一种基于物联网的食堂信息采集系统研究

摘 要：国内高校食堂普遍存在资源有限，用餐时间人流量大且分布不均特点进而导致用餐时间十分拥挤。而对于高校大规模建设食堂又十分浪费，于是我们关注于通过提高食堂座位资源利用率来缓解就餐期间拥挤的问题。在前期研究的基础上，本文比较了不同的硬件实现方案并进行了实际的验证。

关键词：物联网；食堂信息采集系统；研究

0 引言

问题主要难点在于：对现有食堂不可能进行大规模改造，所以要求设备的安装、维护尽可能的方便。以我校健翔桥校区为例，食堂一楼大概有两百多张桌椅。规模过大、成本过高，而且分布式的供电是个很大的工程问题。因此，本文主要对下位机收集信息和上下位机及手机之间通讯进行了实证，分别尝试了有线、WIFI、多对一射频、Zigbee方式。

1 系统方案

（1）基于AT89C51单片机的无线数据采集系统，系统图像如图所示，该无线数据采集系统是在单片机控制下进行数据采集的，系统硬件设计包括传感器与A/D转换、单片机系统、无线发送接收器、无线发送接收器等电路。无线发送接收器接受数据之后将其显示或传输给再上一级或是计算机。

（2）基于CC1100的无线传输系统，传感器将采集到的数据送入子控制器AT89S52单片机进行综合处理，处理后得到的桌椅使用情况信息经无线传输模块CC1100发送到主机进行显示等相应处理。具有布线简单、功耗低和无线收发等优点。

数据无线传输控制器采用美国ATMEL公司研发的AT89S52单片机，是一种高性能、低功耗的8位微控制器，具有8k Byte可编程Flash存储器。由子控制器控制无线模块收发数据，并对其进行显示等处理；主控制器循环地接收从机端的实时数据，控制人机接口，对数据进行相应处理。

数据传输模块采用TI公司开发的无线收发芯片CC1100，可根据需要设置不同的工作频率（可选频率为315MHz、433MHz、868MHz和915MHz），该系统使用的频率为433MHz。芯片以串行方式通讯，提供多达256个信道，能以单片机为控制核心搭建传输距离达200m以上的无线传输网络，而且功率低，其工作状态分为IDEL（待机）、RX（接收）、TX（发送），支持远程唤醒功能，能进一步降低远程传输系统的功耗。

而后是餐桌与上位机（拟为远程计算机）直接的无线数据通信。我们将采用多对一的远程射频通信，由多张餐桌作为信号发送端，远程计算机（或是工控机）作为接收端，进行数据的收集和处理。远程计算机将对餐桌进行编码，而后返回数据，具体技术方案预计可能采用上述基于CC1100的无线传输系统，CC1100芯片以串行方式通讯，提供多达256个信道，满足多对一的远程信息传输。

2 实证研究

对于桌椅之间的通信。在实际操作中，我们发现方案一没有办法满足收集信息的需要（需要采集并控制4个传感器和5个开关），方案二成本较高，而且调试复杂，容易脱落，维护成本较高。

所以我们最后采用有线的方式，传感器使用压力传感器，而桌子正面提供了5个开关，其中4个为压力传感配套用来收集座位实际有人与否的情况，开关则提供给就餐者使用。

这种方式椅子从多种传感器收集数据发送给桌子端，桌椅之间较近，受。外界干扰较小，成本低，可靠性高。

对于下位机我们选择了MSP430。原因有三：（1）MSP430 有超低的功耗，在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。（2）丰富的片内外设。它是混合信号处理器，能够针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。（3）开发环境方便高效，可以用C语言开发。对于FLASH型，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的 FLASH 存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开發。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。

对于上下位机间的通讯，我们起初采用了WIFI1232-B2模块，它可以串口转WIFI，支持802.11 b/g/n协议，最大32个TCP连接数，支持Station/AP模式的无线网络，工作电压3.3V，支持TCP/UDP/ARP/ICMP/DHCP/DNS/HTTP网络协议。于是上位机可以直接使用笔记本，开发十分便捷。因为上位机是笔记本，所以上位机和显示屏以及手机的通讯就十分简单了（可以使用网络/蓝牙等），一条控制通路的开发很快就完成了。

但是鉴于这款集成模块成本较高，我们决定上位机使用运行Linux的ARM9来实现，这是博创科技公司的“魔法士”嵌入式开发套件，因此和手机的通讯也改成了GSM方式，直接由上位机发送需要清洁的桌子编号给清洁人员身上的手机。

而显示部分则使用一个运行Android的手机扩展屏幕得到，这是一种比较成熟的技术。实时显示每个座位的占用和清洁状况，并给出下一段（1分钟内）可能出现的新座位的预测位置。

3 总结

对于国内高校食堂普遍存在资源有限，用餐时间人流量大且分布不均特点进而导致用餐时间十分拥挤。我们关注于通过提高食堂座位资源利用率来缓解就餐期间拥挤的问题。在前期研究的基础上，本文比较了不同的硬件实现方案并进行了实际的验证。最终选择的方案成本可控且布置简单，但是限于时间和精力所限，没能实现更灵活、面向实际的功能应用，十分抱歉。

参考文献

[1]宋扬.基于人流密度的北京地铁车站节点设计调查研究[D].北京交通大学，2015.

[2]千承辉，王超，曹曦元，等.多传感器数据处理的人流量监测系统[J].实验室研究与探索，2013，32（2）：35-38.

（作者单位：北京信息科技大学计算机学院）