【正文】 件電路是沒有用的。因此很多開發(fā) 51 應(yīng)用的工程師或普通的單片機(jī)愛好者，都對(duì)它十分喜歡。方式 0可以外接移位寄存器，將串行口擴(kuò)展為并行口，也可以外接同步輸入 /輸出設(shè)備。方式 1 為波特率可變的 8 位異步通信方式，由 TXD 發(fā)送 RXD 接收，一幀數(shù)據(jù)為 10 位， 1位起始位（低電平）， 8位數(shù)據(jù)位（低位在前）和 1 位停止位（高電平），波特率取決于定時(shí)器 的 T 溢出率（ 1/溢出周期）和波特率的選擇位 SMOD。開發(fā)板向 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，采用查詢方式，這樣可以節(jié)省單片機(jī)有限的資源。這使得 nRF2401 能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和 CRC 校驗(yàn)碼； （ 2） 地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。 串行口調(diào)試工具 串行口調(diào)試工具是用微軟公司的 visual c++[20][21]開發(fā)的。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。 它具有可視化的界面 ，封裝了大量的類，使界面制作變的很簡單，使用它可以方便快捷地開發(fā) Windows 環(huán)境下的應(yīng)用程序。 基于單片機(jī)的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 27 表 nRF2401的配置字 位 位數(shù) 名字 功能 Shockb Brst T M 配置 143： 120 24 TEST 保留 119： 112 8 DATA2_W 接收頻道 2有效數(shù)據(jù)長度 111： 104 8 DATA1_W 接收頻道 1有效數(shù)據(jù)長度 103： 64 40 ADDR2 接收頻道 2 的地址，最高為 5 字節(jié) 63： 24 40 ADDR1 接收頻道 1 的地址，最高為 5 字節(jié) 23： 18 6 ADDR_W 接受頻道地址位數(shù) 17 1 CRC_L 8 位或 16位 CRC 校驗(yàn) 16 1 CRC_EN 使能 CRC 校驗(yàn) 常用器件配置 15 1 RX2_EN 使能第二頻道 14 1 CM 通信方式設(shè)置 13 1 RFDR_SB 發(fā)射數(shù)據(jù)速率 12： 10 3 XO_F 晶震頻率 9： 8 2 RF_PWR 發(fā)射輸出電源 7： 1 7 RF_CH 頻道設(shè)置 0 1 RX_EN 接收或發(fā)送操作 開發(fā)板通過串行口和 PC 機(jī)交換數(shù)據(jù)的流程圖如下： 圖 開發(fā)板和 PC機(jī)通過串行口交換數(shù)據(jù)的流程圖 開始 初始化串行口 循環(huán)等待觸發(fā)條件 發(fā)送完畢，開中斷 開發(fā)板上有鍵按下 否 是 RI=1 否 ACC=SBUF 將數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示 將數(shù)據(jù)發(fā)送到串口發(fā)送緩沖區(qū)，關(guān)中斷 TI=1？ 否 基于單片機(jī)的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 28 開發(fā)板通過 IO口和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的流程圖為圖 。工作模 式由 PWR_UP 、 CE、 TX_EN 和 CS 三個(gè)引腳決定，詳見表 。 基于單片機(jī)的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 26 通過以上單片機(jī)串行口各種工作方式的比較，由于使用一個(gè)開發(fā)板和 PC 機(jī)進(jìn)行單獨(dú)的通信，因此工作方式 1 比較適合系統(tǒng)的要求。 RXD 為數(shù)據(jù)接收端，接受數(shù)據(jù)保存到 SBUF接收緩沖器中。綜合以上 C 語言的優(yōu)點(diǎn)，在開發(fā)時(shí)選擇了 C51 語言 . 主機(jī)端硬件驅(qū)動(dòng)程序 主機(jī)端的硬件驅(qū)動(dòng)程序主要有兩種功能：實(shí)現(xiàn)開發(fā)板通過串行口和 PC 機(jī)通信；實(shí)現(xiàn)開發(fā)板通過某些 I/O 口和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信。選用 Visual C++ 來開發(fā)串行口調(diào)試工具， Visual C++ 是微軟公司推出的一款優(yōu)秀開發(fā)工具，代碼緊湊，運(yùn)行速度快，而且比較適合低層開發(fā)。 nRF2401 的 PCB 為雙層板，底層一般不放置元件，頂層的空余地方敷上銅，這些基于單片機(jī)的無線點(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) 23 敷銅通過過孔與底層的地相連。線條有講究：有條件做寬的線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角 。 圖 鍵盤封裝 圖 USB封裝 基于單片機(jī)的無線點(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) 22 圖 開關(guān)封裝 圖 四位八段數(shù)碼管封裝 各個(gè)元件的封裝的引腳的序號(hào)必須和原理圖中引腳的序號(hào)保持一致，不然將會(huì)在調(diào)如網(wǎng)絡(luò)表過程中出現(xiàn)管腳丟失的錯(cuò)誤。 PCB 的生成主要由四個(gè)過程組成：其一是原理圖的生成；其二是根據(jù)已經(jīng)生成的原理圖產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表，網(wǎng)絡(luò)表是 PCB 圖和原理圖的紐帶；第三步是新建一個(gè) PCB文件，并導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表；第四步是將合理布局元件，并用導(dǎo)線將元件的引腳連起來。推薦電壓 左右。有四個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成，分別為 S5(), S6(), S7(), S5(),正常情況下均為高電平。而開發(fā)板的電源為 5V， 因此為了使系統(tǒng)工作，必需要有 5V 電平轉(zhuǎn)換為 電平的部分。選用的電平轉(zhuǎn)換芯片為 MAX232，它的工作電壓為 +5V，和單片機(jī)的工作電源相同。為了方便調(diào)試和降低成本，因此選用 USB（ Universial Serial Bus,通用串口總線 ） 方式供電。指令代碼與 51 單片機(jī)兼容，這樣可以用常用的 51 單片機(jī)軟件開發(fā)工具開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。具體的兩個(gè)信道如下 : 圖 DuoCeiver TM同時(shí)雙接收信道結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字信道１ :CLK1,DATA,DR1； 數(shù)字信道２ :CLK2,DOUT2,DR2； 應(yīng)當(dāng)說明的是 ,數(shù)字信道 2的頻率只有在比數(shù)字信道 1 的頻率高出 8MHZ 時(shí)，才能保證正常接收。當(dāng) MCU 請求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，置 CE為高電平，此時(shí)的接收機(jī)地址和有效載荷數(shù)據(jù)作為 nRF2401 的內(nèi)部時(shí)鐘，可用請求協(xié)議或 MCU 將速率調(diào)至 1Mbps；置 CE 為低電平可激活 ShockBurst TM 發(fā)射。更重要的是， nRF2401 比藍(lán)牙產(chǎn)品更便宜。目前， ZigBee 已經(jīng)吸引了基于單片機(jī)的無線點(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 11 上百家芯片研發(fā)公司和無線設(shè)備制造公司，并且不斷有新的公司加盟這一聯(lián)盟。 消費(fèi)類電子產(chǎn)品和家庭智能化將是 ZigBee 技術(shù)最有潛力的市場，家庭可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備包括電視，錄象機(jī)， PC 外設(shè)，兒童玩具，游戲機(jī)，門禁系統(tǒng)，窗戶和窗簾，照明設(shè)備，空調(diào)設(shè)備和其他家用電器等。 安全性： Zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用 AES128，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性，是網(wǎng)絡(luò)安全得到有效的保障。 數(shù)據(jù)傳輸可靠性高：采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突。而裝置應(yīng)用行規(guī)則是根據(jù)不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)出的不同的描述信息，以及 ZigBee 各層協(xié)議的參數(shù)設(shè)定。 3 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)功能是 ZigBee 協(xié)議的重要特點(diǎn)，也是與其他無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不同的地方。 ZigBee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層框架的協(xié)議。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。 第三章在上一章的基礎(chǔ)上提出了自己的硬件平臺(tái)，詳細(xì)介紹了平臺(tái)的組成部分和各自的功能。而且目前支持 ZigBee 協(xié)議的廠商比較多，技術(shù)發(fā)展也很成熟，可以作成低成本的嵌入式產(chǎn)品。 4 IrDA (infrared data association， 紅外數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) )技術(shù) [5][6] 紅外線是波長在 750nm 至 1mm 之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。所以對(duì)于商業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域， UWB 還是新鮮事物。 UWB通過基帶脈沖作用于天線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)。 3 PAN(Personal Area Net， 個(gè)人局域網(wǎng) )如圖 1 所示，主要用于個(gè)人網(wǎng)絡(luò)與信息的共享與交換。幾種常見的長距離無線通信系統(tǒng)如 GPRS 系統(tǒng)和我國即將投入使用的 3G 系統(tǒng)，它們都有一些共同的特點(diǎn)：使用專門的頻段，需要專門的 公司進(jìn)行運(yùn)營。該系統(tǒng)能夠提高餐館檔次、提高效率、自動(dòng)結(jié)賬、避免人為錯(cuò)誤、避免跑單、實(shí)時(shí)監(jiān)控餐館狀況、提供各種各樣統(tǒng)基于單片機(jī)的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第一章 緒論 2 計(jì)信息 、精簡人手、管理庫存、提高服務(wù)品質(zhì)等，為餐飲行業(yè)帶來嶄新的管理理念與服務(wù)手段 ,優(yōu)化業(yè)務(wù)流程 ,為客戶提供更好的服務(wù) ,實(shí)現(xiàn)企業(yè)價(jià)值最大化同時(shí)又使成本最低化 ,是餐飲行業(yè)向信息化發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。這些芯片一般工作在免費(fèi)頻段，采用專門的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，內(nèi)部集成了很多電路 。近數(shù)十年來 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展 ，無線通信技術(shù)更是以日新月異的速度向前發(fā)展，它也 成為了通信領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。 無線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)是無線通信技術(shù)的典型應(yīng)用，把無線技術(shù)用于餐飲業(yè)將會(huì)極大提高餐館的工作效率和服務(wù)質(zhì)量。 為了使整個(gè)系統(tǒng)更加完善，用 Visual C++ 開發(fā)了串口調(diào)試工具，實(shí)現(xiàn)了將遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)并以窗口形式顯示和通過窗口形 式將計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端，基本達(dá)到了論文的設(shè)計(jì)目的。 雖然微電子的發(fā)展歷史已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)，但是射頻芯片 [1][2]的發(fā)展卻是近幾年的事。近些年來， 隨著人民生活水平 的提高 和生活方式的轉(zhuǎn)變，餐飲業(yè)具有巨大的投資市場，被稱為中國的黃金產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，芯片的價(jià)格，體積和能耗進(jìn)一步降低，這些都使 無線電子點(diǎn)菜 系統(tǒng)向移動(dòng)化和大眾化方向發(fā)展。今后，市場上不同廠商的藍(lán)牙產(chǎn)品將能夠相互聯(lián)通。目前主流的軟件和硬件平臺(tái)均不提供對(duì)藍(lán)牙的支持，這使得藍(lán)牙的應(yīng)用成本升高，普及難度增大。除此之外，這種新技術(shù)適用于對(duì)速率要求非常高（大于 100Mb／ s）的 LAN(Local Area Net，本地局域網(wǎng) )s或 PANs。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。 雖然目前 IRDA 技術(shù)發(fā)展已經(jīng)很成熟，而且有很多公司的產(chǎn)品都支持這種協(xié)議。 ，開發(fā)出了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。 在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂方面，主要是 IEEE 小組與 ZigBee Alliance 兩個(gè)組織，兩者分別制訂硬體與軟體標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee的協(xié)議架構(gòu)大致如表 所列。 為了避免干擾，在各個(gè)頻段均使用 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum， 直接序列擴(kuò)頻技術(shù) )[13]，以化整為零方式將一個(gè)信號(hào)分為多個(gè)信號(hào)，再經(jīng)由編碼方式傳送信號(hào)以避免干擾，這對(duì)大部分較低端的實(shí)現(xiàn)來說，直接序列的應(yīng)用可以使模擬電路更 加簡單，具有更高的容錯(cuò)性能。 圖 三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 4 應(yīng)用層 對(duì)于應(yīng)用層，主要有三個(gè)部分：與網(wǎng)絡(luò)層相連的應(yīng)用支持（ APS）， ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ ZDO）以及裝置應(yīng)用行規(guī)。 ZigBee 協(xié)議優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用前景 ZigBee 協(xié)議是從 WLAN 發(fā)展過來的，經(jīng)過近幾年來 ZigBee 聯(lián)盟成員 [7]對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷修改和完善，已經(jīng)顯示出了強(qiáng)大的生命力，但是本身還有一些缺點(diǎn)，這也限制基于單片機(jī)的無線點(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 9 了 ZigBee 協(xié)議的使用范圍。 表 Zigbee與藍(lán)牙協(xié)議時(shí)延比較 設(shè)備收索時(shí)延典型值（ ms） 休眠激活時(shí)延典型值 (ms) 活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延 (ms) ZigBee 技術(shù) 30 15 15 藍(lán)牙技術(shù) =3000 3000 2 兼容性：與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無縫集成。 解決此問題可以通過如下的途徑： 傳感器節(jié)點(diǎn)采用 DSP 處理器，盡可能在傳感器節(jié)點(diǎn)一級(jí)多做些數(shù)據(jù)處理工作，盡量減少原始數(shù)據(jù)的發(fā)送量，只發(fā)送有用信息。 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，利用傳感器可以將土壤溫度，氮濃度， PH 值，降水量，氣溫，氣壓和采集信息的地理位置經(jīng)由 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳送到中央的控制部分，使農(nóng)民能及早而且準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，從而有助于保持并提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，減少發(fā)生災(zāi)害的概率。 nRF2401 支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率超過 1Mbit/s，而且比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度。 nRF2401 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖如圖 所示，下面介紹其工作原理。圖 4 所示是 DuoCeiver TM 同時(shí)雙接收信道結(jié)構(gòu)圖。 6. 通用 I/O 口 32 個(gè)，復(fù)位后為： P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）， P0口是開漏輸出，作 為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。電源采用 5V 供電，晶振為 12MHZ。 RS232 采用非平衡連接 (又稱為單端線路 )，在這個(gè)線路中，信號(hào)電壓加到一條導(dǎo)線上，所有的信號(hào)電壓都使用一個(gè)公共的接地線。 74LS244為三態(tài)輸出的八組