基于微信小程序的智能膳食分析系統(tǒng)

張志杰，楊自榮，滕玉東，吳亞聯(lián)

（湘潭大學 信息工程學院，湖南 湘潭 411105）

0 引 言

近年來，人們因為快節(jié)奏的生活方式而無暇顧及自己的飲食，從而養(yǎng)成了一系列不良的飲食習慣。營養(yǎng)過剩會導致高血壓、糖尿病等慢性疾病，而營養(yǎng)不良又會影響人體各方面的發(fā)育。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟（IDF）公布的數(shù)據(jù)顯示，2014年全球共有糖尿病患者3.87億人，而中國的患者數(shù)量居全球首位，且患病率呈逐年上升趨勢。可見，雖然我國的國民經(jīng)濟實力有所發(fā)展，但忽視了身體健康問題[1]。從營養(yǎng)學角度出發(fā)，合理的膳食結(jié)構(gòu)不但要有充足的能量供應，同時也需要足量的維生素和微量元素供給。因此，在日常飲食中，只有注重飲食的合理性以及健康性，才能減少慢性病的發(fā)生，提升工作效率與生活質(zhì)量[2]。

國內(nèi)已有一些指導人們健康飲食的膳食分析軟件，此類軟件需手動輸入一天所吃的食物信息，應用不方便，且輸入的數(shù)據(jù)存在較大誤差，導致分析結(jié)果出現(xiàn)偏差。

為了更好地指導人們健康飲食，也為了讓餐飲服務(wù)更好地滿足用餐者的消費需求，設(shè)計開發(fā)了一款以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的膳食分析系統(tǒng)。智能餐盤系統(tǒng)利用RFID射頻識別技術(shù)，自動獲取用戶的用餐數(shù)據(jù)，通過WiFi模塊將用戶用餐數(shù)據(jù)上傳至OneNet云服務(wù)器，云端軟件自動處理用戶的飲食數(shù)據(jù)，用戶可在微信小程序中實時查看自己的飲食分析結(jié)果，從而進一步改善自己的膳食搭配。同時，用戶還可通過微信小程序[3]向系統(tǒng)餐飲合作服務(wù)方反饋建議，為餐飲服務(wù)方的經(jīng)營提供支持。

本系統(tǒng)基于用戶實際用餐大數(shù)據(jù)完成膳食分析，簡化膳食評價流程，增強膳食分析的可靠性，實現(xiàn)了膳食分析的智能化。

1 系統(tǒng)功能分析與方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能分析

根據(jù)需求分析，本系統(tǒng)需實現(xiàn)以下功能：

（1）飲食分析：用戶可知曉用餐的熱量、三大營養(yǎng)素、微量元素的攝入情況；

（2）余菜查詢：通過計算已售菜品的數(shù)量來反映食堂余菜量；

（3）飲食周報：每周向用戶發(fā)送一個飲食周報（卡路里攝入情況，攝入營養(yǎng)素比例，飲食時間波動情況，飲食建議），為用戶下周的飲食提供參考；

（4）飲食定制：根據(jù)用戶的需求，系統(tǒng)提前為用戶提供幾種營養(yǎng)菜譜，供用戶選擇；

（5）尚食圈：為用戶提供一個社交平臺。

1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)主要由用餐數(shù)據(jù)采集與發(fā)送模塊，云服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理模塊和用戶微信小程序模塊組成。其具體設(shè)計方案如下所示：

（1）用餐數(shù)據(jù)采集與發(fā)送模塊由RC632讀卡器、RC522讀卡模塊、WiFi模塊、12864液晶顯示模塊、LCD液晶顯示屏組成。RC632讀卡器用以采集餐飲數(shù)據(jù)；RC522讀卡模塊用以收集用戶身份數(shù)據(jù)；WiFi模塊將用戶的餐飲數(shù)據(jù)和身份數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器端；12864液晶顯示模塊和LCD液晶顯示屏分別顯示餐飲數(shù)據(jù)和用戶身份數(shù)據(jù)。

（2）云服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理模塊：通過TCP協(xié)議來接收用戶餐飲數(shù)據(jù)和用戶身份數(shù)據(jù)，在云端處理用戶的數(shù)據(jù)，供小程序通過HTTPS請求獲取數(shù)據(jù)。

（3）用戶微信小程序：用戶可通過掃描餐桌上的二維碼進入小程序，也可在微信中搜索附近的小程序進入。小程序中包含有飲食分析、余菜查詢、飲食定制、飲食周報等功能。

系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

2 硬件模塊設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 菜品識別模塊

系統(tǒng)采用RC632讀卡器模塊。MF RC632是飛利浦公司推出的適用于工作頻率為13.56 MHz的非接觸式智能卡和標簽，適用于多種ISO非接觸式標準[4]。其電路原理如圖2所示。

圖2 RC632讀卡器電路原理圖

2.2 身份識別模塊

MF RC522是應用于13.56 MHz非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員，是NXP公司針對“三表”應用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片。電路原理如圖3所示。

2.3 WiFi傳輸模塊

本系統(tǒng)采用的WiFi模塊為樂鑫公司設(shè)計的ESP8266模塊。利用ESP8266 WiFi模塊連接當前局域網(wǎng)，通過AT指令根據(jù)服務(wù)器的IP和端口連接服務(wù)器。之后傳輸用戶身份數(shù)據(jù)及餐飲數(shù)據(jù)。ESP8266電路原理如圖4所示。

2.4 顯示模塊

本模塊使用12864液晶顯示模塊。帶中文字庫的12864是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。

本作品通過12864顯示屏顯示菜品的信息以及用戶信息及刷卡消費的結(jié)果。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 初始化界面設(shè)計

本系統(tǒng)的顯示界面（微信小程序）主要負責顯示服務(wù)信息以及接收來自云服務(wù)器的數(shù)據(jù)。該部分程序基于JavaScript編程實現(xiàn)。其整體設(shè)計和基本算法的架構(gòu)流程如圖5所示。

3.2 微信小程序各功能界面設(shè)計

3.2.1 飲食分析

本功能通過基于RFID芯片的ID號比對食物數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。此功能可讓用戶知曉自己就餐所攝入的卡路里等相關(guān)參數(shù)，并為用戶提供科學的飲食建議，其整體設(shè)計架構(gòu)流程如圖6所示。

3.2.2 余菜查詢

此選項通過檢測已售賣的菜品數(shù)，可根據(jù)餐廳每日計劃的菜品數(shù)量得到當前餐廳的余菜數(shù)。通過小程序查詢餐廳余菜數(shù)及菜品位置，方便用戶知道當前餐廳是否有自己想吃的菜品，同時還可節(jié)約用戶尋找菜品的時間，讓餐廳的服務(wù)更加人性化。其整體設(shè)計架構(gòu)流程如圖7所示。

3.2.3 飲食周報

此功能基于用戶一周的用餐數(shù)據(jù)，通過專業(yè)圖標為用戶提供了一系列權(quán)威分析，其分析理論依據(jù)為營養(yǎng)學相關(guān)理論[5]。該功能通過總結(jié)用戶一周的飲食情況來幫助用戶均衡膳食結(jié)構(gòu)并提供未來一周的飲食指導，旨在降低因飲食問題而導致的慢性病的發(fā)病率。飲食周報操作流程如圖8所示。

圖5 系統(tǒng)初始化流程圖

3.2.4 飲食定制

此功能為用戶提供了專屬的營養(yǎng)套餐。用戶輸入自己的相關(guān)健康信息，如身高、體重等，系統(tǒng)根據(jù)這些信息及平常的用餐習慣，自動為用戶提供營養(yǎng)套餐[6]。用戶提前一天選擇好自己喜歡的套餐，第二天只需憑小程序里的號碼到餐廳的專屬窗口領(lǐng)取自己的套餐即可。餐廳可根據(jù)自身情況，自行設(shè)定專屬套餐的數(shù)量。此功能主要服務(wù)于一些有特定飲食需求的人群，比如對特定食物過敏的人群、糖尿病人等，其整體設(shè)計的架構(gòu)流程如圖9所示。

圖6 本餐分析操作流程圖

圖7 余菜查詢設(shè)計流程圖

圖8 飲食周報操作流程圖

圖9 飲食定制操作流程圖

3.2.5 尚食圈

此功能提供了該小程序的用戶交流平臺，用戶可在上面發(fā)表自己的相關(guān)動態(tài)。隨著社交網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，美食這一高度生活化的話題相比于其他話題更受到人們的青睞[7]。其整體設(shè)計的架構(gòu)流程如圖10所示。

3.3 服務(wù)器端的設(shè)計與實現(xiàn)

服務(wù)器端主要由三個模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。具體的模塊說明如下：

（1）服務(wù)器的監(jiān)聽：通過Flask框架搭建5 000通信端口，通過該端口發(fā)送與接收HTTP請求；

（2）讀取數(shù)據(jù)庫信息：頂層構(gòu)建peeweeModel對象，底層通過peewee框架對數(shù)據(jù)庫進行具體操作。底層使用MySQL框架對數(shù)據(jù)進行管理；

（3）向移動云端發(fā)送數(shù)據(jù)：通過OneNET云平臺的API公共接口獲取數(shù)據(jù)。

圖11 服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖

4 創(chuàng)新點分析

4.1 智能化

智能結(jié)算臺自動將用戶用餐數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進行處理，與市面上大部分飲食分析軟件不同，無需手動添加用餐信息，大大節(jié)約了時間。同時用戶只需進入微信小程序即可查詢到相關(guān)分析結(jié)果，幫助用戶建立良好的飲食習慣。

4.2 便攜性

使用者若在配有該系統(tǒng)的餐廳用餐，通過掃描餐桌上的二維碼就可以進入小程序。只需在小程序上綁定餐卡信息，無需下載APP即可享受到媲美營養(yǎng)師的一系列服務(wù)。操作簡單，適用于各年齡層的人群。

4.3 擴展性

本系統(tǒng)主要針對高校餐廳[8]或稍加改動應用于醫(yī)院，針對患有慢性病的人群進行特殊營養(yǎng)干預并建立就餐人員健康檔案。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計了一款基于微信小程序的智能膳食分析系統(tǒng)，以云服務(wù)器為核心，將硬件收集信息模塊和微信小程序模塊相結(jié)合，在有效解決食堂擁擠問題的基礎(chǔ)上，滿足現(xiàn)代人對飲食的高要求以及特定人群的飲食需求，進而均衡國民膳食結(jié)構(gòu)以及增強國民的飲食健康意識。此外，在人們追求膳食營養(yǎng)的社會背景下，其在餐飲事業(yè)上能夠有更好的推廣前景。

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