基於ARM920T的智慧酒店客房管理系統設計的企業管理論文
結合嵌入式系統、ZigBee、RFID、GPRS和乙太網技術，提出一種基於ARM920T的智慧酒店客房管理系統的設計方案。給出了智慧酒店客房管理系統的總體架構，詳細討論了客房管理裝置控制器的硬體設計和軟體實現流程。管理系統實現了對酒店門禁和客房內各種裝置的集中控制和管理。實際應用結果表明，管理系統實現了低功耗、高效率、高穩定性、自動化和智慧化，節省了投資，且便於維護和管理。
關鍵詞：客房管理系統；嵌 入式系統；乙太網；集中控制；
作者簡介：付珊珊(1988—)，女，碩士研究生，研究方向為嵌入式系統、計算機控制、智慧家居等。
0引言
酒店客房管理系統是對酒店客房內所有燈光和電氣裝置進行集中監控和管理的系統，其自動化水平是酒店現代化和智慧化程度的重要標誌[1]。目前客房管理裝置大多采用微控制器作為客房管理主控制器。控制器外圍電路複雜，可擴充套件性差，穩定性差。文獻[2]提出了一種基於AT89C55的酒店客房控制系統下位機設計方案，每間客房的下位機與上位機的通訊子系統採用RS-485匯流排。由於RS-485匯流排具有利用率低、易癱瘓等缺點，所以系統網路穩定性和可靠性相對較差，後期維護成本也較高。文獻[3]提出了一種基於CAN匯流排的客房通訊控制器的設計方案。由於CAN匯流排不能與Internet互連實現遠端資訊共享，且需要價格昂貴的CAN介面卡，通訊距離和速率遠不如乙太網[4]。
本文針對現有的酒店客房管理裝置存在的缺陷，設計了一種基於嵌入式系統及物聯網技術的智慧酒店客房管理系統，實現對酒店客房的狀態資訊及客房內電氣裝置的智慧監控。
1智慧酒店客房管理系統總體設計
本文設計的智慧酒店客房管理系統採用集中管理和分散控制的系統結構，利用ARM嵌入式控制器、ZigBee、GPRS和乙太網技術，將酒店客房內獨立的電氣裝置升級成實時線上的網路裝置，來完成對酒店客房的智慧管理。智慧酒店客房管理系統主要由兩部分組成，分別是系統資料中心裝置和客房管理裝置，如圖1所示。
系統資料中心裝置包括酒店資料管理中心伺服器，前臺、客房部、工程部、保安部、經理室管理計算機，交換機，系統管理軟體等幾個部分。酒店各部門管理計算機透過訪問酒店資料管理中心伺服器，即可實現對客房的狀態資訊查詢和客房內各網路裝置的智慧監控和管理，從而實現集中管理。客戶只要在電腦和智慧手機上裝上相應的系統管理軟體，擁有了相應的許可權，也可以訪問酒店資料管理中心伺服器，實現遠端自主預定客房等功能。
客房管理裝置包括客房管理裝置控制器、資訊終端、監控裝置、電子門鎖、空調、電動窗簾、感測器、插卡取電開關和一些服務功能按鈕。客房管理裝置控制器主要功能包括轉發酒店資料管理中心伺服器下發的控制命令至客房內各個電氣裝置，並採集客房內各個電氣裝置的狀態資訊傳送至酒店資料管理中心伺服器，再反饋到酒店相應部門管理計算機，便於工作人員及時瞭解房間的狀態，提供相應的服務。
酒店客房管理系統採用兩級網路通訊機制，即高層的乙太網、GPRS網路和底層的ZigBee網路。透過乙太網交換機將酒店資料管理中心伺服器、各部門管理計算機和每間客房裡的電腦、客房管理裝置控制器相連，形成酒店內部區域網，實現酒店內部資源共享[5]。為了保障酒店內部管理資料資訊的安全，建立了防火牆將酒店內部區域網與Internet隔開，客戶只要擁有許可權還可以透過Internet來訪問酒店資料管理中心伺服器。客房管理裝置控制器還可以與智慧手機透過GPRS網路或簡訊方式通訊。客房管理裝置控制器上嵌有ZigBee網路協調器，用來查詢和控制客房內電子門鎖等ZigBee網路終端節點；ZigBee網路各終端節點會立即返回查詢資訊和控制命令成功與否的標誌；刷卡資訊和服務功能按鈕資訊會透過ZigBee網路主動上報酒店相應部門管理計算機。
2客房管理裝置控制器的硬體設計
客房管理裝置控制器框圖如圖2所示。以S3C2440A核心板作為主控制器，採用核心板加底板的設計。模組化的設計保證了穩定性和可擴充套件性，也縮短了開發週期。主控制器採用6層PCB板設計，經過長期強電磁環境測試，效能穩定。底板上設計了電源模組、USB攝像頭、CC2530核心板模組、GPRS模組、乙太網模組和液晶顯示模組。底板採用兩層PCB板設計，保證系統正常工作的同時降低了成本。
2.1USB攝像頭
為了實時採集客房內的影片影象資訊，引出了S3C2440A的DN0、DP0，設計了USBHOST介面來連線USB攝像頭。還引出了S3C2440A的DN1、DP1，使PC機和客房管理裝置控制器採用USB方式實現線上除錯和下載應用程式。
2.2液晶顯示模組
客房管理裝置控制器上設有資訊終端(即液晶顯示模組)，方便客戶線上查詢。在系統初次組建ZigBee無線通訊網路時，需要開發工作人員透過資訊終端設定房間號。S3C2440A內部集成了LCD控制器，將所有的`LCD訊號線用插座介面引出來，方便液晶顯示屏插入使用。設計中採用了標準四線電阻式觸控式螢幕，50針LCD介面電路。測試發現S3C2440A最大可支援8英寸TFT-LCD液晶顯示屏AT080TN52。設計中採用了跳帽選擇3.3V或5V為LCD供電，對更多款液晶顯示屏予以電壓支援。
2.3CC2530核心板模組
以往採用客房管理裝置控制器的串列埠與電子門鎖節點進行通訊讀取使用者卡資訊。該帶有門鎖線的電子門鎖節點安裝極其不便。也有采用在客房管理裝置控制器和電子門鎖節點上嵌入NRF905等無線射頻通訊模組組網實現通訊的。但酒店客房還需要佈設大量其他節點，如空調、電動窗簾、燈光、溫度、煙霧、紅外感測器等。另外考慮到ZigBee技術功耗更低，節點可多達65000個，還具有超強的自組網能力[6]，故選用ZigBee晶片CC2530核心板模組作為ZigBee網路的協調器。CC2530核心板有2個20針的介面，設計了S1按鍵低電平復位電路，P0.2、P0.3、P0.4、P0.5分別與S3C2440A的SPI1通道相連。CC2530作為從機，P0.4作為晶片片選訊號引腳，P0.5作為SPI時鐘訊號引腳，P0.2、P0.3作為SPI資料線傳送資料。
2.4GPRS模組
透過GPRS模組，酒店工作人員和客戶可以利用手機簡訊或GPRS網路方式連線酒店管理資料中心伺服器申請預訂房間、查詢客房狀態資訊等。設計中採用了內建有TCP/IP協議棧的MG2639無線模組。MG2639的PWKEY_N引腳對地接1kΩ電阻實現上電自動開機，也可以透過S3C2440A的EINT1/GPF1引腳實現軟體方式開機或者關機；RS_LED引腳連線LED2，透過LED2的不同閃爍頻率來指示GPRS模組的工作狀態。另外MG2639的11、12、13、14引腳用來連線SIM卡，15、16引腳與S3C2440A的串列埠相連，實現串列埠通訊和AT指令的輸入。
2.5乙太網模組
以往客房控制器多用微控制器和RS-485匯流排或者CAN匯流排佈線，需要訊號中繼器和通訊控制器，耗費很多人工和材料費用，且通訊距離和速度都不及乙太網。乙太網裝置易於組網的特點使得系統安裝、除錯和維修方便，此外通訊速度快、穩定性高，方便連線Internet實現資源共享[4]。在嵌入式領域，常見的乙太網控制器有CS8900A、RTL8019AS、DM9000A等。其中CS8900A的接線比較複雜；RTL8091AS功能比CS8900A強大，驅動簡單，接線相對簡單；DM9000A功能最強大，自適應乙太網速度(10Mb/100Mb)，接線最簡單。故選用高速乙太網控制晶片DM9000A。S3C2440A的NGCS4引腳與DM9000A的37號引腳片選訊號相連實現片選；S3C2440A的EINT7引腳來響應DM9000A的中斷訊號；S3C2440A的NOE、NEW引腳連線DM9000A的IOR#、IOW#讀寫引腳，設定S3C2440A的引腳OM[1∶0]=01，使資料匯流排寬度為16位，資料線DATA[15∶0]與DM9000A的SD[15∶0]相連，實現DM9000A與S3C2440A的資料傳輸；DM9000A的RXD+、RXD-、TXD+、TXD-引腳和網路隔離變壓器HR911105A相連實現與RJ45介面資料的接收和傳送。
2.6電源模組
由於客房管理裝置控制器底板上的GPRS模組MG2639工作電壓需要約3.9V，且保證輸出電流大於2A。此外底板上的USB攝像頭介面需要5V電壓供電，CC2530核心板模組需要3.3V電壓供電。故系統採用了大電流低壓差穩壓器LM1084-5和正向低壓降穩壓器AMS1117-3.3作為電源晶片，滿足客房管理裝置控制器各模組工作電流電壓需求。
3客房管理裝置控制器的軟體實現
3.1通訊協議設計
採用了兩級網路通訊機制，故需分別設計通訊協議。客房管理裝置控制器與酒店資料管理中心伺服器之間的資料幀結如表1所示。
這是一個長度可變的資料幀，其中：
(1)長度為1Byte，從門店房間編號到校驗的位元組數。
(2)門店房間編號為4Byte，門店編號是為連鎖酒店設計的，用高2個位元組表示各連鎖酒店編號，用低2個位元組表示酒店房間編號。
(3)裝置為2Byte，用高1個位元組表示裝置型別(如電子門鎖、空調等)，用低1個位元組表示裝置編號(如1#電子門鎖、2#電子門鎖等)。
(4)命令引數為2Byte，用高1個位元組高4位表示請求、響應，低4位表示命令型別(如控制、查詢等)，用低1個位元組表示命令(如預訂房間、退房等)。
(5)引數位元組長度可變，當表示設定房間門鎖使用者卡資訊時，可用27Byte表示，控制命令是否成功返回引數可用1Byte表示。
客房管理裝置控制器S3C2440A核心板與CC2530核心板之間的通訊協議與表1類似，只需將門店房間編號和裝置這兩個引數轉換成終端節點的短地址。S3C2440A核心板的作業系統根檔案裡存有門店號、房間號、裝置型別、裝置編號、裝置短地址對應的列表，酒店資料管理中心伺服器下發命令時，只需指定門店房間編號和裝置就可以透過查表獲取指定終端節點的短地址，實現與指定終端節點的通訊。
3.2軟體設計
由於WindowsCE作業系統具有開發環境簡單易用，應用軟體豐富，與計算機Windows作業系統連線性好的優點[7]，所以酒店客房管理裝置的軟體平臺採用了微軟的PlatformBuilder來定製WindowsCE5.0作業系統，在VisualStudio2005開發環境下利用基於VisualC++智慧裝置的MFC智慧裝置應用程式模板編寫了客房管理裝置控制器的應用程式軟體。客房管理裝置控制器有多個任務需要同時進行處理，故選擇多執行緒程式設計來實現通訊功能。利用MFC類庫建立了3個WorkersThreads(工作者執行緒)專門用於查詢、讀取和處理CC2530核心板、GPRS模組、乙太網模組的資料。客房管理裝置控制器的主程式流程圖如圖3所示。
設計客房管理裝置控制器的應用程式時，CC2530協調器、GPRS模組、乙太網模組開始需要初始化，呼叫CreateThread函式建立3個工作者執行緒，若成功建立，再呼叫CloseHandle函式關閉執行緒。這些工作都在InitInstance()函式中實現，如果不成功，則返回錯誤程式碼。客房管理裝置控制器需要設計一個使用者登入驗證介面，酒店管理員需要輸入使用者名稱和密碼，根據使用者資訊資料庫驗證其合法性，才擁有相應的操作許可權。
當終端節點需加入ZigBee網路時，點選客戶區的開啟網路按鈕，節點成功加入網路後，使用者可以透過鍵盤設定對應的房間號，並把門店號、房間號、裝置型別、裝置編號、裝置短地址對應的列表存入S3C2440A核心板的作業系統根檔案下。這樣才能確保每個ZigBee網路終端節點能與酒店資料管理中心伺服器正常通訊。
當客戶智慧手機或者酒店管理計算機透過GPRS網路或者乙太網下發指令時，作業系統檢測到有資料幀事件，會選擇喚醒GPRS任務工作者執行緒或者乙太網任務工作者執行緒，執行緒函式讀取該資料幀。當資料幀正確接收，自定義的訊息便通知訊息處理函式來解析和處理該資料幀。在訊息處理函式中，判斷是否是影象傳輸請求，若是則選擇呼叫GPRS傳送資料函式或者乙太網驅動傳送影片圖片資料幀；否則呼叫CC2530傳送資料函式來轉發該資料幀，透過ZigBee網路最終到達對應的終端節點，從而執行該指令。
當房間內客戶有服務請求或者感測器有資料需要上報，相應的終端節點會透過ZigBee網路上報至客房管理裝置控制器。作業系統檢測到有資料幀事件，喚醒CC2530任務工作者執行緒，執行緒函式會讀取該資料幀，當資料幀正確接收，自定義的訊息便通知訊息處理函式來解析和處理該資料幀。在訊息處理函式中，判斷是否採用乙太網傳送，若是則選擇呼叫乙太網驅動轉發這個資料幀，上報至酒店管理計算機；否則呼叫GPRS傳送資料函式來轉發這個資料幀，上報至客戶智慧手機。
4結語
在現場測試了系統的效能，實際應用結果表明，基於ARM920T的智慧酒店客房管理系統結構簡單，易於搭建，功能強大。設計的乙太網和GPRS模組使得客房管理控制器與酒店管理計算機和客戶智慧手機通訊的可靠性更高，系統也便於除錯、維護和管理。客房內的電氣裝置採用ZigBee無線網路組網，避免了單獨佈線所耗費的材料費和人工費。客房管理控制器對空調、燈光等裝置的智慧控制策略大大節約了電能。