無線智能點餐系統設計

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

關鍵詞：LPC2378芯片；無線點餐；觸摸屏；系統設計

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

傳統服務方式在現代餐廳中存在不少弊端，例如在顧客就餐的高峰時段，如果服務員人手不足，點餐不及時，就會導致顧客流失，給餐廳造成經濟損失；如果服務人員過多，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。在對智能點餐系統的研究中，林倩等［1］設計了一款主從結構的自動點餐系統，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數據的互通，最終完成自主點餐和結算；謝杭等［2］采用互聯網的無線通信技術設計一種基于Android系統的無線點餐系統，該系統可以有序且無差錯地進行餐廳前臺和廚房之間的數據交互，提供系統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，此設計由桌面點餐、手機App點餐、Wi-Fi模塊、PC服務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）芯片經過Wi-Fi模塊將數據同時發送給PC 端服務器和廚師后臺，廚師收到數據并確認信息后將數據返回App終端用戶；李志偉［4］基于客戶機 / 服務器（Client/ Server，C/S）架構和模型—視圖—控制器（Model View Controller，MVC）的設計思路，使用 Eclipse 軟件開發了一款無線點餐系統。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難度與成本，而基于互聯網技術的點餐方式又在很大程度上依賴于現場手機網絡信號的強弱，這可能會給點餐用戶帶來使用上的不便。基于此，本文設計一種基于nRF24L01無線模塊、OCM32024T觸摸屏和ARM芯片控制技術的無線智能點餐系統，由于基于nRF24L01無線模塊的無線通信技術不涉及復雜的通信協議，開發代碼幾乎對用戶完全開放，并且同種產品之間可以自由通信，因此能進一步降低開發難度與成本，具有實用性強、操作簡單、可靠性與安全性高的特點。此外，該系統能幫助餐廳準確地掌握顧客消費需求，進而為餐廳調整經營策略、提高盈利能力提供重要的數據支持。

1 系統總體設計

智能點餐系統總體結構如圖1所示。該系統由客戶端和服務臺兩個部分組成?？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张_利用nRF24L01無線模塊實現信息共享，主供電源為5 V。

在點餐系統中，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，以上信息經主控模塊處理，按照通信協議封裝成一幀數據，通過nRF24L01無線模塊發送至服務臺，實現點餐信息的無線傳輸［5］。服務臺的主控模塊解析nRF24L01無線模塊輸入的數據，即可獲得顧客的點餐信息。

2 硬件設計

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電容搭建復位電路，為主控芯片提供程序啟動所需要的復位信號。

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，該腳出現低電平代表顧客輸入了“桌號值-1”命令。

2.3 觸摸屏驅動電路

觸摸屏驅動電路圖如圖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。

本設計使用的觸摸屏主要實現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。二是顯示系統的操作界面，主控芯片通過串口發送顯示信息所在位置的x軸和y軸坐標、數據模式及信息內容，即可將需要顯示信息的內容傳給顯示屏。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）數據時，串口傳送的模式值為0×12。

2.4 無線模塊驅動電路

無線模塊驅動電路圖如圖3所示，該電路負責中轉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。主控芯片采用內部SPI（串行外設接口）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，當模塊接收數據時，IRQ腳輸出低電平給主控芯片，通知主控芯片及時對數據進行處理；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送數據；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據；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，通信結束后，該腳輸出5 V信號；P2.9腳接模塊的CE（串行通信收發模式選擇）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，經穩壓、濾波后得到5 V、3.3 V的電壓。

3 軟件設計

3.1 主程序設計

客戶端主程序對主控芯片的相關引腳進行初始化配置，配置完成后，首先調用選餐控制程序確定顧客輸入的選單信息，其次調用按鍵程序確定顧客輸入的桌號值信息，最后調用通信程序將顧客輸入的選單信息和桌號值信息傳到給服務端。

服務端主程序對主控芯片的外連引腳進行初始配置，配置完成后，判斷無線模塊是否收到數據，若收到無線數據，則調用通信程序對客戶端輸入的信息進行處理。處理完成后調用菜單顯示子程序，向服務員展現顧客的點餐信息。客戶端和服務端主程序執行流程圖見圖4。

3.2 按鍵程序

執行按鍵程序時，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置為15；若判定桌號值小于1，則將顧客輸入的桌號值設置為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行步驟如下。

（1）根據按鍵程序的輸出結果，確定并顯示顧客的桌號值信息。

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

（3）當餐單預覽標志置位，顯示本頁餐單后，按順序執行以下操作：①根據觸摸屏返回的數據，確定顧客選中的餐品信息，當檢測到加選事件觸發，則將選中的餐品加入餐單；②根據觸摸屏返回的數據，確定顧客選中的餐品信息，當檢測到退選事件觸發，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數據，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數據，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數據，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數據，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，按順序執行以下操作：①判斷觸摸屏是否返回呼叫上餐觸發數據，若返回，則將呼叫上餐標志置位，觸摸屏上顯示的服務狀態為“等待上餐”；②當服務員上餐完畢后，觸摸屏上顯示的服務狀態為“上餐完畢”；③判斷觸摸屏是否返回上餐完畢觸發數據，若返回，則將等待結賬標志置位，觸摸屏上顯示的服務狀態為“等待結賬”；④判斷觸摸屏是否返回呼叫結賬觸發數據且結賬完成，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賬提醒等操作。餐單顯示程序執行時，當服務員觸碰待上餐桌號的位置，代表有餐單顯示事件觸發，若該事件觸發，則程序將按順序執行以下操作：①根據觸摸屏返回的位置數據，確定服務員需要瀏覽的桌號；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據為置位呼叫上餐標志位，觸摸屏上的服務狀態顯示為“等待上餐”；④當無線模塊接收到客戶端輸入的數據為置位等待結賬標志位，觸摸屏上的服務狀態顯示為“等待結賬”；⑤判斷觸摸屏是否返回結賬觸發數據，若返回，代表顧客已結賬，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據，若返回，則將初始顯示標志置位；若無餐單顯示事件觸發，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的信息。

3.5 通信程序

執行服務端數據通信程序時，若收到客戶端輸入的數據，則首先根據通信協議解析客戶端上報的數據，數據內容包括點餐桌號、菜單、消費總價和服務狀態，這些數據可為餐單信息的顯示提供數據支持；其次判斷是否到數據發送的時間，根據客戶端接收到的服務狀態和觸摸屏回復的操作數據，將本機的回復數據發送至客戶端。

執行客戶端通信程時，若收到服務端輸入的數據，則根據通信協議解析服務臺發送的回復數據，該數據可為本機服務狀態的顯示提供數據支持。當顧客觸碰觸摸屏的確定選餐按鈕，本機向服務端發送數據，數據的內容包括顧客選定的菜單、消費總價和當前時刻的服務狀態等。

客戶端數據幀中包含菜名、數量、桌號、本單總價、服務狀態等信息，其中桌號取值范圍為1～15，服務狀態取值為1或2（值為1時，表示本機向服務臺發送置位上餐標志位；值為2時，表示本機向服務臺發送置位結賬標志位）。

服務臺數據幀由幀開始標志、桌號、應答碼、幀結束標志組成，其中幀開始標志位設置為0xAA，幀結束標志位設置為0x55，桌號值的取值范圍為1～15，應答碼用X代表，即當收到本桌的服務碼為1且觸摸屏已收到服務員上菜完成的命令，本機回復應答碼為1，該值代表向選餐端發送上餐完畢標志位；當收到本桌的服務碼為2且顧客已結賬，本機回復應答碼為2，該值代表向選餐端發送結賬完畢標志位。

4 系統測試

系統通電后，客戶端和服務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，同時服務狀態變為“等餐中”。此時，服務臺上會自動顯示顧客的選餐信息。服務員上餐后，觸碰“等餐”項，觸摸屏上的服務狀態由“等餐中”變為“上餐完畢”。上餐完畢后，服務狀態變為“等待結賬”，顧客觸碰觸摸屏的“等待結賬”項，觸摸屏的服務狀態變為“結賬”。此時，服務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束。經過實物應用、調試，本設計能實現預期點餐、餐單信息顯示和消費自動統計等功能。

5 結語

本智能點餐系統采用LPC2378處理芯片和nRF24L01無線模塊相結合的方式實現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質量，使餐廳具備更強的盈利能力。隨著物聯網技術的普及，還可將物聯網云技術融入點餐系統中，讓服務員和顧客借助騰訊云或阿里云等云平臺實現點餐信息的實時共享，從而進一步提升餐廳的整體服務效率。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的交互能力，為顧客提供更好的消費體驗。

6 參考文獻

［1］林倩，胡單輝，陳思維.基于藍牙技術的自動點餐系統的設計與實現［J］.天津理工大學學報，2020，36（4）：45-49.

［2］謝杭，沈濱偉，肖凱，等.基于Android的無線點餐系統的研究與設計［J］.電腦知識與技術，2019，15（6）：63-65.

［3］涂敦蘭，王莎.基于Wi-Fi的智能點餐系統［J］.電信快報，2020（10）：41-43.

［4］李志偉.基于 Eclipse+SDK開發平臺的無線點餐系統設計［J］.信息與電腦，2023（12）：125-128.

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