一种基于多协作无线网络的无线点菜装置和无线点菜系统.pdf

本发明公开了一种无线点菜装置和无线点菜系统，该无线点菜系统包括中央处理单元和至少两个以上的无线点菜装置。其中，中央处理单元包括中央处理器、数据存储器和射频收发装置，并加载有无线协作网络的协议部分，作为无线协作网络的协调器；无线点菜装置则进一步加载有路由器软件和/或终端软件。加载有路由器软件的无线点菜装置可以作为无线协作网络的路由器，其允许其它无线网络节点加入无线协作网络的装置。本发明优选的协议部分为ZigBee协议栈或MiWi协议栈，从而使得网络中的节点数目大大增加，例如至少可以到达几百个以上；而且对系统资源要求低，从而具有低成本、低功耗、结构简单的特点。

1、  一种无线点菜装置，该无线点菜装置包括人机交互部分、嵌入式处理器和射频收发装置，其中，所述的人机交互部分包括能够显示菜肴名称和/或菜肴图象以及当前菜肴烹饪状态的显示装置和触摸传感电路，并能够通过所述的显示装置与所述触摸传感电路的配合，完成人机交互功能；所述的嵌入式处理器包括人机交互部分的硬件接口和射频收发装置的硬件接口，并加载有无线协作网络的协议部分和人机交互部分的接口软件，其特征在于，由所述的嵌入式处理器和所述的射频收发装置构成的无线网络节点能够在至少100个以上该种节点之间实现无线的网络协作。

2、  如权利要求1所述的无线点菜装置，其特征在于，所述的无线协作网络的协议部分是ZigBee协议栈或MiWi协议栈。

3、  如权利要求1所述的无线点菜装置，其特征在于，所述的嵌入式处理器进一步包括消费结算接口，所述的无线点菜装置进一步包括消费结算处理部分。

4、  如权利要求3所述的无线点菜装置，其特征在于，所述的消费结算处理部分包括非接触射频识别装置、近场通讯装置、银行卡结算处理装置或指纹识别处理装置；其中，所述的非接触射频识别装置进一步包括电子标签、读写电路和天线；所述的近场通讯装置是将非接触射频识别的电子标签和点对点数据传输功能集成到手机中并且完成手机和设备之间的双向识别和连接的电路。

5、  如权利要求1所述的无线点菜装置，其特征在于，所述的无线点菜装置是一种便携式无线点菜装置或固定式无线点菜装置。

6、  一种无线点菜系统，该无线点菜系统包括中央处理单元和至少两个以上的如权利要求1-5之一所述的无线点菜装置，其特征在于，所述的中央处理单元包括中央处理器、数据存储器和射频收发装置，并加载有无线协作网络的协议部分，该中央处理单元通过运行所述无线协作网络的协议部分，能够作为所述无线协作网络的协调器；所述的无线点菜装置进一步加载有路由器软件和/或终端软件，其中，所述的加载有路由器软件的无线点菜装置能够起到所述无线协作网络的路由器的作用，所述的路由器是指通过它允许其它无线网络节点加入所述无线协作网络的装置。

7、  如权利要求6所述的无线点菜系统，其特征在于，所述的无线点菜装置加载有终端软件，并作为所述无线协作网络的终端；而所述的无线点菜系统则进一步设置有专属路由器，该专属路由器包括嵌入式处理器和射频收发装置，并加载有路由器软件。

8、  如权利要求6所述的无线点菜系统，其特征在于，所述的无线点菜系统进一步包括一个或一个以上的自动/半自动的烹调设备，其中，所述的中央处理单元与所述烹调设备的控制系统实现通讯连接，或者所述的中央处理单元本身设置于所述烹调设备的控制系统内。

9、  如权利要求6所述的无线点菜系统，其特征在于，部分所述无线点菜装置加载有路由器软件，作为所述无线协作网络的路由器，而其余所述无线点菜装置则加载有终端软件，并作为所述无线协作网络的终端。

10、  一种用于如权利要求6-9之一所述无线点菜系统的控制系统，其特征在于，该控制系统包括中央处理模块、数据库模块、路由模块和点菜模块；
其中，所述的中央处理器模块协调整个餐厅的各个控制节点的通讯和动作，其与无线协作网络的协调器相配合，在整个餐厅中组建一个并行协作网络；
所述的数据库模块包含顾客信息和菜肴信息，并能够定期实时更新和自动维护；
所述的路由模块允许其它无线协作网络的节点加入所述无线协作网络，完成所述无线协作网络新成员的绑定和路由，实现点对点或一点对多点的数据传输；
所述的点菜模块显示菜肴名称和/或菜肴图像以及当前菜肴烹饪状态，利用触摸传感电路发出点菜命令和/或结算命令，完成人机交互功能。

一种基于多协作无线网络的无线点菜装置和无线点菜系统
技术领域
本发明涉及一种基于多协作无线网络的无线点菜装置和无线点菜系统。更具体地讲，本发明涉及一种用于自动/半自动烹调设备的、基于多协作无线网络的无线点菜装置和无线点菜系统。本发明还涉及用于这种无线点菜系统的控制系统。
背景技术
到目前为止，绝大多数餐饮服务企业仍采用人工服务形式，即顾客向服务员点菜，然后由服务员向厨房下单。这种服务方式运作成本高，而且在服务高峰时段，顾客不得不较长时间地等待服务员。
随着电子技术的发展，业界也在不断尝试开发电子点菜服务系统，以克服人工服务方式的缺憾。
中国实用新型01204668.X公开了一种无线电子点菜装置，该无线电子点菜装置由按键电路、主电路和液晶电路三块板构成，其中，主电路设有主控电路、无线/有线传输电路、存贮电路、显示控制电路以及供电电路。但该实用新型采用无线工作频段为433MHz的双频段无线收发器来完成无线电子点菜器和接受站点的数据交互，其节点数相当有限，无法实现多节点的协同工作。
中国专利申请02100184.7公开了一种掌上无线点菜系统，该点菜系统由掌上无线点菜器、通信基站、网络控制器、打印机、服务器电脑、工作端电脑和相应的管理和控制软件构成，用于餐厅或酒吧的点单、下单、出品、结账全过程的自动化管理，服务员只需在掌上无线点菜器上根据顾客的要求完成点单后，发送给通信基站；经服务器电脑处理后，自动分类下单到冷食间、厨房间、酒吧、服务台等相关部门。与中国实用新型01204668.X一样，该专利申请的无线通讯模块的工作频率为433.92MHz和434.33MHz，并采用FSK调制技术和DDS(直接数字合成)+PLL稳频方式，同样存在节点有限的问题。
中国专利200410066778.9公开了一种由菜单本体与菜单基座构成的无线电子式菜单装置，其将餐厅的多页纸张式菜单放入菜单本体中，借助数字感应笔输入技术，来取得感应笔所在菜单位置的坐标，且利用光感应装置来自动侦测使用者正在点选哪一页菜单，然后菜单本体将所收集的资料，利用有线通讯装置或无线发射/接收装置传递至菜单基座中，菜单基座从存储装置中取得对应且已预先录制的语音、音讯、字型、图像和视频资料，以多媒体的表现方式来协助使用者获得餐饮的信息与选定餐点。该专利中所使用的无线收发装置为蓝牙无线传输装置或红外线传输装置。
但上述的技术存在节点少、传输范围小、数据交互性差等缺点。上述技术所描述的点菜系统的节点数不能顾及到每一个客人的点菜要求和完成每个客人与周边设备的交互，并且不能将顾客现有的设备(比如手机或PDA)加入到网络中完成点菜、菜肴介绍阅读、显示当前菜肴烹饪情况等交互功能。
为此，中国专利申请200610026433.X开发了一种基于网络的远程智能点菜系统。顾客通过语种选择功能模块完成语种选择后进入菜系选择功能模块，进行菜系选择，菜系选择好后进入点菜功能模块，完成点菜；点菜经过数据传输功能模块打包处理并解析后发送到后台管理功能模块，数据传输功能模块包括远程数据打包及收/发模块、网卡、服务器数据打包及收/发模块，后台管理功能模块包括:菜单接收功能模块、菜单管理功能模块、收银管理功能模块和数据库管理功能模块。该申请的远程智能点菜系统能够通过网络，在办公室内或其它地点根据需要完成点菜。
中国专利申请200610026096.4公开了一种多语种智能无线图像点菜系统。其中，语种选择功能模块、菜系选择功能模块及点菜功能模块集中在一个PDA内，顾客通过语种选择功能模块完成语种选择后进入菜系选择功能模块，进行菜系选择，菜系选择好后进入点菜功能模块，完成点菜；点菜经过无线网桥发送到管理中心服务器、收银台服务器和厨房显示打印设备，然后进入后台管理功能模块，后台管理功能模块包括服务器菜单接收功能模块、服务器菜单管理功能模块、收银管理功能模块和数据库管理功能模块。该申请能够将各种菜肴直接以图像形式显示于顾客面前，但该申请中数据传输是通过由无线网卡和无线网桥构成的局域无线网络完成的。但该申请采用蓝牙协议，其节点最多为7个。
上述的现有点菜系统并没有组建成一个并行协作网络，扩展麻烦，效率低，实时性差，没有做到高效实时，而且所提供的菜肴信息有限单调，没有金额结算方式或者结算方式有限；同时，现有的点菜系统是针对人工厨师的，不适合采用自动烹调机的高交互型的智能餐厅。
因此，有必要提供一种便于扩展、实时高效、尤其适用于用于自动/半自动烹调设备的点菜装置以及相应的智能点菜系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多协作无线网络的无线点菜装置和无线点菜系统，这种无线协作网络可以方便地实现多点协作，网络的节点数量所受限制很少，甚至可以达到上万节点。
为了实现上述的发明目的，一方面，本发明提供了一种无线点菜装置，该无线点菜装置包括人机交互部分、嵌入式处理器和射频收发装置，其中，人机交互部分包括能够显示菜肴名称和/或菜肴图象以及当前菜肴烹饪状态的显示装置和触摸传感电路，操作人员能够根据显示装置所显示的信息，操作触摸传感电路，完成人机交互功能；嵌入式处理器除一般的逻辑处理电路外，还包括人机交互部分的硬件接口和射频收发装置的硬件接口，并加载有无线协作网络的协议部分和人机交互部分的接口软件。在本发明的无线点菜装置中，由嵌入式处理器和射频收发装置构成的无线网络节点，能够在至少10个、优选为100个以上该种节点之间实现无线的网络协作。
在本发明的无线点菜装置中，所采用的无线协作网络的协议部分优选为ZigBee协议栈或MiWi协议栈。其中，ZigBee协议是在802.15.4基础上发展建立起来的，它主要用于低成本、低功耗、简单、近距离和高节点数的联网应用，而MiWi协议栈是由Microchip推出的用于IEEE802.15.4无线网络的免费协议栈，其为ZigBee协议的简化版本，适用于存储空间有限并追求成本效益的场合。
本发明的无线点菜装置之所以加载ZigBee协议或MiWi协议，是基于以下的考虑:(1)从系统资源的角度来看，GPRS/GSM所需的系统资源一般至少为16MB以上，Bluetooth所需的系统资源一般也要大于250KB，而ZigBee或MiWi协议所需的系统资源在4KB-32KB之间即可，这样，采用ZigBee或MiWi协议的单个节点的成本大大降低，适合餐厅或饭店的用途；(2)从传输距离来看，GPRS/GSM的传输距离可达到1000米以上，Bluetooth的传输距离则只有1-10米左右，而ZigBee或MiWi的传输距离在1-100米，甚至可以超过100米，尤其适合餐厅或饭店的无线点菜系统的网络；(3)从网络的扩充能力来看，1个Bluetooth的节点最多只能与7个节点实现通讯，而1个ZigBee或MiWi的节点能与多达65536个节点实现通讯。
在本发明的无线点菜装置中，嵌入式处理器可以采用现有技术中通行的处理器，运行操作系统(Windows、Linux或U/COS等)，它可以包含无线协作网络的协议部分、人机交互接口部分、小金额消费结算接口部分等。无线点菜装置中则可以进一步包括消费结算处理部分，例如，还可以进一步包括如下手段:
1)非接触射频识别装置-RFID
RFID(射频识别)是由电子标签(Tag)、读写器和天线组成，一般分为有源和无源两种模式。RFID可靠性高，有内部CRC冗余校验，提高数据可靠性，一些电子标签还附加了加密功能，增加了系统的安全性。
其中，有源RFID是通过读写器发射天线发送一定频率的电磁波，电子标签进入发射天线的工作区域时会产生感应电流进行充电激活，电子标签别激活后将自身的ID号和一系列的数据发送给读写器。而无源RFID和有源RFID的区别就是没有电磁波充电激活的步骤，当它进入读卡器发射天线工作区域的时候将自身的ID和数据发送出去。
例如，当顾客进入机器人餐厅的时候会购买一定金额的RFID电子标签，这里会将电子标签封装成多种样式，便于携带。当客人进入餐厅坐下的时候，可以通过桌面的固定点菜模块读写其RFID卡来完金额的消费动作。也可以通过便携式的点菜模块上的读写器来完成金额结算。结算成功会将顾客选择的菜肴的编号通过ZigBee或者MIWI的协调器发送给智能烹饪机器人。烹饪机器人即可开始准备调用顾客选择的菜肴的烹制。
2)近场通讯装置-NFC
NFC是结合无线射频识别(RFID)和互联技术发展出来的一种短距离无线通信技术标准。它实际上是在芯片上集成了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点数据传输的功能，它将是未来手机进行短距离通讯的标准。
本发明中，近场通讯装置是将非接触射频识别的电子标签和点对点数据传输功能集成到手机中并且完成手机和设备之间的双向识别和连接的电路。它运行在13.56MHZ频段，工作距离20厘米以内，具有双向连接和识别的特点。
在无线点菜系统中可以利用其两种典型应用:
接触支付(Touch and Pay)，顾客将手机靠近嵌有NFC部件的智能点菜模块完成小金额的结算，并确认交易。
接触连接(Touch and Connect)，将顾客手机中的NFC部件和智能点菜模块中的NFC部件相连接，进行点对点(Peer-to-Peer)数据传输，将当前菜肴的菜单、菜肴的介绍等内容下载到顾客的手机中，顾客可以方便的阅读和保存。并且可以在任何方便的地方设置智能点菜系统中的NFC部件(可以在机器人餐厅以外)，并且定期更新，这样顾客可以随时获取机器人餐厅当日或某一时段的菜单信息和菜肴介绍等资讯。
本发明中，通过近场通讯装置，可以将顾客现有的设备如手机或PDA等，加入到网络中，完成点菜、菜肴介绍阅读、显示当前菜肴烹饪情况等交互功能。
3)银行卡结算处理装置
可以与现有的银行网络连接，类似与现在的划卡消费的方式将银行POS机的功能结合到智能点菜模块中完成金额结算和确认。
4)指纹识别处理装置
对于一些特殊的VIP顾客，可以将其指纹信息保存在中央控制系统的数据库内，当进行指纹信息比对的时候，将顾客的指纹信息通过无线协作网发送到数据库进行比对，并且可以在中央控制系统的数据库中查出该顾客的喜好并且根据其喜好进行菜肴推荐。
本发明的无线点菜装置既可以是一种便携式无线点菜装置，也可以是一种固定式无线点菜装置。其中，便携式无线点菜装置采用电池作为其能源，而固定式无线点菜装置则相应地包括电源处理部分。
另一方面，本发明还提供了一种无线点菜系统，该无线点菜系统包括中央处理单元和至少两个以上的如上所述的无线点菜装置；其中，中央处理单元包括中央处理器、数据存储器和射频收发装置，并加载有无线协作网络的协议部分，该中央处理单元通过运行无线协作网络的协议部分，能够作为无线协作网络的协调器；无线点菜装置则可以进一步加载有路由器软件和/或终端软件，其中，加载有路由器软件的无线点菜装置能够起到无线协作网络的路由器的作用，这样，这部分无线点菜装置可以作为路由器。
本发明中，所谓的路由器是指通过它允许其它无线网络节点加入所述无线协作网络的装置。
作为本发明无线点菜系统的一种具体实施方式，可以将无线点菜系统中的部分无线点菜装置加载路由器软件，使其作为无线协作网络的路由器，而其余的无线点菜装置则加载终端软件，作为无线协作网络的终端。
作为本发明无线点菜系统的另一种具体实施方式，可以将所有的无线点菜装置都加载终端软件，并作为无线协作网络的终端；无线点菜系统则进一步设置专属路由器，该专属路由器包括嵌入式处理器和射频收发装置，并加载有路由器软件。
当然，本发明的无线点菜系统也可以既设置专属路由器，又将部分无线点菜装置加载路由器软件，使其作为无线协作网络的路由器。
在本发明无线点菜系统所涉及的无线协作网络中，一般情况下，网络的节点可以大致分为三类，即所谓的协调器、路由器和终端。在一种最简单的小型无线协作网络中，可以不设路由器，而只设置协调器和终端，但这只是一种特例。
其中，本发明的协调器类似于有线网络的服务器，是中央核心处理部分，其功能是组建无线网络，它可以接受或拒绝其它新的网络成员，完成新网络成员的绑定和路由，也可以完成点对点的数据传输或者一点对多点的数据传输；协调器是始终开启的，没有休眠和唤醒功能。
本发明路由器的作用是:通过路由器允许其它网络节点加入无线协作网络，以提高整个无线协作网络的物理范围；完成新网络成员的绑定和路由；完成点对点的数据传输或者一点对多点的数据传输；与协调器完成网络构建。路由器也是始终开启的，没有休眠和唤醒功能，而且路由器也可以作为一个单独的特殊终端设备使用。
本发明的无线协作网络中，终端设备是整个网络的分布最末端，它只能依靠它的父节点完成数据传输，没有绑定和路由功能，并且它包含休眠和唤醒等低功耗功能，而且可以采用电池供电用于便携式移动设备。
本发明的无线点菜系统可以进一步包括一个或一个以上的自动/半自动的烹调设备，例如烹调机器人，此时，中央处理单元可以与烹调设备的控制系统实现通讯连接，或者中央处理单元本身设置于烹调设备的控制系统内，或是烹调设备控制系统的一部分。
再一方面，本发明还提供了一种用于上述无线点菜系统的控制系统，该控制系统包括中央处理模块、数据库模块、路由模块和点菜模块；其中，中央处理器模块协调整个餐厅的各个控制节点的通讯和动作，其与无线协作网络的协调器相配合，在整个餐厅中组建一个并行协作网络；数据库模块包含顾客信息和菜肴信息，并能够定期实时更新和自动维护；路由模块允许其它无线协作网络的节点加入无线协作网络，完成无线协作网络新成员的绑定和路由，实现点对点或一点对多点的数据传输；点菜模块则显示菜肴名称和/或菜肴图象以及当前菜肴烹饪状态，利用触摸传感电路发出点菜命令和/或结算命令，完成人机交互功能。
本发明的无线点菜装置和无线点菜系统，能够通过人机交互部分显示当前菜肴情况和当前烹饪情况，然后由客人选择特定菜肴，通过小金额结算部分完成金额交互，通过无线协作网络将所选择的菜肴发送给主处理器(协调器)，再由其发送给智能烹饪机器人。如果作为固定式点菜模块，可以接受烹饪机器人在烹饪过程中的烹饪信息，顾客可以实时的知道当前烹饪的进度。
与现有技术的无线点菜系统相比，本发明的无线点菜系统:具有多节点相互操作能力；简单，可以采用简单的通讯方式和简单的通讯协议，并可以采用近距离网络，点对点通讯距离小于100米，再通过路由增加通讯距离；可靠，通讯数据采用冗余校验算法和加密算法确保数据的传输可靠性和传输安全性；成本低，结构简单，主要为天线和协议处理芯片；功耗低，可以采用唤醒和休眠等功能降低无线网络的功耗，尤其适用与便携式点菜系统；容量高，支持大量节点协作，提高系统的可扩展性。
下面结合附图，通过具体的实施方式来进一步地说明本发明；但是可以理解，这些具体的实施方式只是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。本领域的普通技术人员完全可以在本发明的启示下，对本发明的具体实施方式进行改进，或对某些技术特征进行等同替换，但这些经过改进或替换后的技术方案，仍属于本发明的保护范围。
附图说明
图1是本发明便携式无线点菜装置结构示意图。
图2是本发明固定式无线点菜装置结构示意图。
图3是图1所示的便携式无线点菜装置中一种触摸传感的电路图。
图4是图1所示的便携式无线点菜装置中一种射频收发装置的电路图。
图5是图1所示的便携式无线点菜装置中消费结算处理部分的非接触射频识别装置RFID卡读写电路图。
图6是本发明的一种按星状网络分布的无线点菜系统。
图7是本发明的一种按树状网络分布的无线点菜系统。
图8是本发明的一种按网状网络分布的无线点菜系统。
图9是图1所示人机交互部分的软件构架。
具体实施方式
图1所示是一种本发明便携式无线点菜装置结构示意图。从硬件结构上看，图1所示的装置包括人机交互部分、嵌入式处理器、射频收发装置和电池；其中。人机交互部分又包括显示装置和触摸传感电路，显示装置能够显示菜肴名称和/或菜肴图象以及当前菜肴烹饪状态，其可以从商用的多款显示器中选择，如SAMSUNG、SHARP等公司生产的不同规格的液晶显示器，只要其使用LCD或VGA等标准接口即可。而图3则人机交互部分的触摸传感器的电路图。图4是其射频收发装置的电路图。
图1所示装置的嵌入式处理器可以使用现在流行的ARM构架的嵌入式处理器或者INTEL的X86构架的处理器，要有足够多的资源运行嵌入式操作系统和图象显示功能；从硬件结构来看，其包括人机交互部分的硬件接口和射频收发装置的硬件接口。该嵌入式处理器要加载无线协作网络的协议部分ZigBee协议栈和人机交互部分的接口软件。
图1所示的小金额结算部分可以采用13.56MHZ的RFID、NFC近场通讯、指纹识别和/或银行卡接口等多技术混合使用的方式。例如，采用图5所示的非接触射频识别装置。
图2则是本发明固定式无线点菜装置结构示意图。图2所示的装置与图1所示的装置基本相同，只是图1所示的装置采用电池作为电源，而图2所示的装置则包括电源处理手段。
图1或图2所示的无线点菜装置可以形成图6所示的星状分布的无线点菜系统，其中，将若干个(例如5个)图1或图2所示的无线点菜装置加载终端软件，作为无线协作网络的终端，而将2个无线点菜装置加载路由器软件，使其作为无线协作网络的路由器。协调器则中央处理单元担当，其包括中央处理器、数据存储器和射频收发装置，并加载有无线协作网络的协议部分。该系统中，每个节点之间的距离是2-60米。
上述图6所示的系统中，协调器类的功能是组建无线网络，它可以接受或拒绝其它新的网络成员，完成新网络成员的绑定和路由，也可以完成点对点的数据传输或者一点对多点的数据传输，而且协调器是始终开启的，没有休眠和唤醒功能。
上述图6所示的系统中，路由器允许其它网络节点加入无线协作网络，以提高整个无线协作网络的物理范围；这些路由器能够完成新网络成员的绑定和路由，完成点对点的数据传输或者一点对多点的数据传输，并与协调器一起完成网络构建。这些路由器也是始终开启的，没有休眠和唤醒功能。
上述图6所示的系统中，终端是图6所示网络的分布最末端，它只能依靠它的父节点完成数据传输，没有绑定和路由功能，并且它包含休眠和唤醒等低功耗功能。
图7则是一种按树状网络分布的无线点菜系统。其中，该网络设置有专属路由器，该类专属路由器包括嵌入式处理器和射频收发装置，并加载有路由器软件。而图1或图2所示的无线点菜装置均加载终端软件，作为无线协作网络的终端。该系统的其它部分与图6所示的系统相同。
图8则本发明的另一种无线点菜系统，除分布方式为网状网络分布外，其余与图7所示的系统相同。图8所示的无线点菜系统中，协调器可以直接与自动烹调设备的控制系统进行通讯。
图9是本发明中人机交互部分的软件构架。其中人机显示界面采用图像的方法简单直观的显示当前信息；金额结算方式包括RFID、NFC、银行卡或指纹识别等方式完成，并且通过特定的协议完成金额结算和结算成功告知；当前烹饪状态通过无线协作网络将顾客所点的菜肴的当前状态实时的显示在人机界面上；菜肴选择是将顾客选择的菜肴类型通过无线协作网络发送出去；菜肴介绍是包含图像、文字和语音的多媒体介绍接口，将顾客选定的菜肴通过直观的方式展现出来，方便顾客选择。