陳鵬

（河南工學(xué)院電子通信工程系，河南新鄉(xiāng) 453003）

基于ZigBee技術(shù)的點餐系統(tǒng)設(shè)計

陳鵬

（河南工學(xué)院電子通信工程系，河南新鄉(xiāng) 453003）

闡述ZigBee技術(shù)的特點，并簡要分析當(dāng)前餐飲業(yè)點餐的基本模式，提出一種基于ZigBee無線自組織網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)設(shè)計。同時，介紹該模式下的點餐系統(tǒng)設(shè)計，包括點餐系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計、自組織網(wǎng)絡(luò)的組建等。由于ZigBeed的低功耗性和可靠性，該點餐系統(tǒng)具有低成本、功耗低、可靠性高、通信距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢。

信息化點餐方式；ZigBee技術(shù)；無線組網(wǎng)

隨著餐飲行業(yè)的發(fā)展，能否快捷有效地點餐已成為各餐飲店日益重視的問題。在目前的點餐系統(tǒng)中，主要有基于IrDA紅外、藍(lán)牙等點餐模式。其中，IrDA紅外技術(shù)通信距離較短，且只能采用點對點半雙工通信模式，誤碼率高，用戶體驗較差?；谒{(lán)牙的點餐模式容量較小，不適用組網(wǎng)且成本較高。為解決以上問題，本文提出一種基于ZigBee的點餐系統(tǒng)設(shè)計。

1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)基于802.15.4協(xié)議［1］，具有功耗低、復(fù)雜度低、方便組網(wǎng)等優(yōu)點。其主要支持3種自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型、樹簇型和對等型，能夠組成蜂窩網(wǎng)絡(luò)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)魯棒性。

在PAN中，ZigBee設(shè)備會分配一個且是唯一一個64位地址用來在PAN中通信，同時在網(wǎng)絡(luò)中建立連接以后還會給其分配一個16位的短地址以方便通信，64位的地址主要用來查詢。

在通信網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee設(shè)備的類型主要有3種：①通信終端，終端設(shè)備只有在通信實施的時候才會工作，大多數(shù)時間內(nèi)處于待機(jī)狀態(tài)以提高系統(tǒng)運行效率；②路徑節(jié)點中的轉(zhuǎn)發(fā)路由器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲及轉(zhuǎn)發(fā)；③網(wǎng)絡(luò)最頂層的協(xié)調(diào)設(shè)備，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)整體工作的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，該設(shè)備必須持續(xù)工作，因此其可靠性的要求是非常高的。

ZigBee技術(shù)的優(yōu)點主要有：①節(jié)電效率高，ZigBee采用了多種模式以節(jié)約能耗，經(jīng)實際測試，2節(jié)5號電池可維持系統(tǒng)工作0.5～2.0a；②可靠性高，ZigBee的通信機(jī)制采用CSMA-CA，在發(fā)送數(shù)據(jù)前進(jìn)行信道偵聽，有效避免了數(shù)據(jù)的沖突以及不同設(shè)備間的競爭，同時在MAC層采用確認(rèn)機(jī)制，每個發(fā)送設(shè)備必須確認(rèn)接收設(shè)備是否接收到信息；③網(wǎng)絡(luò)的自組織能力強(qiáng)，Zigbee具有強(qiáng)大的自組織網(wǎng)絡(luò)能力，系統(tǒng)中的各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以主動感知其他節(jié)點的存在并確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，從而重新建立網(wǎng)絡(luò)的通信方式，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有設(shè)備出現(xiàn)故障或者移除時，其他節(jié)點亦可及時調(diào)整，重新修復(fù)，無需人工干預(yù)。

2 常見餐飲管理模式

2.1 觸摸屏與上位機(jī)互聯(lián)的模式

即多臺觸摸屏與上位機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，顧客通過觸摸屏點餐并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)并在服務(wù)器存儲，后臺數(shù)據(jù)識別后打印顧客賬單。此工作模式需要構(gòu)建無線局域網(wǎng)，采用C/S或B/S結(jié)構(gòu)。

2.2 無線與有線結(jié)合的通信模式

此通信模式中在點餐設(shè)備與接收設(shè)備之間采用無線通信模式以方便客戶使用，在接收設(shè)備與上位機(jī)則采用有線通信模式，以提高通信的可靠性，無線通信主要采用藍(lán)牙或者紅外方式，此方法的優(yōu)勢在于兼顧了使用的快捷性和通信的可靠性。

3 基于ZigBee技術(shù)的點餐方案

3.1 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)點餐系統(tǒng)方案

系統(tǒng)主要由ZigBee通信終端、路由節(jié)點交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換器及打印機(jī)等輔助終端構(gòu)成。通信終端一般固定在餐桌上，并配備固定的餐位號碼，以供廚房和結(jié)賬時使用。顧客點餐完成后向節(jié)點交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，通信方式采用CSMA/CA（載波偵聽多路訪問/沖突防止）協(xié)議，避免數(shù)據(jù)的沖突和設(shè)備的競爭，路由節(jié)點交換機(jī)應(yīng)根據(jù)餐廳面積大小合理配置，若存在死角應(yīng)適當(dāng)多加配置。所有的點餐數(shù)據(jù)匯總到網(wǎng)絡(luò)交換器上進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，除了對廚房和財務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)外，還可以在后臺整理客戶的點餐數(shù)據(jù)，以統(tǒng)計分析客戶點餐的偏好，及時調(diào)整菜單。

3.2 ZigBee組網(wǎng)方式

ZigBee采用自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搭建，以替代原有的集中式組網(wǎng)方式，這樣可以有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。

自組織網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通常是點對點的射頻設(shè)備，每個設(shè)備只要打開電源就可以自發(fā)進(jìn)行配置，并與其他節(jié)點進(jìn)行通信，從而確定多跳通信中最有效的傳輸路徑，每個節(jié)點只與自己最近的節(jié)點進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)包通過各個節(jié)點之間的通信協(xié)議逐跳傳遞到相應(yīng)的接收設(shè)備。

當(dāng)有一個新的節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)時，該節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)廣播自己的存在，其他節(jié)點根據(jù)廣播協(xié)議發(fā)現(xiàn)這個節(jié)點并確認(rèn)，然后以透明的方式重新配置網(wǎng)絡(luò)的路徑協(xié)議與傳遞模式。

4 實施方案

4.1 硬件實現(xiàn)

在客戶終端，采用帶有液晶屏的基于AMR9的開發(fā)板，顧客在完成點餐后數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igBee發(fā)送模塊中，發(fā)送模塊采用TI公司推出的CC2430專用芯片來實現(xiàn)，該芯片外圍電路簡單，可以實現(xiàn)對ZigBee的低功耗實現(xiàn)。

在接收端，仍采用CC2430芯片配套的接收電路組成無線接收模塊，同時配備1臺具有串口收發(fā)功能的上位機(jī)，將接收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)通過并口連接打印機(jī)并打印數(shù)據(jù)，以供廚房及顧客結(jié)賬使用。

CC2430芯片搭建外電路時，應(yīng)注意合理選用濾波電容以濾出雜波的干擾，考慮到信號速率較高，PCB不布線時應(yīng)注意布局的合理性。點餐系統(tǒng)中以ZIGBEE中心節(jié)點、無線ZIGBEE路由和無線點餐終端構(gòu)成一個蜂窩狀的通信網(wǎng)絡(luò)，任何一個節(jié)點以多跳方式實現(xiàn)通信。其中任何一個ZigBee路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

4.2 軟件實現(xiàn)

軟件實現(xiàn)考慮到系統(tǒng)的簡便性和可維護(hù)性，移植了TI公司的Z-Stack協(xié)議棧。其主要思想是對輪循機(jī)制，系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備在有通信請求時對發(fā)送模塊發(fā)送請求，其余時間則保持待機(jī)狀態(tài)以降低功耗。

ARM9與CC2430通信采用中斷方式完成，當(dāng)系統(tǒng)上電完成初始化后，按照輪循機(jī)制查詢各設(shè)備中是否有數(shù)據(jù)就緒的，如果有就調(diào)用設(shè)備處理函數(shù)處理，否則繼續(xù)查看下一設(shè)備。初始化部分代碼如下：

5 結(jié)語

本文研究了ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議與通信模式，在此基礎(chǔ)上研究了基于ZigBee的點餐系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，基于ZigBee自組織網(wǎng)絡(luò)的可靠性，配合成熟的專用芯片，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)餐廳內(nèi)近距離范圍內(nèi)有效的數(shù)據(jù)傳輸，將會為餐飲行業(yè)縮減很大的人力成本。

［1］馬斌，趙遼英.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在點餐系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2010（1）：119-122.

Design of Ordering System Based on ZigBee Technology

Chen Peng
（Electronic Communication Engineering Department，Henan Insitute of Technology，Xinxiang Henan 453003）

This paper stated the characteristics of the ZigBee technology,briefly analyzed the basic mode of the cur?rent food and beverage industry,and provided a design of communication system based on ZigBee wireless ad hoc net?work.At the same time,this paper introduced the design of ordering system under this mode,including the design of hardware and software,ordering system of self-organizing network and so on.Due to the low power consumption and reliability of ZigBeed,the ordering system has the advantages of low cost,low power consumption,high reliability, long communication distance and other advantages.

information ordering method；ZigBee technology；wireless networking

TP311.52

：A

：1003-5168（2017）01-0030-02

2016-12-16

陳鵬（1987-），男，碩士，研究方向：圖像視頻壓縮、信號處理。