基於ARM920T的智能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和以太網技術，提出一種基於ARM920T的智能酒店客房管理系統的設計方案。給出了智能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件設計和軟件實現流程。管理系統實現了對酒店門禁和客房內各種設備的集中控制和管理。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、自動化和智能化，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；以太網；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、HRef="https://xuewengu.com/tags-07o-0.html" target="_blank" >計算機控制、智能家居等。

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設備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能化程度的重要標誌[1]。目前客房管理裝置大多采用單片機作為客房管理主控制器。控制器外圍電路複雜，可擴展性差，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信子系統採用RS-485總線。由於RS-485總線具有利用率低、易癱瘓等缺點，所以系統網絡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總線的客房通信控制器的設計方案。由於CAN總線不能與Internet互連實現遠程信息共享，且需要價格昂貴的CAN接口卡，通信距離和速率遠不如以太網[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能酒店客房管理系統，實現對酒店客房的狀態信息及客房內電氣設備的智能監控。

　　1智能酒店客房管理系統總體設計

本文設計的智能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和以太網技術，將酒店客房內獨立的電氣設備升級成實時在線的網絡設備，來完成對酒店客房的智能管理。智能酒店客房管理系統主要由兩部分組成，分別是系統數據中心設備和客房管理裝置，如圖1所示。

系統數據中心設備包括酒店數據管理中心服務器，前台、客房部、工程部、保安部、經理室管理計算機，交換機，系統管理軟件等幾個部分。酒店各部門管理計算機通過訪問酒店數據管理中心服務器，即可實現對客房的狀態信息查詢和客房內各網絡設備的智能監控和管理，從而實現集中管理。客户只要在電腦和智能手機上裝上相應的系統管理軟件，擁有了相應的權限，也可以訪問酒店數據管理中心服務器，實現遠程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、信息終端、監控設備、電子門鎖、空調、電動窗簾、傳感器、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數據管理中心服務器下發的控制命令至客房內各個電氣設備，並採集客房內各個電氣設備的狀態信息發送至酒店數據管理中心服務器，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絡通信機制，即高層的以太網、GPRS網絡和底層的ZigBee網絡。通過以太網交換機將酒店數據管理中心服務器、各部門管理計算機和每間客房裏的電腦、客房管理裝置控制器相連，形成酒店內部局域網，實現酒店內部資源共享[5]。為了保障酒店內部管理數據信息的安全，建立了防火牆將酒店內部局域網與Internet隔開，客户只要擁有權限還可以通過Internet來訪問酒店數據管理中心服務器。客房管理裝置控制器還可以與智能手機通過GPRS網絡或短信方式通信。客房管理裝置控制器上嵌有ZigBee網絡協調器，用來查詢和控制客房內電子門鎖等ZigBee網絡終端節點；ZigBee網絡各終端節點會立即返回查詢信息和控制命令成功與否的標誌；刷卡信息和服務功能按鈕信息會通過ZigBee網絡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件設計

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。模塊化的設計保證了穩定性和可擴展性，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，性能穩定。底板上設計了電源模塊、USB攝像頭、CC2530核心板模塊、GPRS模塊、以太網模塊和液晶顯示模塊。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視頻圖像信息，引出了S3C2440A的DN0、DP0，設計了USBHOST接口來連接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方式實現在線調試和下載應用程序。

2.2液晶顯示模塊

客房管理裝置控制器上設有信息終端(即液晶顯示模塊)，方便客户在線查詢。在系統初次組建ZigBee無線通信網絡時，需要開發工作人員通過信息終端設置房間號。S3C2440A內部集成了LCD控制器，將所有的`LCD信號線用插座接口引出來，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摸屏，50針LCD接口電路。測試發現S3C2440A最大可支持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持。

2.3CC2530核心板模塊

以往採用客房管理裝置控制器的串口與電子門鎖節點進行通信讀取用户卡信息。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等無線射頻通信模塊組網實現通信的。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、温度、煙霧、紅外傳感器等。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芯片CC2530核心板模塊作為ZigBee網絡的協調器。CC2530核心板有2個20針的接口，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作為芯片片選信號引腳，P0.5作為SPI時鐘信號引腳，P0.2、P0.3作為SPI數據線傳送數據。

2.4GPRS模塊

通過GPRS模塊，酒店工作人員和客户可以利用手機短信或GPRS網絡方式連接酒店管理數據中心服務器申請預訂房間、查詢客房狀態信息等。設計中採用了內置有TCP/IP協議棧的MG2639無線模塊。MG2639的PWKEY_N引腳對地接1kΩ電阻實現上電自動開機，也可以通過S3C2440A的EINT1/GPF1引腳實現軟件方式開機或者關機；RS_LED引腳連接LED2，通過LED2的不同閃爍頻率來指示GPRS模塊的工作狀態。另外MG2639的11、12、13、14引腳用來連接SIM卡，15、16引腳與S3C2440A的串口相連，實現串口通信和AT指令的輸入。

2.5以太網模塊

以往客房控制器多用單片機和RS-485總線或者CAN總線佈線，需要信號中繼器和通信控制器，耗費很多人工和材料費用，且通信距離和速度都不及以太網。以太網設備易於組網的特點使得系統安裝、調試和維修方便，此外通信速度快、穩定性高，方便連接Internet實現資源共享[4]。在嵌入式領域，常見的以太網控制器有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，自適應以太網速度(10Mb/100Mb)，接線最簡單。故選用高速以太網控制芯片DM9000A。S3C2440A的NGCS4引腳與DM9000A的37號引腳片選信號相連實現片選；S3C2440A的EINT7引腳來響應DM9000A的中斷信號；S3C2440A的NOE、NEW引腳連接DM9000A的IOR#、IOW#讀寫引腳，設置S3C2440A的引腳OM[1∶0]=01，使數據總線寬度為16位，數據線DATA[15∶0]與DM9000A的SD[15∶0]相連，實現DM9000A與S3C2440A的數據傳輸；DM9000A的RXD+、RXD-、TXD+、TXD-引腳和網絡隔離變壓器HR911105A相連實現與RJ45接口數據的接收和發送。

2.6電源模塊

由於客房管理裝置控制器底板上的GPRS模塊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攝像頭接口需要5V電壓供電，CC2530核心板模塊需要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作為電源芯片，滿足客房管理裝置控制器各模塊工作電流電壓需求。

　　3客房管理裝置控制器的軟件實現

3.1通信協議設計

採用了兩級網絡通信機制，故需分別設計通信協議。客房管理裝置控制器與酒店數據管理中心服務器之間的數據幀結如表1所示。

這是一個長度可變的數據幀，其中：

(1)長度為1Byte，從門店房間編號到校驗的字節數。

(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個字節表示各連鎖酒店編號，用低2個字節表示酒店房間編號。

(3)設備為2Byte，用高1個字節表示設備類型(如電子門鎖、空調等)，用低1個字節表示設備編號(如1#電子門鎖、2#電子門鎖等)。

(4)命令參數為2Byte，用高1個字節高4位表示請求、響應，低4位表示命令類型(如控制、查詢等)，用低1個字節表示命令(如預訂房間、退房等)。

(5)參數字節長度可變，當表示設置房間門鎖用户卡信息時，可用27Byte表示，控制命令是否成功返回參數可用1Byte表示。

客房管理裝置控制器S3C2440A核心板與CC2530核心板之間的通信協議與表1類似，只需將門店房間編號和設備這兩個參數轉換成終端節點的短地址。S3C2440A核心板的操作系統根文件裏存有門店號、房間號、設備類型、設備編號、設備短地址對應的列表，酒店數據管理中心服務器下發命令時，只需指定門店房間編號和設備就可以通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信。

3.2軟件設計

由於WindowsCE操作系統具有開發環境簡單易用，應用軟件豐富，與計算機Windows操作系統連接性好的優點[7]，所以酒店客房管理裝置的軟件平台採用了微軟的PlatformBuilder來定製WindowsCE5.0操作系統，在VisualStudio2005開發環境下利用基於VisualC++智能設備的MFC智能設備應用程序模板編寫了客房管理裝置控制器的應用程序軟件。客房管理裝置控制器有多個任務需要同時進行處理，故選擇多線程編程來實現通信功能。利用MFC類庫創建了3個WorkersThreads(工作者線程)專門用於查詢、讀取和處理CC2530核心板、GPRS模塊、以太網模塊的數據。客房管理裝置控制器的主程序流程圖如圖3所示。

設計客房管理裝置控制器的應用程序時，CC2530協調器、GPRS模塊、以太網模塊開始需要初始化，調用CreateThread函數創建3個工作者線程，若成功創建，再調用CloseHandle函數關閉線程。這些工作都在InitInstance()函數中實現，如果不成功，則返回錯誤代碼。客房管理裝置控制器需要設計一個用户登錄驗證界面，酒店管理員需要輸入用户名和密碼，根據用户信息數據庫驗證其合法性，才擁有相應的操作權限。

當終端節點需加入ZigBee網絡時，點擊客户區的開啟網絡按鈕，節點成功加入網絡後，用户可以通過鍵盤設置對應的房間號，並把門店號、房間號、設備類型、設備編號、設備短地址對應的列表存入S3C2440A核心板的操作系統根文件下。這樣才能確保每個ZigBee網絡終端節點能與酒店數據管理中心服務器正常通信。

當客户智能手機或者酒店管理計算機通過GPRS網絡或者以太網下發指令時，操作系統檢測到有數據幀事件，會選擇喚醒GPRS任務工作者線程或者以太網任務工作者線程，線程函數讀取該數據幀。當數據幀正確接收，自定義的消息便通知消息處理函數來解析和處理該數據幀。在消息處理函數中，判斷是否是圖像傳輸請求，若是則選擇調用GPRS發送數據函數或者以太網驅動發送視頻圖片數據幀；否則調用CC2530發送數據函數來轉發該數據幀，通過ZigBee網絡最終到達對應的終端節點，從而執行該指令。

當房間內客户有服務請求或者傳感器有數據需要上報，相應的終端節點會通過ZigBee網絡上報至客房管理裝置控制器。操作系統檢測到有數據幀事件，喚醒CC2530任務工作者線程，線程函數會讀取該數據幀，當數據幀正確接收，自定義的消息便通知消息處理函數來解析和處理該數據幀。在消息處理函數中，判斷是否採用以太網發送，若是則選擇調用以太網驅動轉發這個數據幀，上報至酒店管理計算機；否則調用GPRS發送數據函數來轉發這個數據幀，上報至客户智能手機。

　　4結語

在現場測試了系統的性能，實際應用結果表明，基於ARM920T的智能酒店客房管理系統結構簡單，易於搭建，功能強大。設計的以太網和GPRS模塊使得客房管理控制器與酒店管理計算機和客户智能手機通信的可靠性更高，系統也便於調試、維護和管理。客房內的電氣設備採用ZigBee無線網絡組網，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、燈光等設備的智能控制策略大大節約了電能。