張 洋，劉建粉

（平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著中國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的上班族和學(xué)生愿意去咖啡館消費(fèi)。目前，中國(guó)的咖啡市場(chǎng)正在進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的階段。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2018年中國(guó)人均咖啡消費(fèi)量6.2杯，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)人均咖啡消費(fèi)量?jī)H為美國(guó)的1.6%。2018年中國(guó)咖啡行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為569億元。隨著我國(guó)人民生活水平的提高和對(duì)咖啡文化認(rèn)知程度的增長(zhǎng)，加之巨大的人口紅利，都可能刺激國(guó)內(nèi)咖啡消費(fèi)，預(yù)計(jì)2023年中國(guó)人均咖啡消費(fèi)量為10.8杯，咖啡市場(chǎng)規(guī)模為1 806億元[1]。在咖啡館高速發(fā)展的同時(shí)，咖啡館行業(yè)仍普遍采用人工管理方式。伴隨著咖啡館規(guī)模和顧客數(shù)量增加，人工管理模式無(wú)論是在工作效率還是成本上都難以適應(yīng)現(xiàn)代化的企業(yè)發(fā)展需要。為有效解決此類問題，本文基于物聯(lián)網(wǎng)思維，將RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能咖啡館管理系統(tǒng)。

1 總體設(shè)計(jì)

基于RFID應(yīng)用的會(huì)員卡消費(fèi)模式更有利于咖啡管的正常運(yùn)營(yíng)發(fā)展。因此，智能咖啡館管理系統(tǒng)采用RFID技術(shù)對(duì)原材料和消費(fèi)人員進(jìn)行管理，同時(shí)和物聯(lián)網(wǎng)智能控制相結(jié)合，對(duì)咖啡館環(huán)境的安全舒適度進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。在咖啡館開業(yè)之初，對(duì)每一位顧客發(fā)放裝有RFID標(biāo)簽的會(huì)員卡，并提前初始化會(huì)員卡的信息，同時(shí)錄入顧客信息。收銀臺(tái)裝有RFID 讀寫器對(duì)每一個(gè)顧客的會(huì)員卡進(jìn)行讀寫錄入，摒棄繁瑣的傳統(tǒng)現(xiàn)金支付，采用RFID技術(shù)，明顯更利于咖啡館未來(lái)的發(fā)展。同時(shí)，在每一個(gè)咖啡原材料和產(chǎn)品包裝上安裝電子標(biāo)簽，引用EPC編碼系統(tǒng)，以RFID電子標(biāo)簽為載體，實(shí)現(xiàn)多元化數(shù)據(jù)采集。從而有效提高供應(yīng)鏈管理水平、降低物流成本、增強(qiáng)產(chǎn)品安全，建立一個(gè)高效的咖啡原材料、產(chǎn)品流動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在餐廳中安放遠(yuǎn)程遙控開關(guān)，可以對(duì)室內(nèi)的風(fēng)扇、加濕器噴頭、照明燈、窗戶等進(jìn)行遙控控制。在咖啡館中安放多種傳感器對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)室內(nèi)當(dāng)前的溫度、濕度、光照強(qiáng)度，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。還可進(jìn)入智能調(diào)控安全模式，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)室內(nèi)有無(wú)火焰、有無(wú)煙霧等，自動(dòng)選擇是否打開消防噴頭、窗戶等，從而構(gòu)建一個(gè)安全、舒適、智能的咖啡館環(huán)境。

圖1 系統(tǒng)總體框架

1.1 會(huì)員卡服務(wù)

系統(tǒng)需要對(duì)進(jìn)入咖啡館消費(fèi)的顧客辦理會(huì)員卡服務(wù)，把用戶的手機(jī)號(hào)、姓名等信息填寫進(jìn)顧客的卡中。每次顧客進(jìn)店，在收銀臺(tái)裝有的RFID讀寫器都可對(duì)會(huì)員卡進(jìn)行消費(fèi)和充值服務(wù)，顧客還可自主進(jìn)行余額查詢，使消費(fèi)變得高效快捷。當(dāng)顧客信息發(fā)生變化時(shí)，管理人員可以通過系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行修改等操作[2]。

1.2 授予權(quán)限與加密

與智能咖啡館相關(guān)的人員根據(jù)需要分別配備不同類別的電子標(biāo)簽，標(biāo)簽類別不同，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)操作權(quán)限亦不同。顧客為A類權(quán)限，此類用戶只具備讀取、支付功能。工作人員具備B類標(biāo)簽，此類用戶具備訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、操作改變咖啡館環(huán)境，如開燈、通風(fēng)、加濕等權(quán)限。最后一類是臨時(shí)用戶，具備C類權(quán)限，主要是貨物配送、維修人員。C類權(quán)限用戶不需要具備數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫和操作環(huán)境等權(quán)限，但要具備臨時(shí)打開貨倉(cāng)門、工作室門等權(quán)限。當(dāng)C類用戶的數(shù)據(jù)執(zhí)行過一次后，會(huì)進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)清空，當(dāng)相關(guān)人員在不經(jīng)過允許的時(shí)間里再次嘗試進(jìn)入咖啡館工作室、貨倉(cāng)時(shí)，會(huì)進(jìn)行自主拒絕。咖啡館運(yùn)營(yíng)者通過邏輯加密，對(duì)這些用戶權(quán)限進(jìn)行讀寫。

1.3 咖啡館環(huán)境控制與安全防護(hù)

咖啡館環(huán)境控制首先需要連接到網(wǎng)關(guān)，之后可在控制臺(tái)選擇三種模式：手動(dòng)控制、自動(dòng)安全防控和數(shù)據(jù)檢測(cè)。在手動(dòng)模式中，可對(duì)智能咖啡館的照明系統(tǒng)、風(fēng)扇、窗戶和加濕裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在自動(dòng)安全防控模式下，當(dāng)打開檢測(cè)火焰或者檢測(cè)煙霧的開關(guān)時(shí)，就能自動(dòng)檢測(cè)咖啡館內(nèi)的煙霧含量和火焰是否出現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，不需要人員的控制，就可以自動(dòng)的打開消防噴頭，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行控制。在出現(xiàn)大量煙霧時(shí)，也能自主的打開窗戶。這種智能防控裝置不需要人員調(diào)控就能自主進(jìn)行反應(yīng)，大大地提高了咖啡館的安全性和智能性。同時(shí)在每個(gè)產(chǎn)品和原材料包裝上安裝了電子標(biāo)簽，結(jié)合EPC技術(shù)，對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品的出售、原材料的獲取都有跡可尋，為后面的數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)支持。在數(shù)據(jù)檢測(cè)模式下，智能咖啡館內(nèi)安裝的溫濕度傳感器、光照傳感器等，可實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)溫度、濕度和光照強(qiáng)度，便于人員調(diào)控室內(nèi)環(huán)境，為顧客提供更加舒適的消費(fèi)環(huán)境，增加顧客體驗(yàn)度，促進(jìn)消費(fèi)和推廣，使智能咖啡館更加具有知名度。

2 硬件搭建及核心技術(shù)

2.1 智能咖啡館系統(tǒng)硬件選型

智能咖啡館系統(tǒng)的硬件主要包括：12 V電源、基于ST25R3916芯片的RFID 讀寫器、RFID電子標(biāo)簽、網(wǎng)關(guān)、DHT11溫濕度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒐庹諒?qiáng)度傳感器。

2.1.1 基于ST25R3916芯片的RFID 讀寫器

系統(tǒng)中使用的RFID讀寫器既需要滿足靈敏度要求又需要保證低功耗，故選擇使用基于ST25R3916芯片的RFID 讀寫器。ST25R3916具有高射頻輸出功率，可直接高效驅(qū)動(dòng)天線。它包含一個(gè)低功率電容傳感器，可在不打開讀取器字段的情況下檢測(cè)卡的存在；另外，可以通過執(zhí)行天線信號(hào)的幅度或相位的測(cè)量來(lái)檢測(cè)卡的存在。它還包含一個(gè)低功耗RC振蕩器和喚醒定時(shí)器，可以在選定的時(shí)間段后自動(dòng)喚醒，其在低功耗應(yīng)用中使用廣泛。ST25R3916芯片的優(yōu)良品質(zhì)充分滿足了設(shè)計(jì)需求。

2.1.2 DHT11溫濕度傳感器

本設(shè)計(jì)需要實(shí)時(shí)檢測(cè)智能咖啡館的溫度和濕度，需要有卓越的穩(wěn)定性和低功耗，而又不需要太高的精度，所以選用DHT11溫濕度傳感器。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它采用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，可確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該產(chǎn)品具有品質(zhì)良好、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合智能咖啡館檢測(cè)環(huán)境的使用[3]。

2.2 核心關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 RFID射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification, RFID）是物聯(lián)網(wǎng)中一種非接觸式的物品自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通常由電子標(biāo)簽，閱讀器和后端數(shù)據(jù)庫(kù)三部分構(gòu)成。后端數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)標(biāo)簽和閱讀器的信息，閱讀器讀寫標(biāo)簽數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)可一次識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，且成本低，耐久性好，因此在交通、物流、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[4]。采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行咖啡館產(chǎn)品的銷售，可以有效地增強(qiáng)咖啡館日常銷售的效率。通過RFID進(jìn)行非接觸式的信息采集、信息傳遞，從而自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，可快速地進(jìn)行會(huì)員卡的消費(fèi)、充值服務(wù)，方便工作人員的管理和監(jiān)測(cè)控制。

2.2.2 EPC編碼實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品跟蹤

EPC又被稱為產(chǎn)品電子標(biāo)簽，是國(guó)際條碼組織推出的新一代產(chǎn)品編碼體系[5]。它以RFID電子標(biāo)簽為載體，通過對(duì)單體的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、收集、傳遞等來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)共享和智能化信息分析。EPC能夠充分融合于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之中，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的感知、識(shí)別等層面產(chǎn)生促進(jìn)效果[6]。EPC編碼結(jié)構(gòu)見表1所列。

表1 EPC編碼結(jié)構(gòu)

2.2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的重要手段，已成為各行各業(yè)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)資源共享、信息化服務(wù)的重要基礎(chǔ)和核心。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展背景下，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與管理技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸與應(yīng)用過程中發(fā)揮著不可替代的作用，可以在很大程度上提升信息利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息共享[7]。本設(shè)計(jì)使用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)存放RFID電子標(biāo)簽信息，并通過設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽信息管理模塊、感知終端設(shè)備信息管理模塊以滿足智能咖啡館管理的具體需求，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析。

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

智能咖啡館系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽信息管理模塊包括一張用于儲(chǔ)存電子標(biāo)簽UID、用戶余額、地址、手機(jī)號(hào)等數(shù)據(jù)的表單。該表單以用戶UID為主鍵， 每個(gè)用戶UID對(duì)應(yīng)一條不重復(fù)的記錄，必須通過B類卡片的UID才能登錄系統(tǒng)進(jìn)行管理、控制[8]，具體設(shè)計(jì)見表2所列。感知終端設(shè)備信息管理模塊通過串口將傳感器獲取的數(shù)據(jù)解析后，采用ADO的方式存入SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，并且數(shù)據(jù)庫(kù)能夠存儲(chǔ)店中人數(shù)、室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，具體設(shè)計(jì)見表3所列。產(chǎn)品外銷信息和原材料追蹤數(shù)據(jù)信息極大，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)建立一張表，將產(chǎn)品的UID設(shè)為表的主鍵，進(jìn)而跟蹤產(chǎn)品或原材料的信息，具體設(shè)計(jì)見表4所列。

表2 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)表

表3 感知終端設(shè)備數(shù)據(jù)表

表4 產(chǎn)品及原材料數(shù)據(jù)表

3.2 獲取RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)

首先設(shè)置波特率，調(diào)用OpenSerialPort打開串口，采用RFID讀寫器將信息通過串口傳輸?shù)浇K端。當(dāng)讀寫器接觸到電子標(biāo)簽時(shí)，觸發(fā)中斷[9]，打開RFID讀寫器，搜尋天線區(qū)內(nèi)所有卡，得到卡類型。當(dāng)檢測(cè)到電子標(biāo)簽時(shí)，RFID讀寫器進(jìn)行防沖撞，之后進(jìn)行卡片選取，將此卡片的信息與SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)表中的主鍵信息相對(duì)應(yīng)，檢測(cè)出電子標(biāo)簽的權(quán)限類型，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)權(quán)限的操作。

3.3 智能環(huán)境控制

智能環(huán)境控制過程如下：將咖啡館內(nèi)感知識(shí)別設(shè)備讀取的環(huán)境數(shù)據(jù)通過串口傳遞到終端設(shè)備上，之后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，終端自主進(jìn)行反應(yīng)，并發(fā)送到執(zhí)行器上，進(jìn)行控制操作，從而實(shí)現(xiàn)智能環(huán)境控制[10]。程序執(zhí)行流程如圖2所示。

圖2 智能環(huán)境控制流程

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于物聯(lián)網(wǎng)思維，將RFID、傳感器、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)應(yīng)用于咖啡館日常管理中，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能咖啡館系統(tǒng)。充分迎合了當(dāng)今時(shí)代咖啡館發(fā)展方向，解決傳統(tǒng)管理模式整體科技含量低的問題，提高了管理效率，并構(gòu)建出一個(gè)安全、智能、舒適、便捷的智能咖啡館休閑環(huán)境。

注：本文通訊作者為劉建粉。