【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 數(shù)據(jù) / 話音 1100 7 128 位 密鑰 個(gè)人網(wǎng)絡(luò) RFID 數(shù)據(jù) 0 2 密鑰 超市、物流管理 由上表比較可知， ZigBee 無(wú)線傳輸更適合本設(shè)計(jì)，所以本設(shè)計(jì)的無(wú)線傳輸部分采用 ZigBee 無(wú)線傳輸技術(shù)。 ZigBee 無(wú)線通信技術(shù)概述 ZigBee 技術(shù) [12]是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入到各種設(shè)備中。 ZigBee 是一組基于 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee 設(shè)備應(yīng)該包括 (該標(biāo)準(zhǔn)定義了 RF 射頻以及與相鄰設(shè)備之間的通信 )的 PHY 和 MAC 層，以及 ZigBee 堆棧層、網(wǎng)絡(luò)層 (NWK)、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。 ZigBee 聯(lián)盟對(duì)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和 API 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的 4K 字節(jié)或作為協(xié)調(diào)器的 32K 字節(jié)。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接 255 個(gè)節(jié)點(diǎn)，幾個(gè)協(xié)調(diào)器即可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目沒(méi)有限制。ZigBee 聯(lián)盟還開(kāi)發(fā)了安全層，以保證不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)點(diǎn)獲得。 ZigBee 技術(shù)的主要特點(diǎn)包括： 低速率：只有 10k 字節(jié) /秒到 250k 字節(jié) /秒，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求； 低功耗：在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通 5 號(hào)干電池可使用 6 個(gè)月到 2 年； 無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 低成本： ZigBee 數(shù)據(jù)傳輸 速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本，且 ZigBee協(xié)議免收專(zhuān)利費(fèi)；大網(wǎng)絡(luò)容量：每個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可支持 255 個(gè)設(shè)備； 短時(shí)延：通常時(shí)延都在 15 毫秒至 30 毫秒之間； 高安全： ZigBee 提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單 (ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AEs128)的對(duì)稱(chēng)密碼，以靈活確定其安全屬性； 近距離：有效覆蓋范圍 1075 米之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境； 工作頻段靈活：使用的頻段分別為 、 868MHz(歐洲 )及 91SMHz(美國(guó) )，均為免執(zhí)照頻段。 ZigBee 協(xié)議結(jié)構(gòu) ZigBee 結(jié)構(gòu)采用分層技術(shù)，每一層負(fù)責(zé)完成所規(guī)定的任務(wù)并且向上層提供服務(wù)。完整的 ZigBee 協(xié)議套件由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用會(huì)聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由 ZigBee 聯(lián)盟制定， IEEE 負(fù)責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 32 所示。 圖 32 ZigBee 協(xié)議棧 物理層：使用 協(xié)議，負(fù)責(zé)啟動(dòng)和關(guān)閉無(wú)線收發(fā)器，進(jìn)行能量檢測(cè)，鏈路質(zhì)量檢測(cè)，信道選擇，清 除信道評(píng)估，以及通過(guò)物理媒體對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送和接收 。 河北北方 學(xué)院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 9 MAC 層：使用 協(xié)議，負(fù)責(zé)設(shè)備之間無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)以及結(jié)束，確認(rèn)模式的數(shù)據(jù)傳送和接收，可選時(shí)隙，實(shí)現(xiàn)低延遲傳輸，支持各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備為 16 位地址尋址，通過(guò)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù) 。 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)配置一個(gè)新的設(shè)備，初始化網(wǎng)絡(luò)，連接和斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，路由發(fā)現(xiàn)，鄰居設(shè)備發(fā)現(xiàn)，接收控制生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元，指定拓?fù)鋫鬏斅酚?。 應(yīng)用層：應(yīng)用層維持器件的功能屬性，發(fā)現(xiàn)該器件工作空間中其他器件的工作，根據(jù)服務(wù)和 需求使多個(gè)器件之間進(jìn)行通信，根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開(kāi)發(fā)。 ZigBee 協(xié)議?；跇?biāo)準(zhǔn)的七層開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián) (051)模型，但僅對(duì)涉及 ZigBee 的層予以定義。 定義了物理層 (PHY)和介質(zhì)訪問(wèn)控制層 (MAC)， ZigBee 聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 (API)，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持 (APS)， ZigBee 設(shè)備對(duì)象 (ZDO)和由制造商制訂的應(yīng)用對(duì)象。 無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)一種基于 ZigBee 無(wú)線傳輸 的無(wú)線鼠標(biāo)，共由兩部分組成 ： 鼠標(biāo)發(fā)送 端和鼠標(biāo)接收端。鼠標(biāo)發(fā)送端包括一個(gè) PS/2 鼠標(biāo) [13]和 ZigBee 轉(zhuǎn)串口模塊，鼠標(biāo)接 收 端是一個(gè) ZigBee USB 模塊。 接收端通過(guò) USB 與主機(jī)連接，進(jìn)行通信。 選擇鼠標(biāo)發(fā)送端硬件結(jié)構(gòu)時(shí)，由于 PS/2 鼠標(biāo)是市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的一種鼠標(biāo)，其采用的協(xié)議比較簡(jiǎn)單，只需要對(duì)其進(jìn)行初始化就可以正常使用，因此決定采用 PS/2 鼠標(biāo)作為發(fā)送端。 利用 51 類(lèi)型 單片機(jī)、 Keil 軟件對(duì) PS/2 鼠標(biāo)進(jìn)行解碼。由于無(wú)法用仿真軟件進(jìn)行仿真，所以用 LCD1602 顯示鼠標(biāo)的坐標(biāo)和左右鍵信息。解碼后將鼠標(biāo)信息通過(guò) ZigBee 無(wú)線發(fā)送模塊 CC2530 發(fā)送到 ZigBee 無(wú)線接收模塊 CC2531，傳輸給電腦，完成鼠標(biāo)與電腦的通信 ，實(shí)現(xiàn)無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖 41 所示。 VCC +5V 控制線 CLK INT 數(shù)據(jù)線 DATA I/O I/O 輸出 GND GND 供電 基于 ZigBee 無(wú)線傳輸 接收信息，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)操作 圖 41 無(wú)線鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)框圖 PS/2 鼠標(biāo)接口 STC89C52RC LCD 顯示 ZigBee 無(wú)線發(fā)送模塊 CC2530 ZigBee 無(wú)線接收模塊CC2531 PC 機(jī) 河北北方 學(xué)院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 11 本設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)原理框架如圖 42 所示。 圖 42 軟件實(shí)現(xiàn)原理框圖 無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 5 PS/2 鼠標(biāo)硬件設(shè)計(jì)與軟件解碼 PS/2 鼠標(biāo)硬件設(shè)計(jì) 圖 51 顯示了鼠標(biāo)與單片機(jī)接口的連接 [14]原理圖，鼠標(biāo) 1 接口為數(shù)據(jù)線，接單片機(jī) 口；鼠標(biāo) 5 接口為時(shí)鐘線，接單片機(jī)的 口。 圖 51 鼠標(biāo)與單片機(jī)接口的連接圖 解碼后由 LCD1602 顯示鼠標(biāo)坐標(biāo)和按鍵信息，無(wú)誤后發(fā)送給 CC2530 模塊進(jìn)行傳輸。 LCD1602 顯示的硬件設(shè)計(jì)如圖 52 所示。 圖 52 LCD1602 與單片機(jī)的連接圖 ZigBeeCC2530 模塊發(fā)射端管腳說(shuō)明： 端口 1： 端口 2：無(wú)效，可浮空，不連接 河北北方 學(xué)院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 13 端口 3：無(wú)效，可浮空，不連接 端口 4： GND_0V 端口 5： 無(wú)效，可浮空，不連接 端口 6： 無(wú)效，可浮空，不連接 端口 7： 接 ，鼠標(biāo)左鍵，低電平有效 端口 8： 接 ，鼠標(biāo)右鍵 ，低電平有效 端口 9： 接 ，光標(biāo)左移，低電平有效 端口 10：接 ，光標(biāo)右移，低電平有效 端口 11：接 ，光標(biāo)上移，低電平有效 端口 12：接 ，光標(biāo)下移，低電平有效 無(wú)線傳輸 CC2530 模塊為 供電， ZigBee 無(wú)線傳輸 CC2530 模塊與單片機(jī)連接方式如圖 53 所示。 圖 53 CC2530 模塊與單片機(jī)連接圖 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中 51 單片機(jī)采用 5V 供電，在給 CC2530 供電時(shí)在電源正極串聯(lián)兩個(gè) 1N4007 二極管，實(shí)現(xiàn) 左右的壓降。整體電 路設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄 A。 將 USB 端插入電腦 USB 接口，自動(dòng)識(shí)別驅(qū)動(dòng) USB 端接入電腦后紅燈亮，指示工作正常，并等待鼠標(biāo)端發(fā)射，接收到信號(hào)后紅燈將變?yōu)樾盘?hào)燈，此后，有輸入時(shí)，紅燈會(huì)點(diǎn)亮，無(wú)輸入則關(guān)閉。目前支持左鍵、右鍵、左右上下光標(biāo)移動(dòng)。模塊中內(nèi)置按鍵濾波函數(shù)。 PS/2 鼠標(biāo)軟件解碼程序設(shè)計(jì) 鼠標(biāo)的發(fā)送端由兩個(gè)模塊組成，分別是 ZigBee 無(wú)線傳輸 CC2530 模塊和 PS/2 模塊。 ZigBee 模塊要尋找 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)并嘗試連接接收端，處理鼠標(biāo)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。 無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 液晶顯示器功能簡(jiǎn)介 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量： 162 個(gè)字符 芯片工作電壓： 工作電流： () 模塊最佳工作電壓： 字符尺寸： (WH) mm 引腳功能說(shuō)明： LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無(wú)背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表 51 所示。 表 51 LCD1602 各引腳接口說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫(xiě)選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 9 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接電源 正極 時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高 電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 河北北方 學(xué)院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 15 基本操作時(shí)序表如 圖 52 所示。 圖 52 基本操作時(shí)序 圖 設(shè)計(jì)中定義的部分 LCD1602 顯示的子程序 [15]： void LCD1602_Init(void)； //液晶初始化 void LCD1602_write_cmd(unsigned char mand)； //寫(xiě)命令 void LCD1602_write_data(unsigned char temp)； //寫(xiě)數(shù)據(jù) void LCD1602_set_xy(unsigned char x， unsigned char y)； //設(shè)置 坐標(biāo) void LCD1602_write_char(unsigned x， unsigned char y， unsigned char dat)； //寫(xiě)一個(gè)字符到第 x 行 y 列 void LCD1602_write_string(unsigned char x， unsigned char y， unsigned char *s)； //寫(xiě)字符串到第 x 行 y 列 void LCD1602_Read_BF(void)； //讀忙信號(hào) void num(unsigned char x， unsigned char y， unsigned int n)； //在第 x 行 ， 第 y 列顯示整型數(shù)字 n 鼠標(biāo)發(fā)送端軟件結(jié)構(gòu)及原理 鼠標(biāo)發(fā)送端軟件結(jié)構(gòu)原理圖如圖 54 所示。 無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 圖 54 鼠標(biāo)發(fā)送端軟件結(jié)構(gòu)原理圖 55 所示。 void Init_mouse(void) { TCON=0x00； EA=1； EX1=1； //允許外部中斷 1 ET0=0x01； //允許全局中斷，允許定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 溢出中斷 PX1=1； //設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí) } 圖 55 鼠標(biāo)初始化 開(kāi)始 開(kāi)中斷 ET0 開(kāi)外部中斷 EX1 設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)， 中斷 EX1 優(yōu)先 鼠標(biāo)初始化結(jié)束 關(guān)閉 TCON 寄存器 關(guān)閉 TCON 寄存器 端口初始化賦 值