0 前言
    隨著社會(huì)信息化的發(fā)展,，我國(guó)餐飲業(yè),，尤其是快餐行業(yè)迅猛發(fā)展。傳統(tǒng)餐飲業(yè)管理成本高,、管理水平低,、人力資源浪費(fèi)、服務(wù)員工作量大,、工作效率低,、點(diǎn)菜周期長(zhǎng)、跑單漏單嚴(yán)重,、紙張等耗材大,，嚴(yán)重影響到餐飲業(yè)服務(wù)品質(zhì)和形象。無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)為造就高檔就餐環(huán)境,，提高顧客的滿意程度，吸引更多顧客創(chuàng)造了條件,，提高了餐飲業(yè)的自動(dòng)化,、信息化水平。

1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介
    ZigBee的名稱源于蜜蜂的舞蹈,，蜜蜂通過(guò)跳ZigZag形狀的舞蹈交換各種信息,。故將新一代無(wú)線通信技術(shù)命名為ZigBee。ZigBee過(guò)去又稱為"HomeRF Lite",、"RF-EasyLink"或"FireFly"無(wú)線電技術(shù),，目前統(tǒng)稱為ZigBee技術(shù)。
    ZigBee技術(shù)利用全球共用公共頻率2．4GHz,，該頻段為全球統(tǒng)一無(wú)需申請(qǐng)ISM頻段,，被劃為16個(gè)信道，數(shù)據(jù)傳輸速率250kbps,，碼元速率為 62．5kbaud,，采用16進(jìn)制正交調(diào)制,，碼片長(zhǎng)度為8的偽隨機(jī)碼直接擴(kuò)頻，具有顯著的低成本,、低耗電,、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì),，目前被視為替代有線監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最有前景的技術(shù)之一,。
    ZigBee的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
    (1)低功耗：待機(jī)模式，2節(jié)AAA干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作0．5～1年,。
    (2)低成本：協(xié)議大幅簡(jiǎn)化,，免執(zhí)照頻段、協(xié)議專利費(fèi),。
    (3)低速率：250,、40和20kbps原始數(shù)據(jù)吞吐率。
    (4)近距離：傳輸范圍為10～75m,，增加RF發(fā)射功率,，可達(dá)1～3km。
    (5)網(wǎng)絡(luò)容量大：可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng),。
    (6)短時(shí)延：響應(yīng)速度快,，睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)需15ms，節(jié)點(diǎn)連接入網(wǎng)需30ms,。
    (7)安全性能高,。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)方案選擇
    較早期的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)主要是IC卡點(diǎn)菜終端和紅外點(diǎn)菜終端。
    IC卡點(diǎn)菜終端：服務(wù)員領(lǐng)卡,、插卡,、客戶點(diǎn)菜，結(jié)束后需到固定地點(diǎn)讀卡,。特點(diǎn)是信息準(zhǔn)確,、價(jià)格低、速度慢,、費(fèi)時(shí)費(fèi)力,。
    紅外點(diǎn)菜終端：顧客可直接在其上點(diǎn)菜，速度快,、價(jià)格中,、發(fā)射距離短、需直線接收,。
    目前較為流行的點(diǎn)菜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要有以下三種：
    (1)商用PDA+無(wú)線網(wǎng)卡,。借助帶無(wú)線網(wǎng)卡的商品化PDA開(kāi)發(fā)。較典型的幾種采用Windows mobile操作系統(tǒng)的Dell-Axim x50,、采用Pocket PC操作系統(tǒng)的宏基-N1O等,。特點(diǎn)是開(kāi)發(fā)方便,、開(kāi)發(fā)調(diào)試工具較好、功能強(qiáng)大,、802．11協(xié)議,、傳輸數(shù)據(jù)可靠安全，但價(jià)格昂貴,。
    (2)單片機(jī)+無(wú)線模塊,。采用單片機(jī)、單色LCD模塊,、按鍵輸入,、微功耗的無(wú)線IC，如RF401,。無(wú)操作系統(tǒng),、定制式軟件、價(jià)格便宜,、功耗低,、簡(jiǎn)單易用。但人機(jī)對(duì)話差,、功能弱,、軟件升級(jí)難、軟件移植復(fù)用能力差,。
    (3)處理器+操作系統(tǒng)+無(wú)線模塊
    微軟WINCE操作系統(tǒng),、32位處理器、16色LCD觸摸屏和無(wú)線模塊,。開(kāi)發(fā),、使用較方便，但操作系統(tǒng)非免費(fèi)且不開(kāi)源,，增加了單個(gè)商品成本,。
    對(duì)比以上方案，結(jié)合中,、小型規(guī)模餐飲企業(yè)的實(shí)際需求，本文采用第二種方案進(jìn)行點(diǎn)菜系統(tǒng)的研究,。
2. 2 系統(tǒng)總體架構(gòu)
    本系統(tǒng)由用于無(wú)線點(diǎn)菜的通信終端設(shè)備(簡(jiǎn)稱“終端”),、協(xié)調(diào)器設(shè)備、作為服務(wù)器的PC機(jī),、打印機(jī)等部分組成,。
    服務(wù)員攜帶終端，可根據(jù)顧客需求為顧客提供實(shí)時(shí)服務(wù)：點(diǎn)菜,、套餐點(diǎn)菜,、加菜,、退菜、套餐退菜,、催菜,、口味選擇等。點(diǎn)菜完成,，點(diǎn)菜信息經(jīng)由星型ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,，傳送至服務(wù)器。
    服務(wù)器完成與終端實(shí)時(shí)通信,、咨詢,、賬單打印、數(shù)據(jù)維護(hù)管理,、賬單結(jié)算,、酒店人事管理等。該系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示,。


2. 3系統(tǒng)工作流程
    系統(tǒng)工作流程如圖2所示,。顧客進(jìn)店，服務(wù)員據(jù)終端顯示的空桌開(kāi)臺(tái),，顧客據(jù)菜譜(紙制,，放于桌上)選擇適合口味的菜，據(jù)“編號(hào)-菜名”鍵入菜名編號(hào),。點(diǎn)菜完成,，終端顯示菜單及結(jié)算賬單。顧客確認(rèn)后,，可選擇發(fā)送鍵,，完成數(shù)據(jù)發(fā)送。服務(wù)臺(tái)收到信息后,，經(jīng)過(guò)廚師制作,、出品核對(duì)、傳菜,、臺(tái)位劃菜,，最后收銀臺(tái)打印賬單小票、結(jié)賬,。



3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立
    據(jù)餐飲業(yè)的實(shí)際環(huán)境和需求,，對(duì)比星形、樹(shù)型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的各自優(yōu)缺點(diǎn),，選用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),。
    星型網(wǎng)絡(luò)中，采用PCB天線，傳輸距離：50～100m,。協(xié)調(diào)器采用電源線供電,，采用SMA棒狀天線，在大發(fā)射功率下傳輸距離1000m,。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快,，采集終端從睡眠模式轉(zhuǎn)入工作模式約需要15ms，采集終端的連接入網(wǎng)時(shí)間約為30ms,，由活躍設(shè)備信道連接入網(wǎng)時(shí)間約為15m-s,，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)很小。
3．1 組網(wǎng)過(guò)程
    具體組網(wǎng)流程：協(xié)調(diào)器初始化,，選定PAN ID,，自身配給一16位網(wǎng)絡(luò)短地址作為組網(wǎng)標(biāo)識(shí)，短地址格式定義為0x0000,，經(jīng)通道能量掃描檢測(cè)API,，選擇可用通道并建立WAN，開(kāi)放對(duì)加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求應(yīng)答,，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)：終端完成初始化,，進(jìn)行頻道掃描，找到協(xié)調(diào)器,，以特定頻率發(fā)送信
標(biāo)請(qǐng)求,，接收16位短地址，作為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí),。完成ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)建立,。
3．2 CSMA／CA介質(zhì)訪問(wèn)控制方法
    在通信網(wǎng)絡(luò)的通信過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸量較少,，CSMA／CA是網(wǎng)絡(luò)的最佳選擇,。CSMA／CA采用隨機(jī)指數(shù)退避來(lái)實(shí)現(xiàn)沖突避免功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全,、可靠傳輸,。
3．3 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸
    終端與協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)傳輸有兩種方式：直接數(shù)據(jù)傳輸和間接數(shù)據(jù)傳輸。終端向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),，采用直接數(shù)據(jù)傳輸,，協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)后返回確認(rèn)信息。
3．4 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議
    在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中,，有多種指令和不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù),，為實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)方便及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒂行?，通信過(guò)程中定義了通信協(xié)議幀，如圖3,、4所示,。通信過(guò)程中,，終端未收到確認(rèn)幀，則連續(xù)發(fā)送三次,，仍沒(méi)應(yīng)答,，確認(rèn)為通信故障。



4 硬件設(shè)計(jì)
4．1 終端硬件設(shè)計(jì)
    終端由MCU,、電源,、工作狀態(tài)指示、復(fù)位,、鍵盤(pán),、LCD、晶振,、天線,、SD RAM等電路組成。終端硬件結(jié)構(gòu),、電路如圖5,、6所示。

    選用Chipeon公司的CC2430作為MCU,。該芯片支持IEEE802．15．4協(xié)議,，片內(nèi)集成RF前端、1個(gè)8位內(nèi)核,、128kB可編程閃存,、8kB RAM，內(nèi)置ZigBee協(xié)議棧,。實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口顯示操作,、信息發(fā)送及各個(gè)模塊控制。
    采用3×3鍵盤(pán),，其中4個(gè)方向鍵分別為確認(rèn)鍵,、撤銷鍵、分類查詢鍵,、菜單查詢鍵,，通過(guò)中斷方式掃描鍵盤(pán)，響應(yīng)處理中斷,，實(shí)現(xiàn)鍵值查詢等功能,。LCD選用臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的ST7920 OCMJ4X8C，采用串并轉(zhuǎn)換芯片74HC164節(jié)省MCU的I／O口,。CC2430通過(guò)P0．1控制MAX756的SHON,，低電平不工作。采用非平衡變壓器，傳輸距離為100m,。CC2430內(nèi)嵌-UART,，可與SD卡座直接相連，SD POW引腳通過(guò)一個(gè)8550控制SD卡電源,，對(duì)其上電操作,。SD卡用來(lái)存儲(chǔ)菜譜信息和顧客菜單等信息，通過(guò)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)菜譜數(shù)據(jù)的更新,。
4．2 協(xié)調(diào)器硬件設(shè)計(jì)
    協(xié)調(diào)器模塊電路由復(fù)位電路,、天線電路、電源指示電路,、晶振電路等組成,。交流電源經(jīng)LDO AM1117-3．3產(chǎn)生3．3V為CC2430供電。協(xié)調(diào)器經(jīng)RS232／TTL電平轉(zhuǎn)換與PC相連,。協(xié)調(diào)器硬件電路如圖7所示,。



5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件由終端、協(xié)調(diào)器,、服務(wù)器三個(gè)模塊組成,。主程序流程如圖8、9所示,。服務(wù)器的運(yùn)行環(huán)境為Windows操作系統(tǒng),，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢,、處理與控制,，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，Visual Basic 6．0處理軟件開(kāi)發(fā),。軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì),，便于完善和維護(hù)，同時(shí)做到界面美觀,，操作簡(jiǎn)便,。



6 系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)
    終端的功耗問(wèn)題是關(guān)鍵。CC2430在睡眠模式,，發(fā)射功率為10mW,。發(fā)射模式電流消耗為17mA，接收模式為15mA,，睡眠模式為0．7μA,。終端大多時(shí)間處于睡眠模式下，關(guān)閉收發(fā)電路及液晶等外圍電路,，極大限度減少功耗,，外部中斷可喚醒MCU,，通過(guò)檢查信道，與協(xié)調(diào)器同步,、發(fā)
送或接收數(shù)據(jù),。
    終端與協(xié)調(diào)器之間采用間接數(shù)據(jù)傳輸方式，降低了系統(tǒng)功耗,。

7 系統(tǒng)測(cè)試
    帶有ZigBee開(kāi)發(fā)平臺(tái)的PC通過(guò)RS232與協(xié)調(diào)器連接進(jìn)行測(cè)試，終端與服務(wù)器接收端發(fā)送10B的數(shù)據(jù)包,，通信信道設(shè)定為0XOB,。室內(nèi)無(wú)障礙物，距離20m：丟包率0％,，RSSI為-81．36dBm,；60m：丟包率O．7％，RSSI為-90．01dBm,；120m：丟包率 1．4％,，RSSI為-90．97dBm。
    通信時(shí)延包括協(xié)議棧時(shí)延和媒介傳播時(shí)延,。協(xié)議棧時(shí)延從執(zhí)行發(fā)送消息函數(shù)開(kāi)始到無(wú)線目標(biāo)實(shí)際開(kāi)始物理發(fā)射的延遲,，兩者之差即為協(xié)議棧發(fā)射時(shí)延。實(shí)際測(cè)試接收時(shí)延為500μs,。

8 結(jié)束語(yǔ)
    本文設(shè)計(jì)在開(kāi)發(fā)周期,、性能、價(jià)格等方面有很大優(yōu)勢(shì),，符合手持設(shè)備的設(shè)計(jì)要求,。隨著經(jīng)營(yíng)規(guī)模增大，可組建樹(shù)型網(wǎng)增大覆蓋面,，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸,。ZigBee技術(shù)在餐飲無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)、茶樓,、咖啡館,、網(wǎng)吧、KTV娛樂(lè)場(chǎng)所呼叫系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛應(yīng)用,。