基于蓝牙技术的自动点餐系统的设计与实现

2020-07-19胡单辉陈思维

天津理工大学学报 2020年4期

林倩，胡单辉，陈思维

（青海民族大学物理与电子信息工程学院，青海西宁810007）

随着无线通信技术的不断发展，人们的生活发生了巨大改变，各行各业的服务设施也逐渐向无线化、智能化方向发展[1].在餐饮服务业，点餐方式也由传统人工模式向自动化模式转变[2-3].传统人工模式使用纸质菜单点菜，需要服务人员移步到餐桌前抄写顾客点菜菜单.用餐高峰时段，顾客需排队等候点单，餐馆人手不足、点餐慢、上餐慢、结算账单慢等缺点突显，导致服务效率低下.然而自动化模式解决了这些问题，可以实现排队挂号、自助点餐、催餐、线上结账等功能，大大节省了人工，提升了餐厅服务质量和效率.

本文以单片机技术为核心设计了一款自动点餐系统.该系统具有界面简洁、功能强大、体积小、价格低廉、便捷高效等特点，在现实生活中具有很强的实用性和普遍性，可以大大提升餐饮服务业的效率，进一步促进餐厅智能化进程.

1 系统总体设计

1.1 系统架构的设计思路

该系统以STC15W32S4 单片机为控制核心构成主机和从机两部分.主机部分供商家使用，包括单片机电路、蓝牙模块、按键电路、LCD12864 电路和YSM3 语音播放模块. 主机结构框图如图1 所示，由单片机电路获取蓝牙模块接收到的从机的点餐信息，控制LCD12864 电路和YS-M3 语音播放模块实现信息显示和播报，同时当信息较多时，可通过按键实现查找功能.

图1 主机结构框图Fig.1 Block diagram of the host

从机部分供顾客使用，主要由单片机电路、蓝牙模块、按键电路和液晶显示电路四部分组成.从机结构框图如图2 所示，顾客通过按键将信号传给单片机，单片机控制LCD12864 将点餐信息显示，接着通过蓝牙模块将点菜信息传送给主机，从而实现点餐功能.

图2 从机结构框图Fig.2 Block diagram of slave

主机和从机均主要通过单片机控制来实现数据的互通，从而实现自主点餐功能.从机即顾客自主利用按键选择进行下单服务，确认菜品.主机通过蓝牙接收从机的菜单确认信息，然后分单传递给后厨做菜，实现有效点餐.同时，系统支持一对多的传输模式，可以供多桌顾客点菜下单、催单、自动结算买单等业务.

1.2 系统的设计方案

通过功能需求分析，该系统分为一个主机和多个从机.从机供顾客通过按键选定菜单和桌号，自动计算用餐金额等基本功能；通过按键实现点餐需求，同时通过无线传感网络发送点餐信息和对应桌号给主机；主机可以实时显示系统点餐信息和桌号；各从机可以通过按键进行买单提示，及时显示总消费金额.在实现基础点餐功能的基础上完善了点餐过程，同时可以追加菜品以满足顾客之需，并且增加了催菜提醒，让顾客在等待过长时间后可以反馈给商家，商家以此可加快速度或调整出菜顺序.

图3 主机系统原理图Fig.3 Schematic diagram of the host system

2 硬件电路设计

2.1 硬件系统组成

该系统硬件由主机和从机两部分组成.主机系统原理图如图3 所示，主机硬件系统包括单片机电路、电源电路、蓝牙模块、按键电路、显示电路和语音模块.从机系统原理图如图4 所示，从机硬件系统包括单片机电路、电源电路、蓝牙模块、按键电路和显示电路.

图4 从机系统原理图Fig.4 Schematic diagram of slave system

2.2 单片机系统

单片机系统如图5 所示，该系统以STC15W32S4单片机为核心构成微控制器.该微控制器的功能部件主要有中央处理器、中断系统、随机访问存储器、定时器、计数器、外部设备接口模块以及与各个功能部分相连接的总线[4-5].STC15W32S4 单片机其内部设置有非常可靠的复位电路，无需外部进行复位.其内部自带R/C 振荡电路，外部不需要搭建单片机最小系统电路[5-6].

图5 单片机系统Fig.5 Single chip microcomputer system

2.3 显示电路

本系统选用LCD12864 液晶显示屏作为显示模块.这种显示屏有串行和并行两种连接方式.串行连接方式使用的引脚较少，更适合本系统电路使用[7].LCD12864 电路图如图6 所示.

图6 LCD12864 电路图Fig.6 LCD12864 circuit diagram

2.4 电源电路

电源电路部分使用三节可充放电式1.5 V 直流5 号干电池.这样选择主要是考虑到顾客使用的方便性，可以传递使用.电源电路如图7 所示.

图7 电源电路图Fig.7 Power supply circuit diagram

2.5 按键电路

按键电路如图8 所示，该电路通过二极管实现“线与”功能.当按键没有按下时，按键输入端为高电平，任意一个按键按下，按键输入端都由高电平变为低电平.把按键输入端接入单片机的外部中断口，配置单片机外部中断为下降沿触发模式[8-9]. 当有按键按下时，高低电平的变化正好触发外部中断，单片机读取按键信息[9].该电路解决了只把独立按键接到IO口、只能定时扫描的缺点，不仅避免错漏按键信息，而且提高了对按键信息的响应性，提升了产品体验.

图8 按键电路Fig.8 Button circuit

2.6 蓝牙模块

本系统选择使用HC-06 蓝牙芯作为无线数据传输模块.它通过连接单片机P30、P31 两个端口实现对模块的控制和数据的传输. 该模块具有高性能的无线收发功能，功耗低，传输范围广，可以满足一般餐馆的使用需求[10-12].

2.7 语音播放模块

为了缩减顾客在等候上菜时间，系统选用YSM3 语音播放模块，增加提醒上菜功能.YS-M3 语音播放模块通过连接单片机P14、P15 两个端口实现数据的传输.该模块自带3 W 的功放，音量可以通过电位器进行调节，具有低电平触发、对地触发两种模式，可直接与单片机连接使用[12].

3 系统的软件设计

本系统程序分为主机程序和从机程序两部分，各使用一个单片机芯片.主机主程序流程图如图9所示，主机上电后，单片机先进行LCD12864 初始化、串口初始化和YS-M3 语音播放模块初始化.接着通过蓝牙接收从机发送的数据信息，在LCD12864 上显示用餐信息.之后不断查询是否有与按键相连的I/O 口为低电平，从而判断是否有按键按下. 若检测到按键被按下，显示屏上显示对应桌号信息，反之不断查询，等待下一步操作.

图9 主机主程序流程图Fig.9 Main program flow chart

从机主程序流程图如图10 所示，从机上电后，单片机首先对LCD12864 进行初始化、对串口进行初始化.然后进行蓝牙对接，在LCD12864 上显示菜谱.之后不断查询是否有与按键相连的I/O 口为低电平，从而判断是否有按键按下. 若检测到按键被按下，则通过蓝牙模块发送点餐信息给主机，完成点菜服务；反之，不断查询，等待下一步操作.