【正文】 ，且 Zigbee 協(xié)議是免專利費(fèi)的。家用設(shè)備引進(jìn) ZigBee 協(xié)議后將極大改善人們的居住環(huán)境和舒適度?，F(xiàn)在國(guó)際上有很多公司生產(chǎn)基于 ZigBee 協(xié)議的芯片，芯片的集成度也越來(lái)越高。所以 nRF2401是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級(jí)芯片。 ShockBurst TM 接收主要使用 MCU 接口引腳 CE、 DR CLK DATA 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 14 第 三 章 基于 ZigBee 協(xié)議的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 目前， 51 系列單片機(jī)非常流行，而且資料眾多，因此選用 51 系列單片機(jī)作為開(kāi)發(fā)板的 MCU，通過(guò)附加一定的外圍電路后，來(lái)和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。 開(kāi)發(fā)板的各個(gè)組成部分原理圖以及功能 整個(gè)開(kāi)發(fā)板是由單片機(jī)最小系統(tǒng)和它的一些外圍電路組成，單片機(jī)最小系統(tǒng)做為整個(gè)開(kāi)發(fā)板的控制中心，控制各個(gè)外圍電路協(xié)調(diào)工作，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能。 USB的即插即用特性，使對(duì)開(kāi)發(fā)板供電非常方便。 由于 STC89C58RD+單片機(jī)支持 ISP 下載，因此通過(guò)這個(gè)串行口既可以用來(lái)和 PC 機(jī)通信，又能將程序下載到單片機(jī)，不用購(gòu)買昂貴的編程器。為了實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，選用 作為核心芯片。 圖 開(kāi)發(fā)板和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分 圖 5V電平轉(zhuǎn) 鍵盤部分 圖 鍵盤部分 鍵盤部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信。 圖 LED部分 開(kāi)發(fā)板和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分 這一部分有兩部分組成：由于 nRF2401 的工作電壓為 ，工作電壓超過(guò) 就會(huì)燒壞芯片。由于單片機(jī)的輸入、輸出電平為 TTL 電平，與 PC 機(jī) RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)通讀，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。由于不使用外部存儲(chǔ)器，因此將 EA接高電平。而且內(nèi)部集成了看門狗和Flash，簡(jiǎn)化了 PCB板的制作。同時(shí)將兩個(gè)數(shù)字信道的輸出反饋到兩個(gè)單獨(dú)的 MCU 接口。 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 13 ShockBurst TM 發(fā)射主要通過(guò) MCU接口 引腳 CE、 CLK1 和 DATA 來(lái)完成。與藍(lán)牙不同的是， nRF2401 沒(méi)有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。 2． 3 基于 ZigBee 協(xié)議的芯片 [1][4][5] 2021 年 8 月 ZigBee 聯(lián)盟成立時(shí) Honeywell， Invensys,三菱電器，摩托羅拉和飛利浦等國(guó)際上知名的大公司就是 ZigBee 協(xié)議的支持者。 ZigBee 協(xié)議應(yīng)用前景 ZigBee 協(xié)議特別適合數(shù)據(jù)吞吐量小，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資少，網(wǎng)絡(luò)安全要求較高，不便頻繁更換電池或者充電的場(chǎng)合，預(yù)計(jì)將在消費(fèi)類電 子設(shè)備，家庭智能化，工業(yè)控制，醫(yī)療設(shè)備控制，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。為了可靠傳遞，提供全握手協(xié)議。避免了頻繁更換電池或者充電，從而減輕了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的負(fù)擔(dān) 。 對(duì)于 ZigBee 裝置而言，當(dāng)加入到一個(gè) WPAN（ Wireless Personal Area Net， 個(gè)人無(wú)線局域網(wǎng)）后，應(yīng)用層的 ZMO 會(huì)發(fā)起一系列的初始化動(dòng)作，先通過(guò) APS 進(jìn)行裝置收尋以及服務(wù)收尋后，然后根據(jù)事先定義好的描述信息，將與其 相關(guān)的裝置或是服務(wù)記錄在 APS 里的綁定表中；之后所有服務(wù)的使用，都要通過(guò)這個(gè)綁定表來(lái)查詢資料的服務(wù)或者行規(guī)。這種 MAC 層的設(shè)計(jì)不但是多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用變得簡(jiǎn)單，還可以實(shí)現(xiàn)非常有效的功耗控制。 標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層：物理層和 MAC。 ZigBee 協(xié)議依據(jù) 標(biāo)準(zhǔn) [8][9]，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。 第二章介紹 ZigBee 協(xié)議的詳細(xì)內(nèi)容和一種基于 ZigBee 協(xié)議的芯片。 綜合比較以上各個(gè)短距離無(wú)線通信協(xié)議的技術(shù)特點(diǎn)和本系統(tǒng)的要求，只有ZigBee 協(xié)議能基本滿足要求。 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第一章 緒論 4 ZigBee 協(xié)議的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用前景將在下一章詳細(xì)敘述。直到 2021 年2 月 14 日，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)才準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域。 2 超寬帶技術(shù) UWB（ Ultra Wide band） [6] 超寬帶技術(shù) UWB（ Ultra Wide band）是另一個(gè)新發(fā)展起來(lái)的無(wú)線通信技術(shù)。 2 外圍設(shè)備互連 是指將各種設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙鏈路連接到主機(jī)上。 無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 按照發(fā)射功率的不同，無(wú)線通信技術(shù)可分為短距離無(wú)線通信技術(shù)和長(zhǎng)距離無(wú)線通信技術(shù)，它們各自依托的硬件平臺(tái)和通信協(xié)議也有很大不同。 無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)的目的就是利用最先進(jìn)的 無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) [3][4]、以及觸摸屏的掌上電腦技術(shù) , 為餐飲業(yè)走向全面數(shù)字化提供了完整的解決方案。目前國(guó)際上有很多專門生產(chǎn)射頻芯片的公司，例如 Nordic 公司和 Chipcon 公司。但這時(shí)候的無(wú)線通信技術(shù)還只是處于萌芽階段，只有到 19 世紀(jì)末意大利人馬可尼發(fā)明無(wú)線電報(bào)開(kāi)始，人類才真正開(kāi)始大規(guī)模地利用無(wú)線通信技術(shù) [1]。.............................................................. III ABSTRACT ............................................................. IV 第一章 緒論 ........................................................... 1 研究背景和意義 ................................................. 1 論文的研究?jī)?nèi)容 ................................................. 4 內(nèi)容安排 ....................................................... 4 第二章 ZIGBEE 協(xié)議分析 ................................................. 6 ZIGBEE協(xié)議框架 ................................................... 6 ZIGBEE協(xié)議優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用前景 ....................................... 8 ZigBee 協(xié)議的優(yōu)點(diǎn) ............................................ 9 ZigBee 協(xié)議存在的問(wèn)題及解決方案 .............................. 9 ZigBee 協(xié)議應(yīng)用前景 ......................................... 10 2． 3 基于 ZIGBEE協(xié)議的芯片 ........................................... 10 第三章 基于 ZIGBEE 協(xié)議的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) ......................... 14 STC89C58RD+單片機(jī)概述 ........................................... 14 開(kāi)發(fā)板的各個(gè)組成部分原理圖以及功能 .............................. 15 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成電路 ...................................... 15 串行口電平轉(zhuǎn)換部分 .......................................... 16 LED 部分 .................................................... 17 開(kāi)發(fā)板和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分 ............................ 17 鍵盤部分 .................................................... 18 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊 ................................................ 19 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和開(kāi)發(fā)板的 PCB 圖設(shè)計(jì) ............................ 20 開(kāi)發(fā)板的 PCB 圖 ................................................ 20 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 PCB 圖 ...................................... 22 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 .................................. 24 硬件驅(qū)動(dòng)程序 .................................................... 24 主機(jī)端硬件驅(qū)動(dòng)程序 .......................................... 24 移動(dòng)端驅(qū)動(dòng)程序 .............................................. 28 串行口調(diào)試工具