【正文】 N 為 1 時，單片機允許接收數(shù)據(jù)。 nRF2401 有四種工作模式：收發(fā)模式，配置模式，空閑模式和關機模式 [16][17]。 Visual C++ 在不犧牲靈活性、性能和控制力度的同時，給 C++帶來了更高水平的生產(chǎn)效率。 幾乎所有世界級的軟件，從業(yè)界領先的 Web 瀏覽器到面向任務的企業(yè)應用，都是使用 Microsoft Visual C++開發(fā)系統(tǒng)來開發(fā)的。 開發(fā)板還要通過專門的接口和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行數(shù)據(jù)交換，由于系統(tǒng)設計為點對點通信，因此只使用了 nRF2401 一個信道。 發(fā)送完畢后，硬件自動將 TI 置 1。 STC89C58RD+是51 類單片機，可以像開發(fā)其他 51 單片機驅動一樣開發(fā)它的驅動程序。布線過程中充分考慮到如何降低元件字之 間互相的干擾。 圖 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與開發(fā)板的接口電路 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 和開發(fā)板的 PCB 圖設計 PCB 板是一塊絕緣材料，在表面合理安放各種電子元件，并安排連接電子元件引腳間的銅膜導線，在不同的表面間有連接不同表面的銅導孔。 LM1117 系列具有 LLP、 TO26 SOT22 TO220 和TO252 DPAK 封裝；此外為了使兩個模塊直接相連，將 P2 口的部分引腳用排針引到基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設計 及實現(xiàn) 18 一起，排針間距為 100mil,標準 DIP 插針。 RS232 采用非平衡連接 (又稱為單端線路 )，在這個線路中，信號電壓加到一條導線上，所有的信號電壓都使用一個公共的接地線。 6. 通用 I/O 口 32 個，復位后為： P1/P2/P3 是準雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）， P0口是開漏輸出，作 為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 nRF2401 的內(nèi)部結構原理及外部組成框圖如圖 所示，下面介紹其工作原理。 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)絡傳送到中央的控制部分，使農(nóng)民能及早而且準確地發(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)生災害的概率。 表 Zigbee與藍牙協(xié)議時延比較 設備收索時延典型值（ ms） 休眠激活時延典型值 (ms) 活動設備信道接入時延 (ms) ZigBee 技術 30 15 15 藍牙技術 =3000 3000 2 兼容性：與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡標準無縫集成。 圖 三種網(wǎng)絡拓撲結構 4 應用層 對于應用層，主要有三個部分：與網(wǎng)絡層相連的應用支持（ APS）， ZigBee 設備對象（ ZDO）以及裝置應用行規(guī)。 ZigBee的協(xié)議架構大致如表 所列。 ，開發(fā)出了相應的驅動程序。其特點是近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。目前主流的軟件和硬件平臺均不提供對藍牙的支持，這使得藍牙的應用成本升高，普及難度增大。同時，芯片的價格，體積和能耗進一步降低，這些都使 無線電子點菜 系統(tǒng)向移動化和大眾化方向發(fā)展。 雖然微電子的發(fā)展歷史已經(jīng)有半個多世紀，但是射頻芯片 [1][2]的發(fā)展卻是近幾年的事。 無線電子點菜系統(tǒng)是無線通信技術的典型應用，把無線技術用于餐飲業(yè)將會極大提高餐館的工作效率和服務質量。這些芯片一般工作在免費頻段，采用專門的調制解調技術，內(nèi)部集成了很多電路 。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：使用專門的頻段，需要專門的 公司進行運營。 UWB通過基帶脈沖作用于天線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)。 4 IrDA (infrared data association， 紅外數(shù)據(jù)標準協(xié)會 )技術 [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。 第三章在上一章的基礎上提出了自己的硬件平臺，詳細介紹了平臺的組成部分和各自的功能。 ZigBee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡層和應用層框架的協(xié)議。而裝置應用行規(guī)則是根據(jù)不同的產(chǎn)品設計出的不同的描述信息，以及 ZigBee 各層協(xié)議的參數(shù)設定。 安全性： Zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用 AES128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性，是網(wǎng)絡安全得到有效的保障。目前， ZigBee 已經(jīng)吸引了基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 11 上百家芯片研發(fā)公司和無線設備制造公司，并且不斷有新的公司加盟這一聯(lián)盟。當 MCU 請求發(fā)送數(shù)據(jù)時，置 CE為高電平，此時的接收機地址和有效載荷數(shù)據(jù)作為 nRF2401 的內(nèi)部時鐘，可用請求協(xié)議或 MCU 將速率調至 1Mbps；置 CE 為低電平可激活 ShockBurst TM 發(fā)射。指令代碼與 51 單片機兼容，這樣可以用常用的 51 單片機軟件開發(fā)工具開發(fā)驅動程序。選用的電平轉換芯片為 MAX232，它的工作電壓為 +5V，和單片機的工作電源相同。有四個按鍵開關構成，分別為 S5(), S6(), S7(), S5(),正常情況下均為高電平。 PCB 的生成主要由四個過程組成：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)生對應的網(wǎng)絡表，網(wǎng)絡表是 PCB 圖和原理圖的紐帶；第三步是新建一個 PCB文件，并導入網(wǎng)絡表；第四步是將合理布局元件，并用導線將元件的引腳連起來。線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角 。選用 Visual C++ 來開發(fā)串行口調試工具， Visual C++ 是微軟公司推出的一款優(yōu)秀開發(fā)工具，代碼緊湊，運行速度快，而且比較適合低層開發(fā)。 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。工作模 式由 PWR_UP 、 CE、 TX_EN 和 CS 三個引腳決定，詳見表 。 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)境下的應用程序。 串行口調試工具 串行口調試工具是用微軟公司的 visual c++[20][21]開發(fā)的。開發(fā)板向 PC 機發(fā)送數(shù)據(jù)時，采用查詢方式，這樣可以節(jié)省單片機有限的資源。方式 0可以外接移位寄存器，將串行口擴展為并行口，也可以外接同步輸入 /輸出設備。 圖 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 PCB圖 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 24 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 驅動程序是硬件電路的靈魂，沒有驅動的硬件電路是沒有用的。但由于自動布線效果不好，往往實際的效果和預計效果有很大的出入，因此全部使用 交互式布線 。 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設計 及實現(xiàn) 20 (4)6 腳， 12 腳為接地腳 ,需要和開發(fā)板的邏輯地連接起來。 1%以內(nèi)。RS 232 通訊接口是一種標準化的串行接口，是為 DTE(Data Terminal Equipment，遠程通訊連接終端設備 )與 DCE (Data Communication Equipment，數(shù)據(jù)通訊設備 )定義的物理接口。 2. 工作電壓： （ 5V 單片機） 3. 工作頻率范圍： 0 40 MHz，相當于普通 8051 的 0～ 可達 48MHz. 4. 用戶應用程序空間 32K 字節(jié) 5. 片上集成 1280 字節(jié) RAM（ Random Access Memory，隨機存儲器）。 nRF2401 的主要特點如下： 圖 nRF2401的引腳排列 (1)采用全球開放的 頻段，有 125 個頻道，可滿足多頻及跳頻需要； (2)速率（ 1Mbps）高于藍牙，且具有高數(shù)據(jù)吞吐量； (3)外圍元件極少，只需一個晶振和一個電阻即可設計射頻電路； (4)發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可全部通過軟件設置； (5)電源電壓范圍為 ，功耗很低； (6)電流消耗很小， 5dBm 輸出功率時的典型峰值電流為 ； 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 12 (7)芯片內(nèi)部設置有專門的穩(wěn)壓電路，因此，使用任何電源（包括 DC/DC 開關電源）均有很好的通信效果； (8)每個芯片均可以通過軟件設置最多 40bit 地址，而且只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供一個中斷指示），同時編程也很方便； (9)內(nèi)置 CRC（ Cyclic Redundancy Check， 循環(huán) 冗余 校驗） [16]糾檢 錯硬件電路和協(xié)議； (10)采用 DuoCever 技術可同時接收兩個 nRF2401 的數(shù)據(jù)； (11)采用 ShockBurst TM 模式時，能適用極低的功率操作和不嚴格的 MCU 執(zhí)行； (12)無需外部 SAW 濾波器； (13)可 100%RF 檢驗； (14)帶有數(shù)據(jù)時隙和數(shù)據(jù)時鐘恢復功能。 在醫(yī)學領域，利用傳感器和 ZigBee 網(wǎng)絡可以準確，實時地監(jiān)測每個病人的血壓，心率等情況，有助于醫(yī)生快速做出反應，減少醫(yī)生查房的工作負擔，特別適合對 重，危病患者的監(jiān)護和治療。設備搜索時延典型值為 30ms，休眠激活時延典型值為 15ms，活動設備信道接入時延為 15ms。在組網(wǎng)方式上， ZigBee 主要采用圖 所示三種方式：其一為主從方式的星形 網(wǎng)，它需要一個能負責管理和維護網(wǎng)絡的網(wǎng)絡協(xié)調器和不超過 65535 個從屬裝置；其二為簇形網(wǎng)絡，它可以是擴展的單個星形網(wǎng)或者互連多個星形網(wǎng)絡；其三為網(wǎng)狀網(wǎng)（ Mesh） ，網(wǎng)絡中的每個 FFD 可以做為路由器，根據(jù) AD hoc 網(wǎng)絡路由協(xié)議來優(yōu)化最基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 8 短和最可靠的路徑。 ZigBee 協(xié)議框架 ZigBee 協(xié)議同其它網(wǎng)絡通信協(xié)議一樣采用分層模型，對各層所實現(xiàn)的功能和在整個 協(xié)議中起的作用做了明確的劃分，每層為其上層提供一組特定的服務。并詳細分析了平臺組成部分各自的原理以及功能。這一名 稱來源與蜜蜂的八字舞。藍牙的數(shù)據(jù)傳輸速率也不是很高，在當今這個數(shù)據(jù)爆炸的時代，可能也會對它的發(fā)展有所影響。因此微電子技術的發(fā)展對系統(tǒng)的性能有很大的限制，目前微電子技術已經(jīng)發(fā)展到了 SOC（ System On Chip，片上系統(tǒng) ） ，集成度獲得了極大的提高。這也使電子產(chǎn)品向便攜式和低端市場發(fā)展。 論文給出了無線電子點菜系統(tǒng)的完整的硬件平臺的設計和實現(xiàn)方案。像 Nordic 公司的 NRF2401 芯片，它是單片射頻收發(fā)芯片，工作于 ～ ISM（ Industry Science medicine，工業(yè)、科學、醫(yī)學） 頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。由于本系統(tǒng)要求傳輸距離有限，而且對成本有限制，因此長距離無線通信協(xié)議不在考慮的范圍之內(nèi)，下面就重點闡述幾種常見的短距離無線通信協(xié)議： 1 藍牙 [5] 愛立信在 1994 年開始研究一種能使手機與其附件（如耳機）之間互相通信的無線模塊， 4 年后，愛立信、諾基亞、 IBM 等公司共同推出了藍牙技術，主要用于通信和信息設備的無線連接。窄脈沖（小于 1ns）產(chǎn)生極大帶寬的信號。由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應用在需要短距離無線通訊的場合，進行點對點的直線數(shù)據(jù)傳輸， 傳輸速率最快可達 16Mbps。 第四章和第三章相對應的，主要講了硬件平臺的驅動程序以及 PC 機端串行口調試工具的開發(fā)，并簡單介紹了相應的軟件開發(fā)工具。 相比于常見的無線通信標準， ZigBee 協(xié)議套件緊湊而簡單，具體實現(xiàn)的要求很低。 5 安全層 安全層并非單獨獨立的協(xié)議， ZigBee 為其提供了一套基于 128 位 AES 算法的安全類和軟件，并且集成了 標準的安全元素，用來保證 MAC 層禎的機密性，一致性和真實性。 實現(xiàn)成本低：模塊的初始成本估計在 6美元左右，很快就能降到 ~ 美元，且 Zigbee 協(xié)議是免專利費的?，F(xiàn)在國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越高。 ShockBurst TM 接收主要使用 MCU 接口引腳 CE、 DR CLK DATA 來實現(xiàn)。 開發(fā)板的各 個組成部分原理圖以及功能 整個開發(fā)板是由單片機最小系統(tǒng)和它的一些外圍電路組成，單片機最小系統(tǒng)做為整個開發(fā)板的控制中心，控制各個外圍電路協(xié)調工作，完成系統(tǒng)設計的功能。 由于 STC89C58RD+單片機支持 ISP 下載，因此通過這個串行口既可以用來和 PC 機通信，又能將程序下載到單片機，不用購買昂貴的編程器。當鍵按下后，基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設計 及實現(xiàn) 19 輸出為低電平 。 開發(fā)板的 PCB 圖 將開發(fā)板的原