ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT MÁY TÍNH -o0o - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC XÂY DỰNG GIẢI PHÁP TÍNH TIỀN NHANH TRONG SIÊU THỊ DỰA TRÊN MẠNG ZIGBEE HỘI ĐỒNG: GVHD: KỸ THUẬT MÁY TÍNH Vũ Tuấn Thanh GVPB: SVTH: Nguyễn Quang Vinh Nguyễn Văn Hải Phạm Hoàng Phúc TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 12/2011 50702974 50700680 50701839 LỜI CẢM ƠN  Sau năm học tập chuyên ngành Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, cho phép nhà trường, nhóm em thực báo cáo luận văn hoàn thành khóa học Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính, anh chị hướng dẫn tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức để nhóm em hoàn thành luận văn Cảm ơn tất bạn khóa nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm kiến thức quý báo giúp nhóm em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Mặc dù nhóm em cố gắng hoàn thành luận văn với tất nỗ lực nhóm, luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Nhóm em kính mong quý thầy cô tận tình bảo Cuối nhóm em xin gửi đến quý thầy cô lời chúc sức khỏe lời cảm ơn chân thành nhất! TP.HCM, tháng 12 năm 2011 Nhóm sinh viên thực đề tài LỜI CAM ĐOAN Mục lục Danh sách hình vẽ Danh sách bảng biểu 11 Danh sách từ viết tắt ZC ZR ZED EB BB PC ZigBee Coordinator ZiBee Router ZigBee End Device Evaluation Board CSMA-CA O-QPSK DSSS Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance Offset-Quadrature Phase-Shift Keying Direct Sequence Spread Spectrum Battery Board Personal Computer 13 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI GVHD: Vũ Tuấn Thanh GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Đề tài : Xây dựng giải pháp tính tiền nhanh siêu thị Queue Busting dựa mạng Zigbee Sự cần thiết đề tài : Ngày nay, kinh tế phát triển, đời sống người ngày nâng cao nhu cầu mua sắm người tăng lên đáng kể Các siêu thị mọc lên ngày nhiều không đủ để phục vụ Bằng chứng số lượng người chờ tính tiền siêu thị luôn đông đúc, số tăng lên nhanh vào ngày lễ, ngày cuối tuần Bên cạnh đó, hệ thống tính tiền truyền thống siêu thị, cho “nỗi ám ảnh” khách hàng đợi hàng dài, đáp ứng kịp, không tận dụng thời gian đợi khách hàng Điều làm cho khách hàng tốn nhiều thời gian để mua sắm, đồng thời làm giảm lợi nhuận siêu thị, tăng áp lực cho nhân viên tính tiền, đặc biệt vào dịp cuối tuần, lễ, tết Do đó, giải pháp Queue Busting đưa nhằm tận dụng thời gian chờ khách hàng để giảm thời gian checkout quầy tính tiền Để giải pháp trở nên động hơn, việc đưa mạng không dây vào mô hình yêu cầu thiết thực Mục tiêu đề tài : - Hiểu hoạt động mô hình Queue Busting Hiểu kiến thức chuẩn 802.15.4 Xây dựng mô hình Queue Busting thử nghiệm dựa mạng Zigbee Phân tích đề tài: Đề tài xây dựng giải pháp Queue Busting mạng không dây Zigbee nên việc tìm hiểu mạng không dây Zigbee ưu tiên hàng đầu Tuy nhiên, mô hình Queue Busting áp dụng vào thực tế nên việc tìm hiểu nguyên tắc hoạt động mô hình cần thiết Chúng ta tóm tắt lại vấn đề cần giải sau: - Tìm hiểu mô hình Queue Busting thực tế Nắm vững kiến thức mạng Zigbee Hiện thực giải pháp theo chuẩn mạng Zigbee Kiểm tra hoạt động khắc phục lỗi xãy trình hoạt động Hiện thực thêm phương thức bảo mật cho hệ thống SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 14 Mô hình Queue-busting GVHD: Vũ Tuấn Thanh 1.2 Mô hình Queue-busting 1.2.1 Mô hình queue busting Ngày nay, việc xếp hàng để tính tiền bất tiện thời gian khách hàng siêu thị cửa hàng Việc làm cho cửa hàng, siêu thị lượng khách hàng thu nhập lớn, làm cho khách hàng tốn nhiều thời gian không cần thiết Do đó, xây dựng hệ thống giúp quét hàng hóa khách hàng nhanh để việc toán diễn mau chóng, giảm thời gian xếp hàng Giúp khách hàng tiết kiệm thời gian mua sắm Giúp cửa hàng, siêu thị tăng số lượng khách hàng mua sắm ngày → tăng doanh thu Hệ thống thế, gọi Queue Busting : + Queue Busting giải vấn đề xếp hàng dựa nguyên tắc quét hàng hóa (mã vạch hàng hóa) khách hàng trước họ đến quầy tính tiền Do đó, giảm thời gian quét hàng hóa nhân viên thu ngân, giúp cho việc toán diễn nhanh + Để việc quét hàng hóa trở nên nhanh hơn, hệ thống queue busting cần phải làm việc với thiết bị quét mã vạch cầm tay cố định đặt quầy thu ngân Các thiết bị này, giao tiếp với thông qua mạng không dây, để thiết bị cầm tay hoạt động phạm vi rộng mà hàng dài Hệ thống queue busting mô tả hình sau : Hình 1.2: Khái niệm hệ thống Queue Busting SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 15 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI GVHD: Vũ Tuấn Thanh 1.2.2 Nguyên tắc hoạt động Khi có nhiều khách hàng đứng xếp hàng, vào nhân viên cầm máy quét mã vạch cầm tay, quét hàng hóa khách hàng Sau quét cho khách hàng xong, nhân viên quét tiếp mã số định danh dành riêng cho khách hàng Tất thông tin hàng hóa lưu trữ máy quét mã vạch cầm tay Khi đến quầy tính tiền, khách hàng phải đưa cho nhân viên thu ngân mã số định danh Tất thông tin hàng hóa khách hàng truyền cho máy tính nhân viên thu ngân Việc toán diễn nhanh chóng 1.2.3 Khả ứng dụng Hiện tại, hệ thống queue busting triển khai số hàng, siêu thị giới Tuy nhiên, hệ thống dừng lại mức 1-1, tức thiết bị quét mã vạch cầm tay kết nối với thiết bị quét mã vạch cố định quầy thu ngân Do nhu cầu mở rộng, tất thiết bị quét mã vạch cầm tay (handheld scanner) kết nối với tất thiết bị quét mã vạch cố định quầy thu ngân (point of sale – POS), tiết kiệm chi phí, nên giải pháp queue busting dựa mạng không dây Zigbee đưa 1.3 Kế hoạch S TT DETAILS Tìm hiểu mạng Zigbee hardware thực hệ thống : Application layer Network layer mạng Zigbee Datasheet cấu hình cho board EB BB Làm chuyển đổi điện áp RS232 Xây dựng Evaluation Board (EB): module để nhận data từ barcode scanner module truyền nhận data với PC databases mã khách hàng Xây dựng Battery Board (BB): module đọc, ghi, xóa datacho Flash module nhận data từ barcode scanner Xây dựng PC : chương trình toán hóa đơn databases mã hàng hóa đơn giá Alpha release : Kết hợp module EB BB lại để tạo thành code hoàn chỉnh Hoàn thành chức hệ thống Alpha test : Kiểm tra chức toàn hệ thống từ SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc DEADLI NE ASSI GN 01/11 Team 01/11 Hải 11/11 Vinh 11/11 Hải 11/11 Phúc 18/11 Team 25/11 Team 16 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Hình 3.2: ??? - Radio Frequency Event : gây có thay đổi mạng, có nhiều sư kiện dạng nhiên, tập trung vào kiện có frame liệu frame ack SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 81 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Hình 3.2: ??? 3.3 Thiết bị handheld 3.3.1 Ý tưởng Ứng dụng có trình xử lý liệu: Quá trình kết nối mạng - Khi ứng dụng khởi động tự động kết nối với mạng ZigBee với cấu hình sẵn LED trạng thái nhấp nháy kết nối Kết nối thành công LED trạng thái tắt Quá trình nhận liệu từ người dùng - Người dùng quét Basket ID từ Scanner, LED1 sáng Handheld sẵn sàng cho người dùng quét Product IDs SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 83 HIỆN THỰC - GVHD: Vũ Tuấn Thanh Khi quét Product IDs, LED2 nhấp nháy báo nhận liệu Khi quét xong Product IDs, người dùng quét lại Basket ID để lưu vào nhớ flash LED1 tắt Quá trình nhận liệu trả lời cho hệ thống - Yêu cầu liệu: Đọc nhớ flash tìm liệu, có gửi liệu theo địa thiết bị yêu cầu Xóa liệu: Yêu cầu xóa Basket toàn flash 3.3.2 Mô hình Hardware: - module scanner: giao tiếp với MCU thong qua UART module radio: tích hợp sẵn CC2530F256, 8k Bytes RAM, 256k Bytes Flash module quản lý nguồn: sử dụng Pin AA ~ 3.3V cho MCU mạch boost từ 3.3V lên 5V cho Scanner Flash 256kBytes: cho việc lưu trữ liệu LED trạng thái Hình 3.3: Các phần cứng cho thực Sofware cho ứng dụng bao gồm: - Giao tiếp với Scanner thông qua UART: 9600 baud rate, none parity bit, stop bit Giao tiếp với nhớ Flash M25PE20: xây dựng thư viện thao tác cấu hình, đọc, ghi, xóa … SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 85 HIỆN THỰC - GVHD: Vũ Tuấn Thanh Giao tiếp với mạng ZigBee: sử dụng Z-stack TI Hình 3.3: Sơ đồ mô tả tổng quát task ứng dụng Handheld Hình 3.3: Sơ đồ xử lý liệu từ Scanner Handheld SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 87 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Hình 3.3: Sơ đồ xử lý liệu từ mạng ZigBee Handheld 3.3.3 Hiện thực Layout nhớ Flash - - Header o Số lượng Basket: 1byte, có tối đa 255 Basket Flash o Số thứ tự Basket cuối cùng: 1byte o Chiều dài tối đa Basket: 2byte Data o Một cờ: byte, cho biết vùng nhớ có basket hay không o Data Basket: có chiều dài định nghĩa header Flash Mỗi Basket lưu với kích thước cố định quy định chiều dài tối đa có cấu trúc liệu sau: typedef struct { char id[BASKET_ID_LEN]; uint8 len; SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 89 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Product prods[MAX_PRODS]; }Basket; Trong Basket chứa số sản phẩm định (do giới hạn nhớ thiết bị) cấu trúc liệu sản phẩm sau: typedef struct Product{ uint8 id[PRODS_ID_LEN]; uint8 num; }Product; Toàn ứng dụng Handheld thực task OSAL Sử dụng chế tạo event OSAL Z-stack để gửi kiện đến task cho việc xử lý Có nhánh kiện cho luồng liệu: - Sự kiện có liệu từ Scanner Sự kiện từ mạng ZigBee, Z-stack 3.4 Ứng dụng PC (personal computer) 3.4.1 Mục đích a Yêu cầu chung : - Ngôn ngữ lập trình : Java Thiết kế giao diện sử dụng thư viện SWING, AWT của Java - Chương trình có chức nhận các gói dữ liệu từ Cashier thông qua giao tiếp COM, tiến hành xử lý và xuất kết quả về thông tin sản phẩm, giá tiền, … cho khách hàng - Chương trình sử dụng file excel chứa thông tin của hàng hóa, và thông tin gói sản phẩm thành tiền b Mục đích ứng dụng: - Người sử dụng ( nhân viên tính tiền) cần chọn cổng COM kết nối với board, sau quét mã vạch chứa ID người mua, tiến hành tính tiền - Chương trình dùng : + file Database.xls giả lập sở liệu (CSDL) sản phẩm có siêu thị + file MacTables.xls để định danh máy handheld siêu thị + Sau lượt tính tiền, thông tin gói hàng lưu xuống file excel có tên [thời gian tính tiền]+ ID gói hàng + Nếu hệ thống có phát sinh lỗi, lỗi lưu lại file log.txt - Chương trình thực nhằm mục đích demo hệ thống, Giả lập chương trình tính tiền siêu thị Nếu hệ thống ứng dụng thực tế phải xây dựng lại CSDL, in phiếu tính tiền thật… c Các gói dữ liệu : *) Dữ liệu vào: - Gói dữ liệu thông thường (Packet A): là gói dữ liệu chứa các thông số của giỏ hàng bao gồm : + Ký tự nhận dạng + Địa chỉ MAC của handle gửi đến SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 91 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh + Định dạng chiều dài của mã gói dữ liệu và mã sản phẩm + Mã gói dữ liệu, số lượng loại sản phẩm + [Mã sản phẩm] , [số lượng sản phẩm], ……… - Gói dữ liệu thêm vào hoặc bớt các sản phẩm giỏ hàng (Packet B): bao gồm: + Ký tự nhận dạng + Mã sản phẩm - Gói dữ liệu chứa thông tin cập nhật trạng thái mạng hiện tại (Packet C): bao gồm: + Ký tự nhận dạng + Địa chỉ MAC của handle + Địa chỉ SHORT của handle + Địa chỉ PARENT của handle - Gói dữ liệu báo lỗi từ hệ thống (Packet D): + Ký tự nhận dạng + Mã lỗi *) Dữ liệu ra: - Gói dữ liệu yêu cầu cập nhật trạng thái mạng hiện tại (Packet E): + Ký tự nhận dạng - Gói dữ liệu yêu cầu xóa gói dữ liệu đã xử lý xong ở handle (Packet F): + Ký tự nhận dạng + Mã gói dữ liệu đã xử lý xong 3.4.2 Hiện thực Cấu trúc chương trình gồm các khối sau: + UART: các hàm thực hiện việc kết nối, đọc, ghi dữ liệu từ COM + EXCEL: các hàm thực hiện việc đọc, ghi, tạo file xls + COMMON: các hàm xử lý dữ liệu vào và trả về dữ liệu cho người dùng + GUI: Xử lý giao diện để xuất cho người dùng xem SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 93 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Hình 3.4: Sơ đồ thực ứng dụng PC 3.4.3 Hoạt động ứng dụng PC Giao diện chính: SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 95 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Chọn Button CheckPort: SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 97 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Chọn Port muốn kêt nối nhấn Connect Nếu kết nối thành công nhận thông báo : Nếu Port không sẵn sàng kêt nối nhận thông báo : SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 99 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Khi kết nối thành công tiến hành quét gói bình thường : Bấm button Print để ghi xuống file kêt thúc khách hàng : Thông tin gói hàng lưu xuống file xls SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 101 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Các tính khác : Thêm hoặc bớt sản phẩm gói hàng: SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 103 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Kiểm tra các network hiện tại của hệ thống: nhấn button Network : SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 105 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh Khi có thiết bị gửi gói tin xác nhận tồn cập nhật table Các thông báo lỗi hệ thống: SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 107 HIỆN THỰC GVHD: Vũ Tuấn Thanh KẾT LUẬN  A  B  C SVTH: Quang Vinh – Văn Hải – Hoàng Phúc 109