菜節約了時間和能源、管理信息并統計分析和易燃氣體的濃度檢測與提醒等功能。將餐廳客戶需求和自身需求結合起來的新型智能餐飲管理系統以解決傳統智慧餐廳的弊端。整套設備體積小、功能強、靈活方便，相對于當前市場上的智能餐飲管理系統有絕對優勢。

1 系統整體設計

智能餐飲管理系統以物聯網技術的三層架構進行設計，分為感知層、網絡/通信層和應用層。顧客端（平板顧客端和顧客手機端）、后廚操作面板、服務員的手持端以及管理員端四個部分組成。如圖1所示。

在感知層中，各傳感器節點的室內環境參數通過ZigBee組成的星形的網絡，傳送到Cortex-A9開發板上進行數據的處理。網絡/通信層中，ZigBee傳送的數據通過網關進行轉為TCP/IP協議與服務器進行連接，通過搭建Web服務器及CGI接口，實現手機端和平板端的自助點菜和與工作人員進行交流。在應用層中，各應用端可以查看室內環境條件的參數，調節室內的環境，各端口可實時進行信息通訊了解彼此間的信息情況。

圖1 系統整體結構

2 系統硬件設計

智能餐飲管理系統的硬件主要由單片機系統組成。

以ZigBee和嵌入式網關組成的控制器為中心，通過ZigBee網絡實現環境參數無線采集和室內外設的無線控制，ZigBee協調器與網關通過串口進行數據傳輸。本系統硬件設計主要體現在包間硬件模塊和廚房硬件模塊，下面對一些功能進行分析：

（1）燈光強度控制：用光敏傳感器￠5系列型號LXD/GB5-A1E檢測包廂和廚房的光照強度，它是一種低成本的環境光強度的變化與輸出的電流成正比光敏傳感器。其自身穩定性好，一致性強，實用性高，可直接替代傳統硫化鎘（CdS）光敏電阻。將把檢測到的光照參數傳送給控制器，根據它的光照強度判斷開關燈的數量，對室內的光強進行調節。也可通過應用端進行無線控制。

（2）溫度和濕度的智能調控：溫濕傳感器采用DHT11數字溫濕度傳感器，是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度符合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕傳感技術，校準系數以程序的形式存儲在OTP內存中，確保產品具有極高的可靠性和長期的穩定性。信號傳輸距離可達20米以上，滿足了在包廂和廚房的應用范圍。并檢測溫濕傳感器傳回來的室內溫度和濕度的參數，若溫度高于或低于所設定范圍，控制器自動打開空調的制冷功能。若濕度高于或低于所設定范圍，控制器自動控制外設進行保濕和抽濕。

（3）安全報警：廚房的MQ-2氣體傳感器，用于檢測液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣，它的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。ZigBee協調器實時接收廣譜氣體傳感器檢測到的燃氣濃度參數，經過分析處理后；若有危險發生，觸發聲光警報器，將危險信號通過網關發送到服務器。

（4）視頻監控：獲取廚房的攝像頭的數據，用開發板ARM9內核是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到640×480，傳輸速率可以達到30幀。將獲取的數據傳輸給Cortex-A9開發板中的DM3730處理器進行視頻畫面的編解碼處理后，將處理后的實時視頻數據通過網關上傳到服務器，各終端等待下載。

（5）在整個硬件系統設計中，所有ZigBee設備采用CC2530芯片，低復雜度、低成本、低功耗、低速率的無線連接技術，使得數據傳輸速率更快，傳輸穩定性更高。其中網關使用四核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技術兼容，因此能夠很好延用包括操作系統/實時操作系統（OS/RTOS）、中間件及應用在內的豐富生態系統，從而減少采用全新處理器所需的成本。通過首次利用關鍵微體系架構方面的改進，Cortex-A9處理器提供了具有高擴展性和高功耗效率的解決方案。控制傳感器的系統框架圖如圖2。

圖2 控制傳感器的系統框架圖

3 系統軟件設計

系統軟件主要分為運行于Cortex-A9上的服務器模塊軟件和運行于Android系統上的移動應用軟件。

3.1 服務器模塊軟件

（1）智能餐飲管理系統設計時采用的服務器主要基于Linux操作系統，由Linux C編寫，通過調用Socket API來實現網絡通信，主要采用TCP/IP通信協議，運輸層采用TCP協議來提供可靠的、面向連接的服務。服務器首先初始化一個Socket套接字，用于監聽客戶的連接，當服務器監聽到客戶連接時，派生一個子進程，主進程繼續監聽是否有連接。子進程通過調用accept方法接收用戶的連接，調用read方法來讀取用戶的請求，分析請求后，通過write方法將響應發送到客戶端。同時，為了實現進程間的通信以及防止多個進程競爭同一資源，本服務器建立了一個共享內存區，并且在共享內存區上映射了共享數據、互斥鎖以及Posix信號量，確保多個進程間可以共享數據，以及同步進程間的數據共享。其實現流程如圖3。

圖3 服務器整體思路

（2）服務器與移動終端之間的通信采用的是Wi-Fi通信協議以及TCP/IP通信協議（Socket）。移動終端通過請求URL鏈接的方式來傳遞用戶的操作信息給服務器相應的Socket中，并進一步的分析和處理，最后轉發。而服務器的返回信息是通過頁面內容呈現的，然后移動終端解析指定頁面的內容，獲取服務器返回的操作信息。

（3）數據庫采用的是MySQL，它具有短而精細、快速、占用較少的系統資源的特點；多線程、多用戶、高穩定性，MySQL具有快速和穩定的基于線程的內存分配系統，足以應對大型數據庫；跨平臺，MySQL可以在Linux，Windows和OS等操作系統平臺上運行。在操作系統中實現的應用程序可以輕松地移植到其他操作系統。

3.2 移動應用軟件

移動應用軟件由顧客端（平板顧客端和顧客手機端）、后廚操作面板、服務員的手持端以及管理員端四個部分組成。開發前端的框架技術是Bootstrap是一種靈活性高，易配置的前端框架（開發工具包）和交互式組件，與目前絕大多數的jQuery插件兼容。管理后臺模板用的是Bootstrap Ace，它擁有輕量、功能豐富、響應式等特點，更是支持在多種移動終端上瀏覽，它是基于CSS框架Bootstrap制作的，因為其基于Bootstrap，Bootstrap Ace組合了許多插件和組件，從另一個角度說，作為模版，它基本上可以滿足絕大多數的后臺管理系統的需要。為了讓頁面實時更新采用AJAX創建動態網頁，通過在后臺與服務器進行少量數據交換，AJAX可以使網頁實現異步更新。這意味著可以在不重新加載整個網頁的情況下，對網頁的某部分進行更新。在數據交換中用的是JSON格式，是一種輕量級的數據交換格式，能在嵌入式有限的設備資源得到充分的應用。五個終端的體系結構如圖4。

圖4 五個終端的體系結構

圖5 餐廳管理員端軟件設計

（1）餐廳管理員端使用BMOB云平臺存儲數據，通過云平臺提供的SDK進行數據通訊，具有數據流動性，實時性，完整性方面的優勢。SDK封裝了Socket通信協議，實現包括獲取熱門菜式、獲取個人信息、員工信息管理、會員管理等功能。數據按照mbomSDK要求構造對象，經由封裝的方法發送給云平臺，接收數據則由mbobSDK處理為對象形式。應用程序中包含餐廳監控信息界面、菜單信息界面、預訂信息管理界面、賬單管理界面、室內環境控制界面和顧客評價界面。餐廳管理員端軟件設計如圖5。

（2）顧客端（Android端和平板端），Android端通過掃平板端的二維碼，使用Socket向服務器發送請求，并接受響應功能完成該App與服務器的信息傳輸，完成個人信息、登錄信息、注冊賬號、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實現底部標簽導航，第一個Fragment有滾動的廣告圖片和六個按鈕分別是點菜、活動、預約、餐廳信息、反饋和呼叫服務。

（3）后廚平板端通過獲取服務器的IP地址以及端口號，實現與服務器的連接。在App主界面布局方面用兩個自定義的ListView，再加上左右滑動刪除的功能，實現右邊標題欄的菜單按鈕的設計，檢測統計是否有相同的菜，一次性做完，達到節約時間成本的效果。當把菜做完了之后，按完成按鈕將完成信息發送到各端口。

（4）服務員端主要通過接受服務器發來的信息，接收各端口的呼叫信息。在服務員端主界面中，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。服務器會接收來自廚師端或者餐桌平板的呼叫信息，然后通過最短路徑算法找到距離最近的服務員。服務員端內部開啟一條線程來無限循環地監聽服務器通過Socket發送過來的信息，當判斷有顧客呼叫，就進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。服務員提供完服務后，可點擊每一條記錄的刪除按鈕即可刪除該項呼叫。

4 運行結果

（1）手機App通過注冊登陸后，將點好的菜通過掃碼同步到餐桌平板上，并可以在餐桌平板點餐或進行其他操作，如圖5。

圖5 菜單同步運行圖

（2）用戶將菜單上傳后，后廚平板便顯示顧客的菜單。更新菜肴的完成進度，當菜肴完成后，服務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）餐桌管理端實現了餐廳、顧客信息、菜式、會員、訂單、評價、發布招聘信息、員工管理系列功能，展示如圖7。

5 結語

智能餐飲管理系統是一個基于無線局域網的系統，主要由顧客端（平板顧客端和顧客手機端）、后廚操作面板、服務員的手持端以及管理員端四個部分組成。針對傳統餐廳存在的服務人員數量不足，現在的人力成本逐年上升，服務品質亟待提升；顧客點菜耗時過長、點菜信息傳遞慢而服務員處理上菜信息時極易出錯；管理滯后，經營成本偏高等問題，智能餐飲管理系統能很好地避免以上問題，不僅可以提升餐廳的點餐速度，讓餐廳翻臺率也跟著提升，可直接提升餐廳的收益。

[1]張新超.基于無線局域網的點菜系統終端.電子科技大學，2010.

[2]凡海飛.基于Android平臺的無線點菜系統的設計與實現.華中科技大學，2011.

[3]袁安富等.基于ARM和DM9000網絡接口設計及驅動實現[J].計算機工程與科學，2011.

[4]Lean Jeremy Bentham.嵌入式系統Web服務器TCP/IP，2003.

[5]李剛.瘋狂Android講義.電子工業出版社，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C語言教程.電子工業出版社，2009-1.