智慧食堂送餐系统的设计与研究(附件)【字数：11104】
本文主旨在设计一个基于STM32系列微控制器智慧食堂系统，该系统主要由硬件系统和软件系统两部分构成。智慧食堂的硬件系统包括道路设计和硬件电路设计两个部分。在道路设计方面，主要考虑道路两侧均有桌子的类型，引导道路主要分为三条，两条用于分别给两侧的餐桌进行送餐，小车根据桌号自动选择其中一条进行配餐，剩下的一条作为小车完成配餐后进行返回的路上，有效的错开送餐和返回的小车。硬件电路部分，本文阐述了STM32主控板的设计，其中包括OLED显示电路、电机驱动电路、寻迹模块、报警模块和温度检测模块等电路。软件系统主要由嵌入式底层驱动所构成。通过矩阵按键模块进行设定桌号信息，实现小车锁定桌号然后通过调度电机驱动模块寻迹模块和避障模块，实现对引导线的追踪和送餐路径。通过温度检测模块和显示模块，实现监控餐盘底部的温度并结合显示模块将检测的数据转换为直观的数据在显示屏上显示。本设计主要是通过矩阵按键来实现给小车提供桌号信息，其余功能均通过模块和驱动程序结合自动运行来实现。本设计具有控制简单，成本较低，在服务和餐饮等领域有较大的发展的前景。
目录
一、 绪论 1
（一） 本课题的研究背景和意义 1
（二） 国内外的研究现状 2
（三） 课题研究意义 2
二、 设计方案，原理图主要元器件的介绍 3
（一） 小车路径方案设计 3
（二） 具体方案模拟 3
（三） 单片机主控核心模块 4
（四） 传感器避障模块 4
（五） 电机驱动模块 5
（六） 自动寻迹模块 5
（七） 麦克纳姆轮 6
三、 系统的硬件设计 7
（一） 送餐小车硬件系统总体设计要求 7
（二） 送餐小车硬件系统的总体设计框架 7
（三） 送餐小车的硬件电路设计 8
四、 系统的软件设计 11
（一） 软件系统总体设计要求 11
（二） 软件系统总体设计框图 11
（三） 软件控制程序设计 12
五、 仿真和调试 15
（一） 仿真软件的选择 15
（二） 显示模块和温度采集模块的测试 15
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/> （三） 桌号录入模块的测试 15
（四） 电机驱动部分的仿真 15
六、 总结与展望 18
致谢 19
附录 21
绪论
本课题的研究背景和意义
伴随着移动互联网、物联网和云计算等技术的飞速发展，从智能手机的出现随之带来智能手表等一些了相关的智能产品的产生。智能化正逐渐融入我们的日常生活之中，智能家居的出现更是进一步的预示着智能化产业将会成为社会发展的主流，智能化的发展趋势将越来越明显。同时在2015年我国也推出了《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略后的第一个十年的行动纲领，在各方面都强调要加快技术信息与制造技术的融合发展。在制造方面不断智能化的同时我们生活需要也在逐渐提高，像扫地机器人这样的辅助生活用的智能机器人也不断出现。在这些智能化产品的帮助下，我们的生活变得更加轻松省力，生活质量的提升让我们对生活的要求逐渐提高，服务型机器人可以代替人完成一些事情且效率更高，能够帮助我们更合理更省心的完成一部分工作，有较好的发展前景。
现阶段走访调查发现，学校的食堂存在饭点高峰期，在同时下课的时间点，食堂会出现排队的高峰，一时间食堂内堵满了人，各个餐饮的面前都排起了很长的队伍，导致出现插队的不文明行为，同时也出现取错餐导致后续同学等待时间过长，存有引发争执的隐患，对校园的形象造成了比较恶劣的影响。同时也出现了部分同学抵达食堂先占座位后买饭导致部分先买到饭了的同学没有座位可以坐下就餐的问题，较为严重的影响了食堂秩序问题，产生一定的安全隐患。甚至有超过50%的同学因为食堂过于拥堵，而选择直接回宿舍后购买外卖。购买外卖将带来另一个问题，由于目前的一次性餐具以及塑料袋基本都采用聚丙烯和聚苯乙烯等不可降解的材料生产，其生产过程中资源消耗和抛弃以后都将带来白色污染。根据实际走访宿舍调查结果约有60%左右的同学在宿舍吃完外卖后都选择置于宿舍一角，等下次出门的时候再带离宿舍丢弃，这一行为将较大影响宿舍的卫生问题，一方面外卖的味道相对比较重，对于不通风的宿舍来说味道很大影响生活，另一方面外卖的堆积容易招虫，对宿舍卫生也会带来较大的影响。
本课题内容主要是实现一个在座位上自助点餐后，小车按指定的路线，自动避障进行送餐，送餐完成后寻迹返回起始位置。这样可以有效的解决排队问题，只要能够拥有座位便可以在座位上安心等候食品的送达，可以让食堂看起来更加有序，同时大幅度降低了取错餐这样问题的产生，一定程度上降低了发生争执的概率，改善校园形象。有序快速的就餐同时也提供了时间上的方便，可以让有座位的同学先点餐取餐就餐，使批次更换更加合理有序，促使因为食堂拥堵原因而选择回宿舍购买外卖的学生人数下降，外卖数量的减少一方面节省了学生本身的饮食开销；一方面更加环保，有效减少了白色垃圾的产生；另一方面通过购买外卖数量的减少，可以提高学生生活质量，改善宿舍环境。在商业方面本设计也可以一定程度上的降低餐饮行业的人工成本，通过小车智能配送来代替人工配送，降低送餐错误率，减少此问题带来的材料损失。
国内外的研究现状
国内潍坊职业机电工程学院和山东省工业和信息化研究院在2019年《现代制造技术与装备》第四期中发表一篇《一种智能机器人AGV小车的设计》的文章中，研究了智能搬运小车，主要实现了货物自动识别、装卸以及货物全自动搬运等功能。通过麦克纳姆轮实现了360°全方向移动。
西安北大科技园创新基地在2019年《科技与创新》的二期中发表一篇《基于ARM的智能餐厅服务机器人》的文章中，包含点餐、送餐和放餐三方面结合，通过蓝牙通信等方式连接三个部分，还是实现了通过机械臂进行取餐和将食物搬运上桌的功能。
贵州交通职业技术学院在2017年在《信息通信》第9期中发表一篇《基于STM32智能餐厅服务系统机器人的设计》的文章中利用RFID射频传感器实现了餐桌定位，在利用粒子群算法实现了最优路径选择。
Ondrej Stopka在2020年发布一篇《Modeling the Delivery Routes Carried out by Automated Guided Vehicles when Using the Specific Mathematical Optimization Method》的文章，对自动驾驶引导车对路径的选择进行建模，其中通过Greedy算法，实现让小车尽可能短的路线。
目录
一、 绪论 1
（一） 本课题的研究背景和意义 1
（二） 国内外的研究现状 2
（三） 课题研究意义 2
二、 设计方案，原理图主要元器件的介绍 3
（一） 小车路径方案设计 3
（二） 具体方案模拟 3
（三） 单片机主控核心模块 4
（四） 传感器避障模块 4
（五） 电机驱动模块 5
（六） 自动寻迹模块 5
（七） 麦克纳姆轮 6
三、 系统的硬件设计 7
（一） 送餐小车硬件系统总体设计要求 7
（二） 送餐小车硬件系统的总体设计框架 7
（三） 送餐小车的硬件电路设计 8
四、 系统的软件设计 11
（一） 软件系统总体设计要求 11
（二） 软件系统总体设计框图 11
（三） 软件控制程序设计 12
五、 仿真和调试 15
（一） 仿真软件的选择 15
（二） 显示模块和温度采集模块的测试 15
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/> （三） 桌号录入模块的测试 15
（四） 电机驱动部分的仿真 15
六、 总结与展望 18
致谢 19
附录 21
绪论
本课题的研究背景和意义
伴随着移动互联网、物联网和云计算等技术的飞速发展，从智能手机的出现随之带来智能手表等一些了相关的智能产品的产生。智能化正逐渐融入我们的日常生活之中，智能家居的出现更是进一步的预示着智能化产业将会成为社会发展的主流，智能化的发展趋势将越来越明显。同时在2015年我国也推出了《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略后的第一个十年的行动纲领，在各方面都强调要加快技术信息与制造技术的融合发展。在制造方面不断智能化的同时我们生活需要也在逐渐提高，像扫地机器人这样的辅助生活用的智能机器人也不断出现。在这些智能化产品的帮助下，我们的生活变得更加轻松省力，生活质量的提升让我们对生活的要求逐渐提高，服务型机器人可以代替人完成一些事情且效率更高，能够帮助我们更合理更省心的完成一部分工作，有较好的发展前景。
现阶段走访调查发现，学校的食堂存在饭点高峰期，在同时下课的时间点，食堂会出现排队的高峰，一时间食堂内堵满了人，各个餐饮的面前都排起了很长的队伍，导致出现插队的不文明行为，同时也出现取错餐导致后续同学等待时间过长，存有引发争执的隐患，对校园的形象造成了比较恶劣的影响。同时也出现了部分同学抵达食堂先占座位后买饭导致部分先买到饭了的同学没有座位可以坐下就餐的问题，较为严重的影响了食堂秩序问题，产生一定的安全隐患。甚至有超过50%的同学因为食堂过于拥堵，而选择直接回宿舍后购买外卖。购买外卖将带来另一个问题，由于目前的一次性餐具以及塑料袋基本都采用聚丙烯和聚苯乙烯等不可降解的材料生产，其生产过程中资源消耗和抛弃以后都将带来白色污染。根据实际走访宿舍调查结果约有60%左右的同学在宿舍吃完外卖后都选择置于宿舍一角，等下次出门的时候再带离宿舍丢弃，这一行为将较大影响宿舍的卫生问题，一方面外卖的味道相对比较重，对于不通风的宿舍来说味道很大影响生活，另一方面外卖的堆积容易招虫，对宿舍卫生也会带来较大的影响。
本课题内容主要是实现一个在座位上自助点餐后，小车按指定的路线，自动避障进行送餐，送餐完成后寻迹返回起始位置。这样可以有效的解决排队问题，只要能够拥有座位便可以在座位上安心等候食品的送达，可以让食堂看起来更加有序，同时大幅度降低了取错餐这样问题的产生，一定程度上降低了发生争执的概率，改善校园形象。有序快速的就餐同时也提供了时间上的方便，可以让有座位的同学先点餐取餐就餐，使批次更换更加合理有序，促使因为食堂拥堵原因而选择回宿舍购买外卖的学生人数下降，外卖数量的减少一方面节省了学生本身的饮食开销；一方面更加环保，有效减少了白色垃圾的产生；另一方面通过购买外卖数量的减少，可以提高学生生活质量，改善宿舍环境。在商业方面本设计也可以一定程度上的降低餐饮行业的人工成本，通过小车智能配送来代替人工配送，降低送餐错误率，减少此问题带来的材料损失。
国内外的研究现状
国内潍坊职业机电工程学院和山东省工业和信息化研究院在2019年《现代制造技术与装备》第四期中发表一篇《一种智能机器人AGV小车的设计》的文章中，研究了智能搬运小车，主要实现了货物自动识别、装卸以及货物全自动搬运等功能。通过麦克纳姆轮实现了360°全方向移动。
西安北大科技园创新基地在2019年《科技与创新》的二期中发表一篇《基于ARM的智能餐厅服务机器人》的文章中，包含点餐、送餐和放餐三方面结合，通过蓝牙通信等方式连接三个部分，还是实现了通过机械臂进行取餐和将食物搬运上桌的功能。
贵州交通职业技术学院在2017年在《信息通信》第9期中发表一篇《基于STM32智能餐厅服务系统机器人的设计》的文章中利用RFID射频传感器实现了餐桌定位，在利用粒子群算法实现了最优路径选择。
Ondrej Stopka在2020年发布一篇《Modeling the Delivery Routes Carried out by Automated Guided Vehicles when Using the Specific Mathematical Optimization Method》的文章，对自动驾驶引导车对路径的选择进行建模，其中通过Greedy算法，实现让小车尽可能短的路线。
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