艾亮東，陸 建，周武云

(湖南孚谷物聯科技有限公司，湖南長沙 410125)

摘 要：餐飲行業食品安全智慧管控是以物聯網技術、自動化生產設備、信息化管理系統和移動互聯網技術為基礎,實現餐飲行業食品安全的智慧管控的精細化管控、集約化生產、自助化售賣、數據運營分析的餐飲行業食品安全的智慧管控運營體系。本文探討了基于物聯網、自動化、信息化和移動互聯網技術實現餐飲行業食品安全的智慧管控，餐飲行業食品安全智慧管控體系的構建，以及餐飲行業食品安全智慧管控平臺的軟件設計及其硬件構成，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：餐飲行業;食品安全;智慧管控

經歷“三聚氰胺”“瘦肉精”“上海染色饅頭”“塑化劑”等事件，食品安全已成為人們關注的焦點，食品安全問題的整治及管控勢在必行。2021年物聯網和移動計算設備的飛速增長為餐飲行業食品安全的智慧管控提供了新的發展機遇。傳統的餐飲服務采用人工進行采購、加工和服務，系統結構單一，服務質量難以保證，服務效率低下，食材難以溯源，存在安全隱患。因此，基于物聯網和移動計算的智慧管控研究成為了亟待解決的問題，其從理論上豐富了餐飲行業食品安全智慧管控管理的相關研究，在實際中，不僅符合現行產業政策和可持續發展的要求，還有助于政府對公共食品安全的監控，促進相關產業鏈發展，取得良好的社會經濟效益。

1 餐飲行業食品安全智慧管控的概述

餐飲行業食品安全智慧管控是通過大數據，搭載人工智能設備，運用社會學、管理學、心理學知識結合信息化手段，對傳統餐飲行業食品安全的采購、生產、售賣、安全監管、經營分析等全過程升級，進而重塑餐飲行業食品安全的智慧管控經營體系、產業結構與生態圈，實現對食品安全追溯、用餐人員、數量、訂餐、消費結算、后廚作業、原材料進出存、遠程監控、消洗及售賣作業、就餐環境等管理，既避免了傳統餐券流通中所造成的人力、物力、財力的浪費，也避免了餐券的偽造、丟失、智慧管控福利外流及病菌交叉感染等弊端，又實現了財務日清月結，同時提高了工作及管理效率[1]。

2 餐飲行業食品安全智慧管控體系構建

食品安全智慧管控體系需要涵蓋從源頭到餐桌的所有食品流通環節，以有效控制食品質量。體系主要包含3個平臺，即安全溯源平臺、食品安全監控平臺、智慧餐飲服務平臺[2]。

2.1 食品安全溯源平臺

食品安全溯源平臺主要包括應用層、管理層和網絡層。

2.1.1　應用層

消費者可以通過手機應用程序直觀地了解食品來源、食品加工設施的加工狀態、主要食品供應機構及其銷售渠道。每個環節都有一個寫入相同賬本的區塊。另外，這個賬本只允許添加，不能修改。每個區塊都由遵循共識機制的節點管理器發送。整個網絡不需要人為干預。此外，每個區塊的信息都包含一個唯一的時間戳，以保證信息安全，只有交易各方的公鑰才能解密區塊信息。

2.1.2　管理層

第三方監管者只需要授權監管者加入區塊鏈系統，獲取相應的公鑰并執行查詢請求，但監管者也無權篡改信息內容，從而有效防治監管部門在食品溯源責任落實方面出現徇私舞弊行為。

2.1.3　網絡層

網絡層也叫合約層，該層結合了腳本代碼、智能合約、共識算法等機制共同創建控制層的規則，并使用腳本代碼連接每個區塊并使其可追溯。共識算法是提高系統可靠性的非中和機制，智能合約通過代碼控制輸出日志記錄，在食品可追溯性和監控中發揮著重要作用[3]。

2.2 食品安全監控平臺

基于大數據的食品安全監控平臺主要分為兩個部分，即大數據應用層和數據提取層。

2.2.1　大數據應用層

監管者或相關者通過手機App或H5網頁可直觀了解當前食品安全市場的各種動態。從食品安全流程中的各個環節，到根據網絡食品安全大數據監測到的食品安全熱點事件，都能一一反饋在相關板塊。透過分層分權限的管理策略，可以有效地保證數據的安全性，每個人員只能看到自己權限下的對應數據。

2.2.2　數據提取層

數據提取層通過公開標準接口接收上報數據外，還通過爬蟲軟件進行網絡數據抓取。在管轄范圍內的智慧實施平臺上報的基礎上，全網跟蹤熱點食品安全事件，為應用層相應決策提供有效的數據支撐。

2.3 智慧餐飲實施平臺

通過基于物聯網技術的智能硬件產品幫助終端餐飲企業落地食品安全管控的最終環節。主要包括現場管控軟件和智慧硬件[4]。

2.3.1　現場管控軟件

食堂使用者通過智慧管控軟件可以完成日常的食堂工作管控，包括食材進銷存、消費管理、菜品管理等;改變傳統的食堂經營模式解決餐廳中存在的管理工作粗放、預見性不足、無法精準吸引特定客群等問題，將餐廳運營的各環節做細、做透，打造讓顧客與餐廳管理者雙方滿意的優質智慧餐廳。傳統食堂的經營方式從一成不變的檔口打飯、刷卡結算、下班對賬，轉換為智慧自選、自助結算、賬目一鍵匯總，從而提升消費者用餐體驗，實現財務對賬一體化、數據化精細管理。

2.3.2　智慧硬件

智慧硬件產品用于助力食堂企業落地智慧管控的全流程。通過智能結算終端完成快速結算。通過智能留樣柜完成食品留樣管理，杜絕留樣遺漏等問題。智能無感稱重產品，減少浪費，提高菜品多樣性。智能取餐產品助力無接觸配送，解決訂餐時間無法確定等問題。

3 餐飲行業食品安全智慧管控平臺軟件設計

3.1 智能結算終端軟件設計

結算終端用于實現用戶結賬支付和外圍設備控制。最重要的功能包括操作員登錄、智能餐盤識別以及支付結算。這些功能的實現一方面依賴于與服務器的通信和交互，另一方面也需要外設的支持。結算終端的外圍設備包括多標簽讀/寫終端、M1卡、POS設備。結算終端軟件設計主要包括終端架構設計、接口設計、硬件抽象層設計、串行通信協議、多線程通信設計。結算終端使用RS232協議串口與外設通訊，串口通訊涉及到底層硬件I/O的開發。本次研究的終端設計基于微軟.NET平臺，采用C#語言。終端框架如圖1所示。

MVVM(Model-View-ViewModel)架構本質上分為：Client.exe客戶端視圖層;UI.ViewModel層(為響應視圖級別和業務邏輯等命令而開發的);數據獲取層DAL;后臺服務器通信層ServerConn;模型層。MVVM架構的主要目的是引入ViewModel，實現視圖和模型的分離，降低層與層之間的耦合度。

3.2 后臺服務器設計

后臺系統采用微服務框架Spring Boot實現系統快速開發和增量服務的目標，將服務分解為分布式系統，每種服務的復雜程度各不相同，取決于代碼量。與傳統的瀑布式開發模式相比，微服務、迭代開發和持續集成開發模式的使用縮短了項目開發周期，減少了項目部署、運維的工作量。其后端服務器必須同時服務于前端瀏覽器網站認證請求、頁面請求、數據請求、終端認證請求及數據請求和服務請求?？紤]到桌面端的數據請求與瀏覽器端的請求有重疊，為了提高代碼復用率，綜合設計了一個通用的請求接口，分離成各種請求。本文實現了將認證、瀏覽器、業務、數據需求分離，同時允許通過前端異步框架加載數據，無需更新接口。接口設計可以與接口代碼邏輯和數據需求分離，降低耦合度，也適用于系統測試。

前端應用終端、Web程序等通過http協議向后端服務器發送請求。這是頁面的加載請求。數據(JSON)通過配置Spring Security，Spring Security會攔截切片中的請求，然后將其傳遞給Dispatcher Servlet進行處理。由于沒有配置，Security還提供了簡單的登錄界面來恢復會話。Spring Security切片編程完成系統認證請求，有效保護了后臺服務器上的數據，防止惡意數據竊取。

3.3 網頁設計

為了滿足系統需要，瀏覽器頁面必須向不同類型的消費者、操作員和管理員用戶呈現不同的頁面和功能，用戶可以輕松地在不同頁面之間切換。因此，系統采用SPA(單頁應用)。前端頁面管理采用Angular JS頁面路由設計，使得為不同的用戶和角色提供不同的頁面切換選項變得容易，且允許動態擴展，從而無縫集成前端設計。前端頁面路由功能由Angular JS依賴注入ng-Route實現。使用ng-Route和thymeleaf對獲取不同的權限來查看不同的界面非常有用。thymeleaf是一個xml、xhtml、html、html5模板引擎，可用于多種場景的開發。通過結合thymeleaf、Spring Security，可以實現基于用戶權限的自定義屬性，從而實現基于用戶權限的頁面渲染，通過thymeleaf的sec標簽實現的，允許你為不同的頁面指定所需的用戶權限。例如，管理員可以查看餐廳管理界面，而消費者和運營商則不能?？梢允褂胹ec:allow=“hasRole('ADMIN')”來限制只有擁有“ADMIN”權限的用戶才能查看此頁面。

3.4 數據庫設計

本系統使用MySQL Workbench工具創建的ER圖，最后根據項目部署環境和系統性能要求選擇合適的數據管理服務器DBMS。最終的系統數據庫是使用MySQL 設計和實現的。根據用戶、運營商、消費者、餐廳、餐點、營業時間、訂單、子命令等業務需求和數據模型共抽取8個實體，消費者和運營商有很多相似的屬性，從用戶實體中獲取共性，減少數據冗余，提高系統可擴展性。

4 餐飲行業食品安全智慧管控平臺硬件構成

4.1 RFID智能結算終端

消費者進店消費會得到含具體的餐食信息的智慧餐盤，并可通過餐盤中的智能結算終端進行結賬。自動結算終端主要由顯示器、支架和鋼化玻璃面板、多標簽讀卡器、M1發卡器、電腦主機等硬件設備組成。結算終端的多標簽讀取器/寫入器對餐盤上的RFID標簽進行智能識別。多標簽讀卡器可采用PBYTJ312一體機。由于結算終端安裝在餐館和食堂等餐飲服務場所，往往存在很多外部電磁干擾，一體機增加了金屬外殼作為屏蔽層。但若金屬外殼臨近天線，變化的磁場會在金屬中產生渦流，使天線失調。因此，PBYTJ312一體機具有抗金屬設計，通過在底部增加金屬屏蔽層，確保其不受底部或周圍金屬的影響，具有優良的電磁兼容特性，滿足系統要求[5]。

PBYTJ312一體機工作頻率為13.56 MHz，最大射頻輸出功率1.5 W，有效識別距離10 cm。這種多合一的多標簽閱讀器具有二進制搜索的防碰撞算法。在多標簽環境下，讀卡速度快且穩定，最高識別速度可達50張卡片/秒。上位機通過RS232協議的串口與多標簽讀寫器進行通信，上位機通過串口發送操作指令對天線范圍內的只對餐盤進行統計。當智慧餐盤上的RFID標簽計數完成時，將發送計數結束事件[6]。主機收到計數完成通知后，通過檢索標簽隊列RFID控制多標簽讀寫終端RFID標簽扇區中存儲的數據，這些數據是經過3DES加密的餐食標識符。主機通過后臺服務器獲取密鑰進行數據解密，識別智慧餐盤上的食物并顯示在主機屏幕上，通過語音提示引導消費者結算，然后啟動下一次結算循環。消費者可以將M1卡放在POS機識別范圍內進行自動支付，支付成功后，結算終端的主機自動將消費者消費的餐單下載到后臺服務器，并存儲在數據庫中。

4.2 智慧備菜終端

通過在備菜加熱臺中的無線頻率讀/寫設備和生產控制臺的備菜方案，利用程序的后臺控制保持原有菜品排序的基礎上實現更加復雜，更加智能的備菜管理。智慧備餐App可以改變傳統餐廳備菜混亂的局面，為餐廳提供所有食物數據分析的基礎。使用智能備菜臺后，餐具的顏色統一，可以有效減少餐具種類。從而減少20%的餐具消耗。同時，清洗和分揀餐具更經濟，餐具清潔工作量可減少30%。

①預先賦值菜品。根據餐具的顏色區分菜品的價格，只需要賦值一次，但需要在清理后對其進行重新整理。②實時賦值菜品。每次出菜品都需要重新賦值，但可以使用相同的餐具。電子價簽顯示菜品的具體信息和價格信息，將餐具放在RFID天線上時會自動賦值。

4.3 智慧餐盤設計

智慧餐盤主要是用于制造普通餐具的密胺材料，板底嵌有符合ISO/IEC 15693標準要求的13.75 MHz頻段RFID標簽，可耐受溫度最高260 ℃。一般餐飲設施消毒溫度為

120 ℃。因此，智慧餐盤的外觀、消毒方法、特點與普通餐盤相同。智慧餐盤關鍵技術指標包括如下。①存儲容量。8kbit EEPROM，分為16個扇區，每個扇區分為4個塊，每個塊大小為16字節。②數據安全。三重相互認證系統。③數據存儲期限不少于10年。④刪除和寫入操作次數不少于10萬次。⑤支持ISO/IEC15693協議標準。⑥最大檢測距離10 cm。⑦數據傳輸速度106 kbit/s，響應時間小于100 ms。

智慧餐盤讀寫終端設計以MCU為主控芯片，433 MHz無線通信方式實現無線通信，RS232實現與上位機通信，RC522實現智慧餐盤讀寫，觸控彩色LCM實現餐品的顯示和觸控。其中，主控MCU控制模塊采用基于ARM Cortex-M3內核開發的STM32單片機，該單片機具有更大片上RAM和外圍I/O，外部擴展電路少，簡化了硬件開發，滿足智能餐盤讀寫終端的設計要求。MCU通過中斷程序識別LCM中的餐品點擊操作后向RFID發送操作指令，并將餐品ID寫入智慧餐盤。

4.4 自助充值機

用戶可通過自助充值終端完成充值，自助充值機選用立式機，提供24 h無人自助充值服務，可有效降低人工充值的壓力和成本，省去繁瑣步驟，優化服務。其功能包括：①現金充值服務;②移動支付余額充值服務;③賬戶充值請求;④消費信息查詢;⑤賬戶余額查詢;⑥會員卡掛失;⑦密碼更改;⑧收據打印。

4.5 食品溯源智能秤

食品安全管理關鍵環節是食品原料采購和儲存環節。食品溯源可利用智能秤自動檢測、稱重、拍照、存儲樣品并控制食品原材料的質量。智能電子秤集稱重、計價、支付、打印、跟蹤、數據交互于一體，可在食品入庫前執行驗收/測量控制功能。同時可以將電子秤與業務系統對接，并在業務系統中實時上傳食品材料采購時的檢驗數據，以便進行食品溯源跟蹤。其基本功能包括：①掛單同步;②稱重拍照收貨;③打印收據;④上傳食材數據。

4.6 AI視覺識別結算臺

使用成熟的電子硬件產品，如相機、顯示器用于餐盤識別、圖像識別和支付。餐盤識別根據餐盤外觀、顏色、尺寸等特征。圖像識別根據各種菜肴的成分和成分確定食物制備信息和價格。AI視覺識別支付平臺運用AI視覺圖像識別技術1 s識別餐品、3 s完成支付結算。同時還支持信用卡支付、二維碼支付、刷臉支付。該設備還可收集用戶數據，分析營養攝入量，將其輸入個人健康檔案，并提供營養建議。

4.7 托盤綁定機

托盤綁定機用于智能稱重、無感計算場景，配合內置RFID芯片餐盤使用。用戶在餐廳拿到托盤后只需將托盤放置在托盤綁定機感應區即可。機器檢測到托盤后，用戶可以選擇將個人賬戶與人臉或卡片關聯。配對成功后用戶可以到智能秤臺點菜就餐。托盤綁定機可減少排隊時間，提高餐廳服務效率，降低運營成本。其主要功能：①托盤認證;②添加手環;③遠程啟停;④停止營業;⑤開始營業;⑥綁定托盤。

4.8 稱重結算臺

該設備用于智能稱重無感支付應用場景，配合RFID智能餐盤使用。當用戶完成托盤與個人賬戶綁定，托盤被放置在智能秤臺。當智能秤臺檢測到托盤，用戶就可以自由選擇所需的菜肴，屏幕自動顯示所選菜肴的重量、營養分析和消費金額。若用戶操作不正確，智能秤臺的顯示屏會觸發報警，提醒用戶操作錯誤。用戶用餐完畢后只需將托盤放在回收區，系統會自動結算。

4.9 智能取餐柜

智能取餐柜可實現無接觸餐品配送，減免排隊取餐過程，節省用戶等待時間。餐飲經營者按照訂單制作完餐品投入到取餐柜中即可認為該單任務結束，免去成品餐維護成本和后續配合配送的消耗，食客或派送員可以自主完成后續傳遞。對于食客來說，取餐柜可以解決派送餐品亂放和取錯現場，消除不必要的潛在危險，實現安全有效的外賣環境。

5 結語

隨著國家不斷推動“互聯網+”，餐飲行業實現自我變革成為必然趨勢。本文開發的系統是大型餐飲服務行業物聯網技術的先驅，開發了硬件和軟件相結合的智能餐飲服務系統。本文開發餐飲行業食品安全智慧管控系統由智慧餐盤、餐盤讀寫終端、數據網關、多標簽讀寫終端、M1卡POS機、后臺服務器、自動結算終端、數據中心、無線數據網關、自助充值機和食品溯源智能秤等硬件構成。實現了餐飲行業安全智慧管控。

參考文獻

[1]李彩寧,畢新華.餐飲服務食品安全智慧監管平臺構建研究[J].電子政務,2017(12):64-71.

[2]任亞妮,陳少杰,張斌.“智慧天津”食品安全管理體系構建研究[J].食品研究與開發,2014,35(18):264-268.

[3]李建榮.基于物聯網的智能餐飲信息化解決方案研究[J].電信工程技術與標準化,2017,30(5):7-11.

[4]余學軍.“互聯網+”時代食品安全智慧監管策略研究[J].食品工業,2018,39(8):244-246.

[5]王冀寧,吳雪琴,陳庭強.人工智能在食品安全智慧監管中的應用研究[J].中國調味品,2018,43(11):170-173.

[6]艾亮東.基于物聯網技術的高校智慧餐飲管理研究[J].信息通信,2020(8):119-122.

作者簡介：艾亮東(1975—)，男，湖南平江人，碩士。研究方向：智慧物聯、精細化管理;

周武云(1987—)，男，湖南祁陽人，本科。研究方向：AI、大數據、物聯網技術在飲食健康領域的應用;

陸建(1979—)，男，江蘇南京人，本科。研究方向：分布式系統、物聯網、大數據等信息化技術在餐飲行業的應用。