一款可增加食客黏合度的中學食堂免手機點餐取餐統餐系統

劉云熔 陳乙銘 吳寧欣

摘 要：傳統的中學食堂出現排隊點餐費事，飯菜供需不平衡等問題。目前中學校園普遍禁止學生攜帶使用智能手機，外界的點餐系統不適用于中學校園，研發一款刷臉點餐取餐、增加食客黏合度的統餐系統非常有意義。該系統具有人臉識別功能、數據統計分析、預定點餐取餐、結賬等功能，提高效率，避免浪費。

關鍵詞：人臉識別；點餐取餐系統；食客黏合度

1 研究背景

現在中學通常都不允許學生攜帶和使用智能手機，因此大部分中學食堂都無法引進市面的點餐取餐系統，而食堂傳統的排隊點餐方式又嚴重影響學生課后學習時間，有些中學食堂的飯菜還容易出現供需不平衡。根據問卷調查分析，47.1%的學生不愿意去學校食堂用餐主要原因是因為菜品不符合口味，或者去遲了熱門菜系早已賣完，剩下的許多菜都不喜歡；64.4%的學生是因為食堂人多，排隊點餐和取餐耗費大量時間。通過走訪調查研究表明，食堂方表示食客的流失、食材浪費確實是當下他們正在解決的問題。基于此，筆者研發一款刷臉點餐取餐、增加食客黏合度的統餐系統。

2 項目創新點

2.1 提早訂餐工作，按需備餐，減少食材浪費

商家能通過該系統提早上架第二日的菜品，學生通過系統完成菜品、菜量的預定，食堂可以根據需求備餐，減少食材浪費。

2.2 自動統計點菜費用，免手機刷臉支付

系統自動統計每位學生所點菜品的費用，刷臉完成支付，并將訂單數據并入后臺數據庫，避免智能手機的操作。

2.3 掃描儲餐柜表面的二維碼及餐盒表面的二維碼，匹配記錄備餐完畢的餐盒存儲位置，學生只需刷臉自動開門取餐

食堂每完成一份訂單就將自動生成的該生個人信息與點餐情況的二維碼貼于餐盒上，工作人員在將餐盒放入儲餐柜時進行餐盒表面的二維碼與儲餐柜門表面的二維碼，匹配掃描后記錄該餐盒的存儲位置，學生取餐時刷臉即可自動打開相應柜門。

2.4 定時對食客訂單進行數據分析，增強食堂用戶的黏度

定時對食客的訂單進行數據分析，分析每個菜品的點菜數量和食客的口味愛好，并給出下一日菜單調整的方案及開發新菜品的方向，提高食堂的用戶黏度。

3 研究過程

3.1 項目整體硬件連接

本項目采用樹莓派為主控，通過鏈接若個組繼電器來控制取餐柜鎖的開啟。

3.2 相關硬件設計介紹

（1）樹莓派：它是一款卡片式電腦，具備所有PC的基本功能。本項目以樹莓派為主控，通過鏈接若個繼電器來控制取餐柜鎖的開啟，并且連接有線掃描槍，通過掃描學生校園卡信息獲得開柜密碼。

（2）繼電器：在電路中能夠起著調節、保護、轉換電路等作用。

本項目繼電器與樹莓派和取餐柜進行鏈接，通過繼電器控制每個取餐柜，可使取餐柜達到通電即開。并且可以單獨檢驗柜子是否異常。

（3）電磁鎖：電磁鎖是運用電生磁的原理，當電流通過硅鋼片時，電磁鎖會產生強大的吸力緊緊的吸住鐵板從而起到鎖門的效果。本項目利用電磁鎖對取餐柜進行鎖柜。

（4）攝像頭：攝像頭在該項目中用于采集學生人臉信息，采集到的學生人臉信息將上傳到云數據庫進行保存。

（5）紅外掃描槍：掃描槍作為光學、電子、機械、軟件應用等技術相互結合的高科技產品，是繼鍵盤以及鼠標之后主要的電腦輸入設備。掃描槍可將圖片、照片、以及各類圖紙圖形或文稿資料都可以用掃描槍輸入到電腦中，從而實現對這些圖像信息的存儲、處理、管理、使用或輸出。項目采用紅外掃描槍用于掃描分餐完畢的學生餐盒表面的二維碼及餐盒存放的儲餐柜柜門上的二維碼完成匹配工作，存入數據庫，使得學生取餐時只需刷臉就可以打開正確的柜門。

（6）儲餐柜：儲餐柜面對學生一面帶有柜門帶有電磁鎖，面對食堂工作人員為空格，柜門內側——面對食堂工作人員的一面貼有二維碼食堂工作人員從自己這面能夠很好地觀察儲餐柜哪個格子的餐被取走，能繼續往相應空格存放餐盒。

3.3 軟件設計流程

（1）總體工作流程。以學生正式用餐的那一天為D日：

D-1日的白天，食堂管理員就通過系統推薦編寫并上傳好D日全天的菜譜；

D-1日晚上，學生就可以通過學校教室的多媒體，及校園內的公用電腦等進行D日的菜譜瀏覽，并進行點餐操作，然后刷臉完成訂單確認和支付。

①D日早上，食堂方就可以根據系統統計的前一晚的訂餐匯總結果進行相關菜的購買和制作；

②食材制作完畢后根據系統提供的訂單進行分餐，每完成一份訂單的分餐就會自動打印一張二維碼用于貼在餐盒的表面；

③分餐完畢，食堂管理員將餐盒一個個碼放到取餐柜，每放入一個餐盒就用紅外掃描槍掃描一下餐盒表面的二維碼及儲餐柜柜門上的二維碼，系統就將記錄餐盒所存儲的位置；

④學生下課后到達取餐柜通過刷臉的方式系統自動查詢該生的餐盒位置，將相應的儲餐柜門打開。

（2）備餐工作流程。食堂管理員在凌晨或早晨查看后臺程序的菜單總數，并進行統計。食堂工作人員按照這些數據統計，到市場進行食材的購買，備餐，并按順序進行配餐。

（3）上架流程。食堂將裝好的飯盒放到柜子里每放入一個餐盒就要掃描餐盒表面的二維碼及柜門上的二維碼完成匹配，系統記錄下餐盒的所放位置。

（4）取餐流程圖。學生只需要站在取餐柜的刷臉系統前，系統自動識別學生，將其相應餐盒存儲的柜門打開，取走飯盒。

3.4 軟件技術點解析

（1）軟件一共分為三個端口：

學生端——用于點菜；

食堂管理端——用于上架、修改菜單，統計采購的原料，分析食客點餐數據，打印訂單二維碼；

儲餐柜端——用于人臉識別自動打開柜門取餐。

（2）系統編譯環境及軟件。系統使用Python進行編譯，Python是腳本語言，由解釋器解釋執行，但是因為演示及之后部署所用的機器，要一個個配置環境較為繁瑣，因此采用pyinstaller打包成可執行文件exe在終端使用。

另外制作該系統還使用到的軟件有：

①notepad++用于文本編輯；

②python3.6提供一個解釋器即運行環境

③pyqt用于制作界面框架；

④pyserial——python的一個第三方庫，用于操作串口，通過一個串口設備來控制儲餐柜門解鎖和檢驗柜門是否關上。pyinstaller用于打包exe可執行文件。

（3）人臉識別技術。人臉識別技術依附于公開免費的百度API。預先使用攝像頭收集學生的人臉信息，并上傳到相應的云數據庫進行保存。每一次人臉識別都首先通過電腦攝像頭拍照，然后進行base64編碼，用POST方法給對應的免費API發HTTP請求，然后解析返回的json即完成識別工作。

（4）二維碼掃描匹配技術。掃碼器其實就相當于一個鍵盤，將掃描到的二維碼實識別出來，通過USB給電腦發送按鍵指令，以回車鍵結束。本系統將掃描槍掃描到的儲餐柜門及餐盒表面的兩組二維碼數據同時記錄到數據庫中相應點餐學生的記錄條中完成匹配工作。學生取餐時，通過人臉識別程序查詢到該生相應的數據，完成打開柜門的工作。

（5）數據清空。當學生取走相應儲餐柜內的餐盒后，系統會自動清除服務器上的關聯信息，空出的儲餐柜又能再次存放新的餐盒。

4 總結

一款可增加食客黏合度的中學食堂免手機點餐取餐統餐系統能夠實現：

（1）商家通過系統上架第二日的菜品，學生通過系統完成菜品、菜量的預定，食堂可以根據需求備餐，減少食材浪費；

（2）系統自動統計每位學生所點菜品的費用，刷臉完成支付并將訂單數據并入后臺數據庫，避免智能手機的操作；

（3）食堂每完成一份訂單就將自動生成的該生個人信息與點餐情況的二維碼貼于餐盒上，工作人員在將餐盒放入儲餐柜時進行二維碼掃描記錄該餐盒的存儲位置，學生取餐時刷臉即可自動打開相應柜門；

（4）定時對食客的訂單進行數據分析，分析每個菜品的點菜數量和食客的口味愛好，并給出下一日菜單調整的方案及開發新菜品的方向，提高食堂的用戶黏度。

目前本項目已通過教育部科技查新工作站的查新，提交了國家知識產權局發明專利，通過泉州市一鳴交通電器有限公司的安全技術檢測，并與該公司簽訂了開發協議。

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