引言

近年来，随着嵌入式技术的迅速发展和开发成本的降低，基于掌上电脑的无线点菜系统正在逐渐替代原有的人工点菜方式[2]。以嵌入式系统为核心的无线点菜系统以快捷、高效、稳定等优点已迅速在中高端餐饮企业使用。

目前，已有的手持式点菜机多为服务员操作，其无线通信采用多信道跳频通信技术。随着人力成本的提高及客户体验度要求不断提升，人们希望在更为宽松与私密的空间中就餐，无人餐厅系统应运而生。本设计选择CortexA8平台结合ZigBee组网技术实现自助点菜系统，除具有一般点菜机的基本功能（如自动送餐、清洁、结算等）外，还可通过WiFi模块及云平台实现手机、网页及微信订餐业务。

无人餐厅系统实现了顾客与餐厅的互动，为顾客提供了各种菜品和服务信息；同时，餐厅通过后台数据库可以便捷地收集顾客的意见和建议，从而不断改善服务质量，为最终实现顾客和餐厅的双赢创造条件。利用ZigBee的网络拓扑，还可以实现对餐厅家电的控制，实现餐厅无线物联化。

1 系统构成

根据系统需求分析，本系统包括：自助点菜终端、PC主机端、网关端、厨房端、载物车、清洁车以及ZigBee无线通信系统。其中自助点菜终端、网关端和厨房端由CortexA8 DM3730与ZigBee模块构成，ZigBee无线通信是由CC2530组成的星形网络，作为核心模块的PC主机端利用ZigBee协调器实现与各节点模块的通信。通过QT应用程序编写人机交互界面，SQLite 作为嵌入式数据库，实现对无线传感网络的控制、管理、存储及查询。智能无人餐厅系统框图如图1所示。

图1 智能无人餐厅系统框图

各模块简要功能如下：

① PC主机端：实时显示餐厅信息，如菜单管理、预定管理、账单管理、用户管理、系统设置、打印账单和查询点菜信息。

② 手持点菜终端：点菜系统分为无预定点菜和预定点菜，可以查看菜品介绍、发送点菜信息、发送送餐及清洁指令。

③ 厨房端：厨房端能显示总台传来的菜品信息，将完成的菜品信息反馈给PC主机端。

④ 网关端：通过搭建Web服务器及CGI接口，可实现手机和网页订餐。

⑤ 送餐车：基于餐厅坐标，通过Dijkstra算法计算出餐桌间的最短路径[3]，沿最短路径送餐，提高送餐效率。

⑥ 清洁车：智能两轮洗地机运用两轮和舵机臂的配合可以进行360°全方位的清洗，可以通过ZigBee发送指令或者使用手动模式进行清理。

⑦ 微信订餐：通过云计算平台、网络服务器及微信公众号可实现微信订餐。

2 硬件平台

本系统嵌入式平台硬件部分的核心采用TI公司CortexA8处理器DM3730，该芯片时钟主频可达到1 GHz，包含丰富的功能外设。选择UART3与CC2530连接，通过MAX3386进行电平转换，采用CP2102芯片完成UART转USB，由TFT 7寸触屏实现人机交互。采用DM9000AE网卡芯片实现网络通信，通过RJ45端口与外部网络接口相连。512 MB的MDDR以及512 MB的NAND Flash共同构成外部存储器。

无线通信传感网络各节点采用TI公司的CC2530，该芯片符合2.4 GHz IEEE 802.15.4协议，内部集成高性能RF收发器与8051微处理器。可配备TI专有网络协议栈ZStack，加快开发速度。打印机采用DPHT201便携式热敏打印机，提供USB接口，安装相应的驱动程序即可通过串口输出打印信息。清洁及送餐车模块略——编者注。

3 软件平台

3.1 ZigBee数据通信协议

在ZigBee网络中使用TI公司的ZStackCC25302.3.11.4.0协议，该协议符合ZigBee2007规范，支持多种平台。PC主机端与协调器之间的通信协议格式如下：

协议帧由64 位组成，协议帧帧头标记为“&&”，帧尾标记“$$”，表示一帧的结束。不足64 位，以“$”符号补齐。

协议帧共包括5个数据域，其中消息源及消息目的中的d、p、c、w、x、f分别表示点菜终端、PC主机端、厨房、网关端、小车和温控系统；源ID是用来标记点菜终端的ID号，范围为000～999；命令以“@”标记，根据消息源和消息目的不同，表示不同的含义，例如某数据来自点菜端，接收者为PC主机端，则命令“@1”表示点菜、“@2”表示加菜、“@3”表示结账、“@4”表示送餐；不同的命令将附加不同的命令参数，该数据域以“#”开始，以“#”结束。

如某数据帧为：&&d001p@1#1012#1034#$$…$$$$d001。表示该数据来自点菜终端1号桌；数据接收者为PC主机端；@1表示点菜；#1012表示点菜信息，其中“101”为菜品编号，“2”表示份数；不足64位的部分用“$”补齐。协调器主要完成3个部分的工作：初始化组成星形拓扑；接收PC主机端串口的控制命令,判断并封装成协议包发送给各节点模块；接收来自各节点模块的数据并解析，发送给PC主机端。

3.2 PC主机端软件架构

PC上安装集成开发环境Qt Creator，配置交叉编译工具win32g++及环境变量。在开发环境下编写人机交互界面，PC主机端QT应用程序流程框图如图2所示，包括餐厅实时信息界面、菜单管理界面、系统设置界面、账单管理界面、预订信息界面、温度控制界面、送餐车控制界面。搭建SQLite数据库，数据库包含6张数据表：

① 菜单信息数据表：保存菜品的ID、价格、描述、图片等信息。

② 预订信息数据表：通过MySQL定时读取网络数据库中的手机、网页、微信订餐等信息，并将预订信息更新到本地数据库。

③ 餐厅座位信息数据表：保存开台及订桌信息，通过主界面实时显示。

④ 实时账单数据表：保存当日账单，提供查询、修改、打印等功能。

⑤ 总账单数据表：保存总账单，提供查询、修改、打印等功能。

⑥ 特色菜数据表：根据菜品的销售情况排序，为微信客户提供特色菜目录。

图2 PC主机端QT应用程序流程框图

PC主机端通过串口实时接收来自ZigBee协调器上各节点模块的信息并更新数据库，然后将处理后的数据通过协调器发送给各节点模块。图3为送餐车Dijkstra算法实现界面。基于餐厅坐标，通过Dijkstra算法计算出餐桌间的最短路径，实时接收来自于送餐车的位置信息，当小车处于空闲或者到达某一目的地时，根据最短路径指定下一目的地。目前只考虑环形结构，即所有的节点分布在环形的循线上，可根据最短路径决定向前或向后循迹。

图3 送餐车Dijkstra算法实现界面

3.3 点菜终端与厨房端

点菜终端与厨房端模块软件架构基于嵌入式Linux系统。嵌入式环境的构建包含交叉编译环境的建立，UBoot1.1.6的移植、嵌入式Linux3.0.1内核的配置和移植，基于Busybox及Qt4.7.1的YAFFS2根文件系统的构建。对于内核的移植主要包括添加串口驱动、触摸屏及LCD驱动,以及网卡芯片、WiFi模块驱动等。

点菜终端界面可选择预定点餐和无预定点餐，进入点菜界面可以点餐、发送菜单信息、查看消费信息等功能。厨房端根据主机发送过来的菜单信息完成相应菜品准备，当完成相应菜单将信息返回给主机，继续下一餐单的准备。以下程序段为发送菜单的槽函数：

void ordersend::on_pushButton_4_clicked(){ //菜单发送槽函数

QSettings *sysset = new QSettings("/usr/qte/config/myorder.ini"， QSettings::IniFormat)；//读取ini配置文件

QString set；

QString senddata；

QString temp；

set=sysset->value("ORDER/tbnum").toString()；//读取点菜终端的桌号

senddata.append("&&d")；

senddata.append(set)；

senddata.append("@1")；

QSqlQuery query；

query.exec("select *from wei_send")；//查询数据库

while(query.next()){//下一条数据

senddata.append("#")；

senddata.append(query.value(0).toString())；

//发送菜品编号

senddata.append(query.value(3).toString())；

//发送菜品数量

}

senddata.append("#$$")；//添加#$$

int i=senddata.length()；

temp.fill('$'，64-i)；//用$填满64位数据

senddata.append(temp)；

emit sendmsg(senddata)；

//触发信号，调用相应槽函数发送协议帧

}

3.4 网关及微信点菜

3.4.1 CGI接口HTML页面设计

在网关端搭建BOA Web服务器，BOA服务器是一个高效小巧的Web服务器，可运行于Linux操作系统之下，支持CGI接口编程，且源代码开放，性能高。利用CGI编程可实现与HTML网页的交互[4]，用户通过网页或手机端APP进行订桌并可预定菜品。

系统通过浏览器输入BOA 服务器的IP地址即可发送HTTP请求，服务器响应请求后返回HTML登陆界面，并提交表单。CGI通过“Get”方式获取表单提取的内容，若登陆成功则返回订桌及预定菜品界面。订桌及预定菜品HTML网页如图4所示。

图4 订桌及预定菜品HTML网页

同理，在点击界面中的按钮时，触发服务器调用相应的CGI脚本，在脚本中将根据HTTP请求向串口发送命令或查询数据库内容更新HTML页面。

3.4.2 微信订餐

通过申请微信公众号及新浪云计算APP服务，即可成为微信开发者，可使用微信公众平台接口及云计算平台进行开发。普通用户能与公众账号交互6种格式的消息：文本（包括表情）、语音、图片、视频、位置、链接。该公众账号可提供特色菜推荐、订桌、获取验证码等服务。

微信通信接口示意图如图5所示，手机向微信公众号发送如“特色菜”指令后，微信服务器将以固定的xml格式封装发送给云平台，云平台解析后访问相应的网络数据库，查询菜品并以固定的规则组装，回复给公众账号，公众账号再推送给用户。在这个收发过程中，发送方和接收方进行了调换(ToUserName和FromUserName值互换)，收发都是以xml格式在后台进行传输的。云计算平台端采用PHP（超文本预处理器）编程。

图5 微信通信接口示意图

相应PHP的关键代码如下：

public function responseMsg(){

$postStr = $GLOBALS["HTTP_RAW_POST_DATA"]；

if (!empty($postStr)){

$postObj = simplexml_load_string($postStr， 'SimpleXMLElement'， LIBXML_NOCDATA)；

//获取微信传来的信息，赋值给结构体

$MsgType = trim($postObj->MsgType)；

//获取消息类型

$keyword = trim($postObj->Content)；//获取消息内容

......

if($keyword == "特" || $keyword == "特色" || $keyword {== "特色菜"){

//判断输入的内容

$msgType = "text"；

$link=mysql_connect("103.1.90.135"，"sq8china"，"cestel99") or die("connection error".mysql_error())；

//连接网络数据库、输入IP、账号、密码等

$flag=mysql_select_db("sq8china"，$link)；//打开数据库

$result = mysql_query("SELECT * FROM menu")；

//查询数据库中menu的数据表

$respon = "您好，我们的特色菜有：\\n"；

while($row = mysql_fetch_array($result)) {$respon = $respon . "\\n" . $row['state']；

}

}

结语

本文设计了一种基于物联网的嵌入式智能餐厅系统，系统分为自助点菜终端、PC主机端、网关端、厨房端、载物车、清洁车以及ZigBee无线通信模块。各模块之间通过PC主机端及ZigBee网络进行通信，可实现包括自助点菜、送餐、清洁、结算等功能，还可通过WiFi模块及云平台实现手机、网页及微信订餐业务。经测试，本方案切实可行，能实现各种预设功能。