Đồ Án Hệ Thống Quản Lý Quán Cà Phê Tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute hệ thống quản lí quán cà phê, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Đức Phú An
• Người hướng dẫn: TS. Phan Văn Ca
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Hệ Thống Quản Lý Quán Cà Phê
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu tổng quát
• 1.3. Mục tiêu chi tiết
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Bố cục của Đồ Án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
• 2.1. Board Arduino promini
• 2.2. Giới thiệu về board Arduino pro mini
• 2.3. Chi tiết về board Arduino promini
• 2.4. Công nghệ Bluetooth
• 2.5. Giới thiệu về Bluetooth
• 2.6. Bluetooth Low Energy (BLE)
• 2.7. Giới thiệu về BLE
• 2.8. Thông số kỹ thuật
• 2.9. Đặc điểm kỹ thuật
• 2.10. Sơ đồ cấu hình chân ra của HM – 10
• 2.11. Các tập lệnh AT thường dùng
• 2.12. Cảm biến chuyển động PIR 5V
• 2.13. Giới thiệu cảm biến chuyển động PIR
• 2.14. Cấu trúc cảm biển PIR
• 2.15. Nguyên lý hoạt động
• 3. CHƯƠNG 3: BLUETOOTH LOW ENERGY
• 3.1. Kiến trúc của Bluetooth
• 3.2. Các thành phần trong truyền thông Bluetooth
• 3.3. Quá trình hình thành scatternet
• 3.4. Cấu trúc mạng Bluetooth
• 3.5. Cấu trúc mạng Broadcast
• 3.6. Cấu trúc mạng Conection
• 3.7. Advertiser and Scanner
• 3.8. Thiết lập một kết nối
• 3.9. Host Controller Interface (HCI)
• 3.10. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP)
• 3.11. Generic Attribute Profile (GATT)
• 3.12. Các vai trò của GATT
• 3.13. Thuộc tính (attribute)
• 3.14. Attribute và Data Hierarchy (Attribute và hệ thống phân cấp data)
• 3.15. Generic Access Profile (GAP)
• 4. CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG QUẢN LÝ QUÁN CÀ PHÊ
• 4.1. Yêu cầu của hệ thống
• 4.2. Thiết kế hệ thống
• 4.3. Hoạt động chi tiết của hệ thống
• 4.4. Thiết bị android
• 4.5. Giao diện trên máy tính
• 4.6. Phần thu nhận thông tin
• 4.7. Lưu đồ giải thuật trên arduino
• 4.8. Lưu đồ giải thuật trên thiết bị android
• 4.9. Lưu đồ giải thuật trên máy tính
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, THỰC NGHIỆM, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Kết quả triển khai trên thực tế
• 5.3. Phân tích ưu điểm, nhược điểm
• 5.4. Kết luận và hướng phát triển
• 5.5. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống quản lý quán cà phê

Hệ thống quản lý quán cà phê tại HCMUTE được thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động và chất lượng phục vụ. Quản lý quán cà phê không chỉ đơn thuần là việc ghi nhận đơn hàng mà còn bao gồm việc tối ưu hóa quy trình phục vụ, quản lý nhân viên và kho hàng. Hệ thống này sử dụng công nghệ hiện đại để tự động hóa các quy trình, từ việc nhận đơn hàng đến thanh toán. Điều này giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi của khách hàng và tăng cường sự hài lòng của họ. Theo báo cáo, việc áp dụng công nghệ quản lý quán cà phê đã giúp nhiều quán tăng doanh thu và giảm chi phí vận hành. Hệ thống này không chỉ phục vụ cho quán cà phê HCMUTE mà còn có thể áp dụng cho nhiều mô hình quán khác nhau, từ quán nhỏ đến chuỗi quán lớn.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là phát triển một hệ thống quản lý có khả năng đáp ứng nhu cầu thực tế của quán cà phê. Hệ thống này không chỉ giúp chủ quán tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng phục vụ. Đặc biệt, việc áp dụng phần mềm quản lý quán cà phê sẽ giúp tối ưu hóa quy trình làm việc của nhân viên, từ đó giảm thiểu sai sót trong quá trình phục vụ. Hệ thống cũng hướng đến việc cải thiện trải nghiệm của khách hàng thông qua việc sử dụng công nghệ hiện đại, giúp họ dễ dàng gọi món và thanh toán. Điều này không chỉ tạo ra sự thuận tiện mà còn góp phần nâng cao hình ảnh của quán trong mắt khách hàng.

II. Cơ sở lý thuyết liên quan

Để xây dựng một hệ thống quản lý quán cà phê hiệu quả, cần phải hiểu rõ các công nghệ và phương pháp quản lý hiện có. Công nghệ quản lý quán cà phê bao gồm nhiều thành phần như phần mềm POS, hệ thống quản lý kho và quản lý nhân viên. Việc tích hợp các công nghệ này vào một hệ thống duy nhất sẽ giúp chủ quán dễ dàng theo dõi và quản lý hoạt động kinh doanh. Hệ thống POS (Point of Sale) là một trong những công cụ quan trọng nhất, giúp ghi nhận doanh thu và quản lý đơn hàng một cách hiệu quả. Ngoài ra, việc sử dụng các thiết bị điện tử như máy tính bảng hay smartphone để nhận đơn hàng cũng đang trở thành xu hướng phổ biến trong ngành dịch vụ. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình phục vụ.

2.1. Công nghệ Bluetooth và ứng dụng trong quản lý

Công nghệ Bluetooth, đặc biệt là Bluetooth Low Energy (BLE), đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả quản lý quán cà phê. BLE cho phép các thiết bị kết nối với nhau một cách nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng. Trong hệ thống quản lý quán cà phê, công nghệ này có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị như máy tính bảng, điện thoại thông minh và các thiết bị thu nhận thông tin khác. Việc sử dụng BLE giúp cải thiện khả năng giao tiếp giữa các thiết bị, từ đó nâng cao hiệu quả phục vụ. Hệ thống có thể tự động nhận diện khách hàng và ghi nhận đơn hàng mà không cần phải có sự can thiệp của nhân viên, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao trải nghiệm của khách hàng.

III. Thiết kế hệ thống

Thiết kế của hệ thống quản lý quán cà phê tại HCMUTE bao gồm nhiều thành phần chính, từ phần mềm đến phần cứng. Phần mềm sẽ được phát triển với giao diện thân thiện, dễ sử dụng cho cả nhân viên và khách hàng. Hệ thống sẽ bao gồm các chức năng như quản lý đơn hàng, quản lý kho, và quản lý nhân viên. Phần cứng sẽ bao gồm các thiết bị như máy tính bảng, máy in hóa đơn và các thiết bị kết nối Bluetooth. Việc thiết kế hệ thống cần phải đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng, để có thể đáp ứng nhu cầu thay đổi của quán trong tương lai. Hệ thống cũng cần phải được bảo mật để đảm bảo thông tin của khách hàng và doanh thu của quán không bị rò rỉ.

3.1. Hoạt động chi tiết của hệ thống

Hoạt động của hệ thống quản lý quán cà phê sẽ diễn ra theo một quy trình rõ ràng. Khi khách hàng vào quán, họ có thể sử dụng thiết bị điện tử để gọi món. Thông tin đơn hàng sẽ được gửi đến bếp và nhân viên phục vụ sẽ nhận được thông báo để chuẩn bị món ăn. Sau khi món ăn được chuẩn bị, nhân viên sẽ mang đến bàn cho khách. Hệ thống cũng sẽ tự động tính toán số tiền và thông báo cho khách hàng. Việc thanh toán có thể được thực hiện ngay trên thiết bị điện tử, giúp tiết kiệm thời gian cho cả khách hàng và nhân viên. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng phục vụ mà còn tạo ra sự chuyên nghiệp cho quán.

IV. Kết quả và thực nghiệm

Kết quả của việc triển khai hệ thống quản lý quán cà phê tại HCMUTE đã cho thấy nhiều cải thiện đáng kể trong hoạt động kinh doanh. Thời gian phục vụ khách hàng đã giảm đi rõ rệt, từ đó nâng cao sự hài lòng của khách hàng. Hệ thống cũng giúp chủ quán dễ dàng theo dõi doanh thu và quản lý kho hàng một cách hiệu quả. Việc sử dụng công nghệ đã giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình phục vụ, đồng thời nâng cao tính chính xác trong việc tính toán doanh thu. Các nhân viên cũng cảm thấy thoải mái hơn khi không phải làm việc quá tải, từ đó nâng cao chất lượng phục vụ. Kết quả này cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ vào quản lý quán cà phê là một giải pháp hiệu quả và cần thiết trong bối cảnh hiện nay.

4.1. Phân tích ưu điểm và nhược điểm

Mặc dù hệ thống quản lý quán cà phê mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng cần phải xem xét một số nhược điểm. Một trong những thách thức lớn nhất là chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống. Việc triển khai công nghệ mới có thể đòi hỏi một khoản chi phí không nhỏ, đặc biệt là đối với các quán cà phê nhỏ. Ngoài ra, việc đào tạo nhân viên để sử dụng hệ thống cũng là một yếu tố cần được chú ý. Tuy nhiên, với những lợi ích mà hệ thống mang lại, việc đầu tư vào công nghệ quản lý quán cà phê vẫn được xem là một quyết định đúng đắn cho sự phát triển bền vững của quán.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án được thực hiện trong bối cảnh thị trường cà phê Việt Nam tăng trưởng mạnh, số lượng quán cà phê và cửa hàng chuyên cà phê liên tục mở rộng trong giai đoạn 2009–2014. Theo số liệu trong đồ án, tổng số quán cà phê tại Việt Nam tăng từ 10.422 (năm 2009) lên 12.711 (năm 2014), trong đó chuỗi cửa hàng chuyên cà phê tăng từ 125 lên 230 đơn vị. Tiêu thụ cà phê nội địa (rang xay và hòa tan) được USDA điều chỉnh tăng từ 2.008 nghìn bao (2013/2014) lên ước tính 2.600 nghìn bao (2015/2016). ICO ước tính tiêu thụ cà phê toàn cầu năm 2014 đạt 149,2 triệu bao, với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm 2,3% kể từ năm 2011.

Trước sức cạnh tranh ngày càng cao giữa các quán, chất lượng dịch vụ trở thành yếu tố phân biệt quan trọng bên cạnh chất lượng đồ uống. Tác giả nhận thấy mô hình gọi món bằng thiết bị điện tử đã được triển khai tại Nhật Bản và một số phần mềm quản lý quán cà phê đã xuất hiện tại Việt Nam (điển hình như phần mềm cukcuk.vn), song các giải pháp hiện có vẫn yêu cầu nhân viên tương tác trực tiếp với khách qua smartphone hoặc tablet, chưa có thiết bị thu nhận thông tin đặt cố định tại bàn để khách tự thao tác. Từ đó, tác giả đề xuất xây dựng hệ thống quản lý quán cà phê tích hợp phần cứng nhúng tại bàn, ứng dụng Android cho nhân viên, và giao diện máy tính cho bếp.

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Mục tiêu tổng quát: Xây dựng hệ thống quản lý quán bán cà phê có khả năng đáp ứng nhu cầu hiện tại, tính khả thi cao; hệ thống có tính thẩm mỹ, đơn giản, chi phí thấp, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, tiết kiệm năng lượng và hoạt động ổn định.
2. Mục tiêu chi tiết: Xây dựng hệ thống gồm ba phần chính: (a) phần nhận dữ liệu lắp tại bàn để khách gọi thức uống và tương tác với nhân viên; (b) phần thiết bị Android để nhân viên tương tác với bếp và khách hàng; (c) phần giao diện máy tính để bếp nhận thông tin về thức uống và số tiền thanh toán.

Nhiệm vụ nghiên cứu: Nghiên cứu phần cứng, phát triển ứng dụng trên Android và máy tính nhằm hỗ trợ nhân viên phục vụ, nâng cao chất lượng dịch vụ; sử dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng là hệ thống phần cứng nhận biết khách vào, truyền dữ liệu gọi đồ uống, thông báo yêu cầu và tính tiền; cùng giao diện phần mềm cho nhân viên và bếp. Phạm vi hướng đến các quán cà phê lớn và vừa, các chuỗi quán mà chủ không thường xuyên có mặt nhưng vẫn cần quản lý chặt chẽ doanh thu.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Phần cứng và công nghệ sử dụng

Đồ án sử dụng các thành phần phần cứng và công nghệ sau, được giới thiệu chi tiết trong văn bản:

Thành phần	Thông số/Đặc điểm chính
Arduino Pro Mini (chip ATmega328P)	14 chân Digital I/O, 6 chân Analog, Flash 32 KB, SRAM 2 KB, dao động 16 MHz (model 5V), dòng tiêu thụ 16 mA
Module BLE HM-10 (chip CC2541)	Tần số 2,4 GHz, nguồn 3,3 VDC, dòng 400 µA–1,5 mA (sleep), 8,5 mA (active), baudrate mặc định 9600, hỗ trợ mã hóa AES-128, giao tiếp UART
Cảm biến chuyển động PIR 5V	Thụ động hồng ngoại, mức áp làm việc 3–15 V, sử dụng lăng kính Fresnel để tăng độ nhạy
Module I2C-LCD	Giao tiếp I2C qua chân A4 (SDA) và A5 (SCL) của Arduino
Bàn phím mềm 4×4	Nhận mã món và số lượng từ khách
Thiết bị Android (Asus Zenfone Selfie)	Ứng dụng phục vụ nhân viên, kết nối BLE với thiết bị tại bàn
Nguồn pin vuông 9V	Cấp nguồn cho phần thu nhận tại bàn

Công nghệ Bluetooth Low Energy (BLE)

Đồ án tập trung nghiên cứu Bluetooth 4.0 / BLE, bao gồm:

• Kiến trúc protocol stack: Physical Layer (PHY) – băng tần ISM 2,4 GHz, 40 kênh, trong đó 3 kênh (37, 38, 39) dùng cho advertising; Link Layer (LL); Host Controller Interface (HCI); L2CAP (gói tối đa 64 KB); Attribute Protocol (ATT); Security Manager (SM); Generic Attribute Profile (GATT); Generic Access Profile (GAP).
• Mô hình mạng: piconet (tối đa 1 master và 7 slave active, hoặc 255 slave parked) và scatternet.
• Cấu trúc kết nối: Broadcast Topology (gói advertising 31 byte, gửi một chiều) và Connection Topology (truyền hai chiều, data packet 27 byte, dữ liệu người dùng thực tế tối đa 20 byte/packet).
• GATT/ATT: tổ chức dữ liệu theo service và characteristic; UUID 128-bit (hoặc dạng rút gọn 16/32-bit); các thao tác đọc/ghi attribute.
• Bảo mật: mã hóa AES-128 CCM, ba tiến trình Pairing – Bonding – Encryption Re-establishment.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chính là nghiên cứu tài liệu về các giải pháp truyền dữ liệu tiết kiệm năng lượng, kết hợp quan sát các hệ thống tương tự ở các nước phát triển (mô hình gọi món điện tử tại Nhật Bản) rồi phát triển phù hợp với thực tiễn Việt Nam. Không có khảo sát định lượng (n=?) hay hồi quy thống kê trong đồ án này. Sản phẩm được kiểm thử thực tế và mô tả kết quả ở Chương 5.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương trình bày bối cảnh thị trường cà phê trong nước và quốc tế, dẫn số liệu từ USDA, ICO, Mintel và Euromonitor về tiêu thụ và số lượng cơ sở kinh doanh cà phê. Phân tích ba lợi ích cốt lõi của hệ thống tự động hóa: (1) tiết kiệm thời gian phục vụ, (2) giảm chi phí nhân sự và hạn chế thất thoát doanh thu, (3) nâng cao chất lượng và tính chuyên nghiệp của dịch vụ. Chương cũng trình bày mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan

Chương giới thiệu ba nhóm phần cứng cốt lõi:

• Arduino Pro Mini: lịch sử ra đời (2005), kiến trúc AVR Atmel 8-bit (ATmega328P), thông số điện áp, bộ nhớ, chân I/O, ngôn ngữ lập trình C/C++ trên IDE Arduino.
• Module HM-10 (BLE): đặc điểm kỹ thuật, chức năng các chân (UART TX/RX/CTS/RTS, PIO0–PIO11, USB D+/D−), tập lệnh AT để cấu hình baudrate, chế độ master/slave, chế độ công suất phát (−23 dBm đến +6 dBm), mã PIN, và chip nền CC2541 với ba module: CPU/memory, ngoại vi/clock/power (chế độ PM1/PM2/PM3), và module radio.
• Cảm biến PIR 5V: nguyên lý thụ động hồng ngoại, cấu trúc đầu dò hai khe, lăng kính Fresnel, nguyên lý phát hiện chuyển động dựa trên chênh lệch tín hiệu giữa hai khe khi nguồn nhiệt đi qua.

Chương 3: Bluetooth Low Energy

Chương đi sâu vào lý thuyết BLE, bao gồm:

• Kiến trúc ad-hoc của Bluetooth: piconet, scatternet, quá trình Inquiry/Paging, bốn trạng thái thiết bị (Standby, Active, Parked, Stand by).
• Protocol stack đầy đủ từ PHY đến GAP: mô tả từng lớp, cơ chế advertising (thời gian giữa các lần gửi từ 20 ms đến 10,24 s), passive/active scanning, thiết lập kết nối qua CONNECT_REQ.
• GATT: phân cấp service – characteristic; vai trò GATT client (thực hiện discovery scan trước) và GATT server (lưu trữ attribute); định dạng UUID 128-bit và dạng rút gọn 16/32-bit với Bluetooth Base UUID.
• Security Manager: ba tiến trình Pairing, Bonding và Encryption Re-establishment.

Chương 4: Hệ thống quản lý quán cà phê

Đây là chương thiết kế và thi công trung tâm của đồ án. Hệ thống bao gồm ba phân hệ:

Phần thu nhận thông tin (tại bàn):

• Phần cứng: Arduino Pro Mini + HM-10 (BLE slave) + cảm biến PIR + bàn phím 4×4 + module I2C-LCD.
• Khi khách ngồi vào bàn, PIR phát hiện và kích hoạt hệ thống. Khách nhập mã món và số lượng qua bàn phím; LCD hiển thị phản hồi. Hệ thống gửi dữ liệu qua BLE đến thiết bị Android của nhân viên. Có chức năng gọi phục vụ và gọi tính tiền.
• Lưu đồ giải thuật Arduino gồm các chương trình con: chương trình chính (main), setup, menu, giaodienCF, giaodienSL, nhapSo, readkey, goiPhucVu, goiTinhTien.

Phần thiết bị Android (nhân viên):

• Ứng dụng trên Asus Zenfone Selfie, giao diện gồm màn hình quét thiết bị BLE và màn hình phục vụ.
• Lưu đồ giải thuật gồm: setButtonImage, foodComplete, TcpClientService, hàm run(), MainScreen.
• Nhận thông tin gọi món từ bàn qua BLE, chuyển tiếp lên máy tính bếp qua TCP/IP.

Phần giao diện máy tính (bếp):

• Giao diện hiển thị tên món, số lượng, số bàn và tổng tiền thanh toán.
• Lưu đồ giải thuật: runServer, run.
• Bếp xác nhận khi đã hoàn thành món; thông báo chuyển về ứng dụng Android của nhân viên để bưng món.

Chương cũng trình bày sơ đồ nguyên lý phần thu nhận, sơ đồ khối hệ thống, bảng các biến sử dụng (tên biến, giá trị ban đầu, chức năng) và quy định phím nhấn trên bàn phím 4×4.

Chương 5: Kết quả, thực nghiệm, kết luận và hướng phát triển

Chương trình bày kết quả triển khai thực tế với ảnh chụp giao diện hoạt động trên cả ba phân hệ, phân tích ưu điểm, nhược điểm của hệ thống, và đề xuất hướng phát triển tiếp theo.

---

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc hệ thống

Hệ thống gồm ba lớp liên kết với nhau:

[Bàn khách]                [Nhân viên]             [Bếp]
Arduino Pro Mini  --BLE-->  Android App  --TCP/IP-->  PC Interface
+ PIR + Keypad              (Zenfone Selfie)          (máy tính)
+ I2C-LCD
+ HM-10 (slave)

• Kết nối tầng 1 (bàn → nhân viên): Bluetooth Low Energy (HM-10, chip CC2541), chế độ slave–master.
• Kết nối tầng 2 (nhân viên → bếp): TCP/IP qua mạng nội bộ, thông qua TcpClientService chạy nền trên Android.

Công nghệ sử dụng

• Vi điều khiển: Arduino Pro Mini (ATmega328P), lập trình bằng C/C++ trên Arduino IDE.
• Kết nối không dây: BLE 4.0, module HM-10 giao tiếp UART với Arduino; tập lệnh AT để cấu hình.
• Ứng dụng di động: Android (ngôn ngữ và framework không được ghi rõ trong văn bản).
• Ứng dụng máy tính: Giao diện PC (ngôn ngữ lập trình cụ thể không được ghi rõ trong văn bản).
• Chế độ tiết kiệm năng lượng: Arduino sleep mode khi không có khách (được nêu trong kết quả Chương 5); BLE HM-10 dòng tiêu thụ 400 µA ở sleep mode.

Kiểm thử

Hệ thống được kiểm thử trên thực tế và kết quả được mô tả thông qua ảnh chụp giao diện ở các trạng thái: quét thiết bị BLE, bắt đầu chương trình, nhập mã món, gọi số lượng, gọi phục vụ, thông báo bếp, tính tiền, và Arduino vào chế độ sleep sau khi khách rời bàn. Văn bản không cung cấp số liệu định lượng về độ trễ, tỷ lệ lỗi gói tin, hay thời gian phản hồi.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

Hệ thống được triển khai hoàn chỉnh với đầy đủ ba phân hệ hoạt động liên thông. Theo mô tả trong Chương 5, hệ thống thực hiện được các chức năng:

• Phát hiện khách ngồi vào bàn qua cảm biến PIR và kích hoạt giao diện gọi món.
• Khách nhập mã món, chọn số lượng và gọi phục vụ hoặc gọi tính tiền qua bàn phím tại bàn.
• Thông tin được truyền qua BLE đến Android của nhân viên, sau đó chuyển tiếp lên màn hình bếp qua TCP.
• Bếp xác nhận hoàn thành món; màn hình Android thông báo cho nhân viên bưng món.
• Hệ thống tự động tính tổng tiền và hiển thị khi khách gọi tính tiền.
• Arduino tự động vào chế độ sleep khi bàn không có khách, tiết kiệm năng lượng.

Giải pháp và đóng góp

Điểm khác biệt so với các phần mềm hiện có (như cukcuk.vn) mà tác giả nêu rõ: hệ thống bổ sung phần thu nhận thông tin phần cứng đặt cố định tại bàn để khách tự thao tác, thay vì nhân viên phải cầm tablet tương tác với từng bàn. Điều này giảm trực tiếp lượng công việc cho nhân viên và cho phép phục vụ đồng thời nhiều bàn.

Giải pháp sử dụng BLE thay vì Bluetooth cổ điển nhằm kéo dài tuổi thọ pin cho phần thu nhận tại bàn (dòng HM-10 ở sleep mode chỉ 400 µA–1,5 mA), phù hợp với thiết bị nhúng hoạt động liên tục.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo Chương 5, tác giả nêu phần phân tích ưu/nhược điểm và hướng phát triển, tuy nhiên chi tiết cụ thể của các nhược điểm không được trích dẫn đầy đủ trong phần fulltext được cung cấp. Dựa trên phạm vi nghiên cứu, có thể xác định các giới hạn sau:

• Phạm vi kết nối BLE của HM-10 lên đến 90 m theo thông số kỹ thuật, nhưng trong môi trường quán cà phê thực tế có thể bị ảnh hưởng bởi vách ngăn và nhiễu sóng.
• Hệ thống sử dụng bàn phím 4×4 và mã số để gọi món, chưa có giao diện đồ họa với hình ảnh sản phẩm tại bàn, có thể gây khó khăn cho khách chưa quen.
• Kết nối TCP giữa Android và máy tính bếp phụ thuộc vào hạ tầng mạng Wi-Fi nội bộ của quán.

Hướng phát triển mà tác giả đề xuất trong Chương 5 bao gồm mở rộng và cải tiến hệ thống (chi tiết cụ thể không được trích dẫn trong phần văn bản cung cấp).

---

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo với các nhóm đối tượng sau:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Kỹ thuật Điện tử – Viễn thông, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa đang nghiên cứu về hệ thống nhúng, IoT ứng dụng thực tiễn, hoặc tích hợp phần cứng – phần mềm. Phần cơ sở lý thuyết về BLE (Chương 2 và 3) được trình bày khá hệ thống từ lớp vật lý đến GATT/GAP, phù hợp làm tài liệu nền tảng cho ai mới tiếp cận công nghệ này.
• Sinh viên ngành Công nghệ thông tin thực hiện đề tài ứng dụng Android kết hợp giao tiếp BLE và TCP/IP có thể tham khảo phần thiết kế luồng dữ liệu và lưu đồ giải thuật ở Chương 4.
• Người làm đề tài về hệ thống quản lý nhà hàng/quán ăn tham khảo mô hình ba lớp (phần cứng tại bàn – ứng dụng di động – giao diện máy tính) và cách tiếp cận bài toán tiết kiệm nhân lực phục vụ.
• Phần đáng tham khảo nhất: Chương 3 (lý thuyết BLE đầy đủ), bảng thông số HM-10 và tập lệnh AT ở Chương 2, lưu đồ giải thuật ba phân hệ ở Chương 4.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án chọn Bluetooth Low Energy (BLE) thay vì Wi-Fi hay Bluetooth cổ điển để kết nối thiết bị tại bàn với nhân viên? Tác giả chọn BLE vì module HM-10 (chip CC2541) tiêu thụ dòng chỉ 400 µA–1,5 mA ở sleep mode và 8,5 mA ở active mode, phù hợp với thiết bị chạy bằng pin vuông 9V đặt cố định tại bàn. BLE 4.0 cũng khắc phục nhược điểm tiêu tốn năng lượng nhiều của Bluetooth cổ điển, đồng thời hỗ trợ khoảng cách kết nối lên đến 90 m.

2. Phần thu nhận thông tin tại bàn có những thành phần phần cứng nào và hoạt động ra sao? Phần thu nhận gồm: Arduino Pro Mini (ATmega328P), module BLE HM-10, cảm biến PIR 5V, bàn phím mềm 4×4, module I2C-LCD, và nguồn pin 9V. Cảm biến PIR phát hiện khách ngồi vào bàn và kích hoạt hệ thống. Khách nhập mã món và số lượng qua bàn phím; LCD hiển thị xác nhận. Arduino xử lý và truyền dữ liệu qua BLE đến ứng dụng Android của nhân viên.

3. Module HM-10 được cấu hình như thế nào để hoạt động trong hệ thống? HM-10 được cấu hình qua tập lệnh AT giao tiếp UART. Mặc định baudrate là 9600. Trong hệ thống, module tại bàn hoạt động ở chế độ Slave (AT+ROLES), còn thiết bị Android đóng vai trò Master để kết nối và nhận dữ liệu. Công suất phát mặc định là 0 dBm. Module hỗ trợ ba chức năng: Transmission Version (truyền dữ liệu hai chiều), Remote Control và PIO State Acquisition.

4. Số liệu về thị trường cà phê nào được tác giả sử dụng để lập luận cho sự cần thiết của đề tài? Tác giả sử dụng số liệu từ USDA (tiêu thụ cà phê rang xay nội địa tăng từ 1.788 nghìn bao năm 2013/2014 lên ước tính 2.250 nghìn bao năm 2015/2016), ICO (tiêu thụ toàn cầu 2014 đạt 149,2 triệu bao, tăng trưởng 2,3%/năm), Euromonitor (chuỗi cửa hàng cà phê tăng doanh thu 32%/năm), và dữ liệu thống kê số lượng quán cà phê tại Việt Nam giai đoạn 2009–2014 (tăng từ 10.422 lên 12.711 quán).

5. Điểm khác biệt giữa hệ thống trong đồ án này so với phần mềm cukcuk.vn là gì? Tác giả chỉ rõ phần mềm cukcuk.vn chỉ sử dụng smartphone hoặc tablet do nhân viên cầm để tương tác với khách, nghĩa là nhân viên vẫn phải đến từng bàn để ghi nhận yêu cầu. Đồ án này bổ sung thêm phần thu nhận thông tin phần cứng (Arduino + bàn phím + BLE) đặt cố định tại bàn để khách tự gọi món, gọi phục vụ và gọi tính tiền mà không cần nhân viên đến trực tiếp, qua đó giảm lượng nhân viên cần thiết và tăng tính chuyên nghiệp.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Hệ thống quản lý quán cà phê" của sinh viên Nguyễn Đức Phú An, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (2016), xây dựng một hệ thống nhúng ba lớp gồm thiết bị phần cứng tại bàn (Arduino Pro Mini, BLE HM-10, cảm biến PIR), ứng dụng Android cho nhân viên, và giao diện máy tính cho bếp, liên kết với nhau qua BLE và TCP/IP. Đây là đồ án kỹ thuật tích hợp với mức độ hoàn thiện bao gồm thiết kế mạch, lập trình vi điều khiển, phát triển ứng dụng Android và ứng dụng máy tính, cùng kiểm thử thực tế. Điểm đóng góp cụ thể của đề tài là tích hợp thiết bị thu nhận cố định tại bàn — thay vì chỉ dùng tablet do nhân viên cầm — giúp khách tự phục vụ ở khâu đặt món và tương tác, từ đó giảm áp lực nhân sự và giảm nguy cơ thất thoát doanh thu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thị trường cà phê ở Việt Nam, tính cấp thiết trong việc ứng dụng khoa học công nghệ vào kinh doanh quán cà phê. Chương 2: Giới thiệu về mô hình hệ thống, công nghệ sử dụng và phần cứng liên quan. Chương 3: Đi sâu vào tìm hiểu công nghệ Bluetooth low energy Chương 4: Giới thiệu chi tiết mô hình hệ thống, tính toán, thiết kế và thi công hệ thống. Chương 5: Trình bày kết quả đạt được, ưu điểm, nhược điểm, kết luận và hướng phát triển.

7 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2. Board Arduino promini: 2. Giới thiệu về board Arduino pro mini: Được giới thiệu vào năm 2005, Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.

Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵn và chuẩn hóa, người dùng chỉ việc chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thể chạy được. Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.

Arduino là một nền tảng phần cứng mã nguồn mở: Các thiết kế phần cứng tham khảo của Arduino được phân phối dưới dạng Creative CommonsAttribution Share-Alike 2.5 license và có sẵn trên website của Arduino. Một vài phiên bản phần cứng của Arduino còn đưa lên cả file Layout và thành phẩm. Cộng đồng sử dụng arduino hiện nay rất lớn, giúp chúng ta dễ dàng tiếp cận cũng như xử lý vấn đề một cách nhanh chóng. Arduino Pro Mini là 1 board mạch rất nhỏ, tiêu hao năng lượng thấp, sử dụng chip ATmega328P.

Adruino Pro Mini đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng thực tế đòi hỏi sự gọn gàng, linh hoạt, chi phí thấp, và kích thước nhỏ. 8 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an 2. Chi tiết về board Arduino promini: Có 2 phiên bảng Arduino pro mini, một chạy ở điện áp 3.3v và một chạy ở 5v.1 Thông số chính arduino pro mini Vi điều khiển Atmega328 Điện áp hoạt động 3.3V hoặc 5V tùy model Nguồn vào đề nghị 3.4V – 12V đồi với model 3.3V; 6V – 12V đối với model 5V Digital I/O Pin 14 (trong đó có 6 chân có thể dùng làm ngõ ra PWM) Analog Input Pins 6 Dòng tối đa cho chip 200mA Dòng tại mỗi chân 40mA Công suất tiêu thụ 16mA Bộ nhớ Flash 32kB (0.5kB sử dụng cho bootloader) SRAM 2kB EEPROM 1kB Dao động 8MHz với model 3.3V; 16 MHz với model 5V Sau đây là chức năng các chân của arduino pro mini 5V: Bảng 2.2 Chức năng các chân arduino pro mini RAW Cấp nguồn 6V – 12V VCC Cấp nguồn 5V GND Nối đất RX Nhận dữ liệu nối tiếp TX Truyền dữ liệu nối tiếp 2 và 3 Chân digital I/O. Ngoài ra còn có thể cấu hình để kích hoạt ngắt.

Có thể cấu hình là ngõ ra PWM 8-bit 10,11,12,13 Chân digital I/O. Có thể cấu hình như chân SPI: 10 – SS ; 11 – MOSI ; 12 – MISO ; 13 – SCK A0 – A3 Chân ngõ vào analog A4, A5 Chân ngõ vào analog. Có thể sử dụng như chân I2C: A4 – SDA ; A5 – SCL A6, A7 Chân ngõ vào analog Reset Board sẽ reset nếu chân này về mức thấp 9 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Hình 2.1 Arduino pro mini 10 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an 2. Công nghệ Bluetooth: 2.

Giới thiệu về Bluetooth: Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) trong dãy tầng 2. Đây là dãy băng tần không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học, y tế. Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Bluetooth Low Energy (BLE): 2.

Giới thiệu về BLE: Trước đây, một trong những lý do khiến người ta ngại bật bluetooth là vì nó tiêu tốn năng lượng khá nhiều, lại gây nóng máy nếu hoạt động liên tục. Tuy nhiên, Bluetooth 4.0 đã khắc phục được nhược điểm này. Một trong những cải thiện vượt trội nhất của BLE là gần như máy không bị tiêu hao pin dù bạn có bật thường trực. “Bluetooth low energy” là một phần của Bluetooth 4.0 với một giao thức hoàn toàn mới để những kết nối đơn giản được thực hiện nhanh chóng.

Nó là một sự chuyển đổi những giao thức tiêu chuẩn của Bluetooth 1.0 nhằm phục vụ cho những ứng dụng năng lượng cực thấp. Điều này cho phép giảm đáng kể điện năng tiêu thụ, qua đó kéo dài thời lượng pin các thiết bị di động, một vấn đề đang rất được quan tâm hiện nay. Thông số kỹ thuật: Truyền dữ liệu - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp cung cấp các gói dữ liệu rất ngắn (8 byte tối thiểu lên đến 27 byte tối đa) với tốc độ 1 Mbit/s. Tất cả các kết nối tiên tiến sử dụng đánh giá sniff-sub để đạt được chu kỳ nhiệm vụ cực kỳ thấp.

Công nghệ bluetooth 4.0 cũng sử dụng dãy tần 2,4 GHz như công nghệ bluetooth cũ, Thừa hưởng những ưu thế về tốc độ truyền dữ liệu và khoảng cách giao tiếp giữa hai thiết bị lên tới 90m, tốc độ bit là 1 Mbit/s và công suất phát tối đa là 10 mW. Công nghệ Bluetooth năng lượng thấp sử dụng một CRC 24 bit mạnh mẽ trên tất cả các gói đảm bảo sự chống nhiễu tối đa. Bảo mật an ninh - mã hóa AES-128 Full sử dụng CCM để cung cấp mã hóa và xác thực của các gói dữ liệu. 11 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Cấu trúc liên kết - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp sử dụng một địa chỉ truy cập 32 bit trên mỗi gói cho mỗi thiết bị, cho phép hàng tỷ thiết bị được kết nối.

Công nghệ này được tối ưu hóa cho một-một kết nối trong khi cho phép một- nhiều kết nối sử dụng cấu trúc liên kết hình sao. Với việc sử dụng các kết nối nhanh chóng và ngắt kết nối, dữ liệu có thể di chuyển trong một vùng mạng lưới một cách đơn giản và dễ dàng. Đặc điểm kỹ thuật: Hình 2.0 HM-10 HM-10 là một board phát triển của chip CC2540 (hoặc CC2541) cho công nghệ Bluetooth low energy với firmware đã được nạp sẵn lên chip. HM-10 sử dụng giao diện truyền nhận nối tiếp để khởi động các mode và giao tiếp.2 là ảnh thực tế của module HM-10.

Có 2 chế độ Master và Slave. Có các chức năng : Transmission Version, Remote Control version and PIO State Acquisition Functions. Transmission Version sử dụng để truyền dữ liệu giữa hai thiết bị bluetooth. Remote control điều khiển các PIO ports output mức cao hay mức thấp mà không cần một MCU nào khác.

PIO state acquisition functions được sử dụng để acquisition PIO ports state mà không cần sử dụng một MCU nào khác. Có thể sử sụng tập lênh AT để thiết lập lại các thông số của module HM – 10. Đặc điểm kỹ thuật của module HM-10 được mô tả ở bẳng 2.3 12 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Bảng 2.3 Đặc điểm kỹ thuật module HM - 10 Loại module Không dây Chức năng Bluetooth SPP (Master & Slave) Tần số hoạt động 2.4 GHz Khối lượng 8g Kích thước 26.2 mm Phiên bản 1.0 Nguồn cung cấp 3.3VDC Nhiệt độ hoạt động -5 -> 65◦C Bảo vệ Xác thực và mã hóa Gửi và nhận không có giới hạn byte. Phương pháp điều chế GFSK Dòng tiêu thụ 400uA ~ 1.5mA ở sleep mode và 8.5mA ở active mode Baudrate Hỗ trợ đến 230400 mặc định là 9600 Công suất phát -23dbm, -6dbm, 0dbm, 6dbm 2.

Chip CC2541: Chip CC2541 tiêu thụ năng lượng thấp, được xem là giải pháp cho các ứng dụng BLE. Nó cho phép ta thiết lập chế độ master và slave trên việc xây dựng một ứng dụng với một mức giá về thiết bị rất thấp. Chip CC2541 kết hợp giữa một thiết bị thu phát RF hàng đầu với một MCU công nghiệp 8051, trong hệ thống cho phép lập trình, 8 KB bộ nhớ flash, và nhiều tính năng khác mạnh mẽ hỗ trợ và thiết bị ngoại vi. Chip CC2541 phù hợp cho các hệ thống tiêu thụ điện năng thấp, thời gian chuyển tiếp ngắn giữa các chế độ hoạt động.

Chip CC2541 có hai phiên bản khác nhau: CC2541F128 và CC2541F256, với 128 KB và 256 KB bộ nhớ flash, tương ứng.3 là sơ đồ khối của chíp CC2541. Có thể chia thành ba phần module: - Module liên quan đến CPU và bộ nhớ: Cấu tạo bởi core MCU 8051. CPU có ba vùng nhớ truy suất được (SFR, DATA, CODE/XDATA). Bên cạnh đó CPU cũng cho phép các giao tiếp debug và các ngắt ngoài.

- Module đến các thiết bị ngoại vi, clocks, công suất. Được cung cấp với điện áp thấp 1. Hơn thế nữa, CC2541 có sẵn các chức năng cho phép sử dựng ở những chế độ tiết kiệm năng lượng khác nhau như (PM1, PM2, PM3) nhằm đáp ứng các ứng dụng tiết kiệm năng lượng. - Module liên quan đến radio.

Core RF trong module điều khiển các module analog radio và digital radio thông qua các API commands đến BLE stack. 13 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Hình 2.3: Sơ đồ khối chip CC2541 14 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an 2. Sơ đồ cấu hình chân ra của HM – 10: Hình 2.4 Sơ đồ cấu hình chân HM-10 Bảng 2.4 Tên và chức năng các chân HM - 10 STT Tên Chức năng 1 UART_TX Giao diện UART 2 UART_RX Giao diện UART 3 UART_CTS Giao diện UART 4 UART_RTS Giao diện UART 5 NC NC 6 NC NC 7 NC NC 8 NC NC 9 NC NC 10 NC NC 11 RESETB 12 VCC 3.3V 15 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.