引言
當今世界無線通信技術發展迅速，如藍牙，Wi-Fi，紅外，ZigBee等無線技術，已經在很多領域得到了應用。無線點餐系統將先進的Zig-Bee技術運用于傳統的餐飲業，進而提高餐廳的服務水平和工作效率。目前，應用于餐飲行業的無線通信技術主要包括紅外技術，藍牙技術和ZigBee技術等。紅外技術屬于短距離，點對點的半雙工通信方式，不適用于網絡的組網；藍牙技術成本高，不適合較多節點的網絡。本研究采用了低速率，低成本，低功耗的ZigBee技術，設計無線點餐系統。
1 無線點餐系統整體結構
無線點餐系統主要由點餐終端與服務臺終端組成，兩部分通過ZigBee無線模塊實現數據通信。點餐終端選用了友善之臂帶有7寸觸摸屏的ARM9開發板，通過上位機用戶界面程序可以實現點餐功能。服務臺終端選用一臺帶有串口／并口的臺式電腦，連接無線模塊和POS58系列微型打印機，對點餐終端發送過來的數據進行處理，實現打印小票的功能。
點餐系統的整體結構如圖1所示。
2 硬件電路的設計
2．1 無線通信模塊
CC2430是TI公司推出的用來實現ZigBee應用的系統級芯片。CC2430內部已集成2．4 GHz的射頻核心和8051控制器，外接簡單的電路便可實現信號的收發功能。這種解決方案能夠有效提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2．4 GHz ISM波段應用，及對低成本，低功耗的要求。
圖2為CC2430外圍電路設計。
當芯片正常工作時，電容C1，C2連接32 MHz晶振組成高頻晶振電路，用于發送數據。偏置電阻R1用于為32 MHz晶體振蕩器設置精密偏置電流。芯片休眠時，電容C3，C4連接32.768kHz的晶振組成低頻晶振電路，降低功耗。電容C5用于去除雜波干擾，防止單片機錯誤復位。C5，C7，C8是濾波電容，去除雜波干擾使電壓更穩定。C10，C11，C12，C13，C14為去耦合電容，用來電源濾波，提高芯片工作的穩定性。電路中電容C9，電感L1，L2，L3以及一個PCB微波傳輸線組成非平衡變壓器，整個結構滿足RF輸入／輸出匹配電阻的要求。
2．2 服務臺終端
服務臺終端選用帶有串口／并口的PC機。PC機與無線模塊通過串口連接，和微型打印機通過并口連接。如圖3所示，ZigBee無線模塊和PC機通過串口(TXD和RXD)進行通信，直接向串口讀寫即可。PC機向微型打印機的8位數據信號線DATA0～7發送數據，數據選通輸入信號STB低電平有效，DATA0～7的數據只有在有效的STB信號作用下才能被鎖入打印機內部鎖存器中。打印機狀態信號BUSY高電平有效，表示打印機正在打印數據。
3 網絡節點軟件的設計
3．1 網絡節點程序
ZigBee網絡支持三種網絡結構，即星狀、樹狀和網狀。節點設計基于通用性及便于開發的考慮，移植了TI公司的Z-Stack協議棧，其主要特點就是兼容性，支持IEEE 802．15．4標準的CC2430片上系統解決方案。ZigBee網絡中有三種設備，分別是協調器、路由器及終端設備。協調器負責啟動一個網絡，在一個ZigBee網絡中有且只有一個協調器設備。本系統選用了一個協調器和多個終端設備，對協議棧進行了相應的修改和增減以適應硬件電路的實際需求，組成簡單的星形網絡。
Z-Stack是基于操作系統的思想來構建的，采用事件輪循機制，整個協議棧用C語言編寫。當各層初始化之后，系統進入低功耗模式，當事件發生時，喚醒系統，開始進入中斷處理事件，結束后繼續進入低功耗模式。如果同時有幾個事件發生，判斷優先級，逐次處理事件。這種軟件構架可以極大地降級系統的功耗。整個Z-Stack的主要工作流程，大致分為系統啟動、驅動初始化、OSAL初始化與啟動和進入任務輪循幾個階段。
系統流程如圖4所示。
當硬件初始化完成后，打開中斷，執行osal_star_system()函數開始運行OSAL系統。該任務調度函數按照優先級檢測各個任務是否就緒。如果存在就緒的任務則調用tasksArr()中相對應的任務處理函數去處理該事件，直到執行完所有就緒的任務。如果任務列表中沒有就緒的任務，則可以使處理器進入睡眠狀態實現低功耗。OSAL任務調度流程如圖5所示。
ZigBee網絡的形成是通過ZDApp_Init這個任務實現的。zDApp_Init任務中調用了函數ZDAPP_Net-workInit，如果是協調器就建立網絡，確定PANID與頻道選擇，打開全局中斷之后進入監聽狀態，監測網絡中有無ZigBee信號，如果有節點申請加入網絡，協調器給節點分配網絡地址。對于終端設備，完成初始化之后，發送申請加入網絡信號，等待協調器響應。成功加入網絡后，進入休眠狀態等待喚醒。網絡啟動程序流程如圖6所示。
3．2 服務臺終端程序
服務臺程序主要是用來處理接收到的數據包，對數據進行解碼、數據庫存儲及打印。如圖7所示，每個節點的數據包含有以下內容：起始幀，和結束幀均屬于標準8位字節，設置為0X00；餐桌號，每個節點對應不同的桌號，0X01表示1號桌，在點餐終端里設置；數據長度，表示這個數據包里所點菜的總數目；數據幀，真正的菜單信息，每一位表示一種菜的名稱和數量，例如數據0X42，即“01000010”，低三位表示數量，高五位表示菜的代碼，可以定義32種菜；結束幀，標志信息結束。
3．3 點餐界面的設計
點餐終端選用帶有觸屏的ARM9開發板，內置Windows CE 6．0操作系統，用．NET編寫的用戶界面程序主要實現如下功能：
(1)菜單查詢，通過觸摸屏進行菜單的瀏覽查詢，查詢出的菜品可以顯示出菜的名稱、單價和圖片。
(2)點菜，實現加菜、減菜、選擇數量等功能。
(3)服務呼叫，對臨時需要服務員過來的情況，提供呼叫服務功能。
(4)廣告播放，觸摸屏在無觸摸的情況，利用空余時間會循環播放廣告。
4 調試結果
系統選用了3個點餐終端分別對應3個餐桌，1個服務臺終端，組成星形網絡。如圖8所示，通過點餐界面，選中了三種菜，確定發送后，在圖9所示的服務臺界面中，成功收到數據，并且準確的解碼，存儲在對應的數據庫表中。
若點餐終端的呼叫按鍵被按下，服務臺終端的呼叫按鍵會閃爍5 s。
由于ZigBee網絡采用了CSMA／CA機制，帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問，確保多點發送時，利用ACK信號盡量避免發生數據沖突，使系統更加穩定可靠。
5 結語
本文提出了基于ZigBee技術的無線點餐系統的設計方案。研究表明，該系統能有效地進行無線網絡組建，在室內環境下實現了數據的可靠傳輸。隨著科技的進步和網絡設備成本的降低，ZigBee技術在現代餐飲業，乃至更多的行業中的應用將產生重大的經濟效益。