一種基于物聯(lián)網(wǎng)的食堂信息采集系統(tǒng)研究

摘 要：國內(nèi)高校食堂普遍存在資源有限，用餐時間人流量大且分布不均特點進而導致用餐時間十分擁擠。而對于高校大規(guī)模建設食堂又十分浪費，于是我們關注于通過提高食堂座位資源利用率來緩解就餐期間擁擠的問題。在前期研究的基礎上，本文比較了不同的硬件實現(xiàn)方案并進行了實際的驗證。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；食堂信息采集系統(tǒng)；研究

0 引言

問題主要難點在于：對現(xiàn)有食堂不可能進行大規(guī)模改造，所以要求設備的安裝、維護盡可能的方便。以我校健翔橋校區(qū)為例，食堂一樓大概有兩百多張桌椅。規(guī)模過大、成本過高，而且分布式的供電是個很大的工程問題。因此，本文主要對下位機收集信息和上下位機及手機之間通訊進行了實證，分別嘗試了有線、WIFI、多對一射頻、Zigbee方式。

1 系統(tǒng)方案

（1）基于AT89C51單片機的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)圖像如圖所示，該無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是在單片機控制下進行數(shù)據(jù)采集的，系統(tǒng)硬件設計包括傳感器與A/D轉換、單片機系統(tǒng)、無線發(fā)送接收器、無線發(fā)送接收器等電路。無線發(fā)送接收器接受數(shù)據(jù)之后將其顯示或傳輸給再上一級或是計算機。

（2）基于CC1100的無線傳輸系統(tǒng)，傳感器將采集到的數(shù)據(jù)送入子控制器AT89S52單片機進行綜合處理，處理后得到的桌椅使用情況信息經(jīng)無線傳輸模塊CC1100發(fā)送到主機進行顯示等相應處理。具有布線簡單、功耗低和無線收發(fā)等優(yōu)點。

數(shù)據(jù)無線傳輸控制器采用美國ATMEL公司研發(fā)的AT89S52單片機，是一種高性能、低功耗的8位微控制器，具有8k Byte可編程Flash存儲器。由子控制器控制無線模塊收發(fā)數(shù)據(jù)，并對其進行顯示等處理；主控制器循環(huán)地接收從機端的實時數(shù)據(jù)，控制人機接口，對數(shù)據(jù)進行相應處理。

數(shù)據(jù)傳輸模塊采用TI公司開發(fā)的無線收發(fā)芯片CC1100，可根據(jù)需要設置不同的工作頻率（可選頻率為315MHz、433MHz、868MHz和915MHz），該系統(tǒng)使用的頻率為433MHz。芯片以串行方式通訊，提供多達256個信道，能以單片機為控制核心搭建傳輸距離達200m以上的無線傳輸網(wǎng)絡，而且功率低，其工作狀態(tài)分為IDEL（待機）、RX（接收）、TX（發(fā)送），支持遠程喚醒功能，能進一步降低遠程傳輸系統(tǒng)的功耗。

而后是餐桌與上位機（擬為遠程計算機）直接的無線數(shù)據(jù)通信。我們將采用多對一的遠程射頻通信，由多張餐桌作為信號發(fā)送端，遠程計算機（或是工控機）作為接收端，進行數(shù)據(jù)的收集和處理。遠程計算機將對餐桌進行編碼，而后返回數(shù)據(jù)，具體技術方案預計可能采用上述基于CC1100的無線傳輸系統(tǒng)，CC1100芯片以串行方式通訊，提供多達256個信道，滿足多對一的遠程信息傳輸。

2 實證研究

對于桌椅之間的通信。在實際操作中，我們發(fā)現(xiàn)方案一沒有辦法滿足收集信息的需要（需要采集并控制4個傳感器和5個開關），方案二成本較高，而且調試復雜，容易脫落，維護成本較高。

所以我們最后采用有線的方式，傳感器使用壓力傳感器，而桌子正面提供了5個開關，其中4個為壓力傳感配套用來收集座位實際有人與否的情況，開關則提供給就餐者使用。

這種方式椅子從多種傳感器收集數(shù)據(jù)發(fā)送給桌子端，桌椅之間較近，受。外界干擾較小，成本低，可靠性高。

對于下位機我們選擇了MSP430。原因有三：（1）MSP430 有超低的功耗，在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。（2）豐富的片內(nèi)外設。它是混合信號處理器，能夠針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。（3）開發(fā)環(huán)境方便高效，可以用C語言開發(fā)。對于FLASH型，因為器件片內(nèi)有JTAG調試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設計者調試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺PC機和一個JTAG調試器，而不需要仿真器和編程器。

對于上下位機間的通訊，我們起初采用了WIFI1232-B2模塊，它可以串口轉WIFI，支持802.11 b/g/n協(xié)議，最大32個TCP連接數(shù)，支持Station/AP模式的無線網(wǎng)絡，工作電壓3.3V，支持TCP/UDP/ARP/ICMP/DHCP/DNS/HTTP網(wǎng)絡協(xié)議。于是上位機可以直接使用筆記本，開發(fā)十分便捷。因為上位機是筆記本，所以上位機和顯示屏以及手機的通訊就十分簡單了（可以使用網(wǎng)絡/藍牙等），一條控制通路的開發(fā)很快就完成了。

但是鑒于這款集成模塊成本較高，我們決定上位機使用運行Linux的ARM9來實現(xiàn)，這是博創(chuàng)科技公司的“魔法士”嵌入式開發(fā)套件，因此和手機的通訊也改成了GSM方式，直接由上位機發(fā)送需要清潔的桌子編號給清潔人員身上的手機。

而顯示部分則使用一個運行Android的手機擴展屏幕得到，這是一種比較成熟的技術。實時顯示每個座位的占用和清潔狀況，并給出下一段（1分鐘內(nèi)）可能出現(xiàn)的新座位的預測位置。

3 總結

對于國內(nèi)高校食堂普遍存在資源有限，用餐時間人流量大且分布不均特點進而導致用餐時間十分擁擠。我們關注于通過提高食堂座位資源利用率來緩解就餐期間擁擠的問題。在前期研究的基礎上，本文比較了不同的硬件實現(xiàn)方案并進行了實際的驗證。最終選擇的方案成本可控且布置簡單，但是限于時間和精力所限，沒能實現(xiàn)更靈活、面向實際的功能應用，十分抱歉。

參考文獻

[1]宋揚.基于人流密度的北京地鐵車站節(jié)點設計調查研究[D].北京交通大學，2015.

[2]千承輝，王超，曹曦元，等.多傳感器數(shù)據(jù)處理的人流量監(jiān)測系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索，2013，32（2）：35-38.

（作者單位：北京信息科技大學計算機學院）