【文章內容簡介】 1 數(shù)據(jù) / 話音 1100 7 128 位 密鑰 個人網絡 RFID 數(shù)據(jù) 0 2 密鑰 超市、物流管理 由上表比較可知， ZigBee 無線傳輸更適合本設計，所以本設計的無線傳輸部分采用 ZigBee 無線傳輸技術。 ZigBee 無線通信技術概述 ZigBee 技術 [12]是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術，適用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入到各種設備中。 ZigBee 是一組基于 無線標準研制開發(fā)的，有關組網、安全和應用軟件方面的技術標準。 ZigBee 設備應該包括 (該標準定義了 RF 射頻以及與相鄰設備之間的通信 )的 PHY 和 MAC 層，以及 ZigBee 堆棧層、網絡層 (NWK)、應用層和安全服務提供層。 ZigBee 聯(lián)盟對網絡層協(xié)議和 API 進行了標準化，完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設備的基本節(jié)點的 4K 字節(jié)或作為協(xié)調器的 32K 字節(jié)。每個協(xié)調器可連接 255 個節(jié)點，幾個協(xié)調器即可形成一個網絡，對路由傳輸?shù)臄?shù)目沒有限制。ZigBee 聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證不會意外泄漏其標識，網絡的遠距離傳輸不會被其它節(jié)點獲得。 ZigBee 技術的主要特點包括： 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)的應用需求； 低功耗：在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通 5 號干電池可使用 6 個月到 2 年； 無線鼠標的設計與實現(xiàn) 8 低成本： ZigBee 數(shù)據(jù)傳輸 速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本，且 ZigBee協(xié)議免收專利費；大網絡容量：每個 ZigBee 網絡最多可支持 255 個設備； 短時延：通常時延都在 15 毫秒至 30 毫秒之間； 高安全： ZigBee 提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接入控制清單 (ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準 (AEs128)的對稱密碼，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)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定，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 )，均為免執(zhí)照頻段。 ZigBee 協(xié)議結構 ZigBee 結構采用分層技術，每一層負責完成所規(guī)定的任務并且向上層提供服務。完整的 ZigBee 協(xié)議套件由高層應用規(guī)范、應用會聚層、網絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網絡層以上協(xié)議由 ZigBee 聯(lián)盟制定， IEEE 負責物理層和鏈路層標準。 ZigBee協(xié)議棧的結構見圖 32 所示。 圖 32 ZigBee 協(xié)議棧 物理層：使用 協(xié)議，負責啟動和關閉無線收發(fā)器，進行能量檢測，鏈路質量檢測，信道選擇，清 除信道評估，以及通過物理媒體對數(shù)據(jù)包進行發(fā)送和接收 。 河北北方 學院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 9 MAC 層：使用 協(xié)議，負責設備之間無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護以及結束，確認模式的數(shù)據(jù)傳送和接收，可選時隙，實現(xiàn)低延遲傳輸，支持各種網絡拓撲結構，網絡中每個設備為 16 位地址尋址，通過物理層數(shù)據(jù)服務發(fā)送和接收 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù) 。 網絡層：負責配置一個新的設備，初始化網絡，連接和斷開網絡，路由發(fā)現(xiàn)，鄰居設備發(fā)現(xiàn)，接收控制生成網絡層協(xié)議數(shù)據(jù)單元，指定拓撲傳輸路由 。 應用層：應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)服務和 需求使多個器件之間進行通信，根據(jù)具體應用由用戶開發(fā)。 ZigBee 協(xié)議棧基于標準的七層開放式系統(tǒng)互聯(lián) (051)模型，但僅對涉及 ZigBee 的層予以定義。 定義了物理層 (PHY)和介質訪問控制層 (MAC)， ZigBee 聯(lián)盟定義了網絡層和應用層 (API)，其中應用層的框架包括了應用支持 (APS)， ZigBee 設備對象 (ZDO)和由制造商制訂的應用對象。 無線鼠標的設計與實現(xiàn) 10 4 系統(tǒng)總體方案設計 本文設計一種基于 ZigBee 無線傳輸 的無線鼠標，共由兩部分組成 ： 鼠標發(fā)送 端和鼠標接收端。鼠標發(fā)送端包括一個 PS/2 鼠標 [13]和 ZigBee 轉串口模塊，鼠標接 收 端是一個 ZigBee USB 模塊。 接收端通過 USB 與主機連接，進行通信。 選擇鼠標發(fā)送端硬件結構時，由于 PS/2 鼠標是市場上比較常見的一種鼠標，其采用的協(xié)議比較簡單，只需要對其進行初始化就可以正常使用，因此決定采用 PS/2 鼠標作為發(fā)送端。 利用 51 類型 單片機、 Keil 軟件對 PS/2 鼠標進行解碼。由于無法用仿真軟件進行仿真，所以用 LCD1602 顯示鼠標的坐標和左右鍵信息。解碼后將鼠標信息通過 ZigBee 無線發(fā)送模塊 CC2530 發(fā)送到 ZigBee 無線接收模塊 CC2531，傳輸給電腦，完成鼠標與電腦的通信 ，實現(xiàn)無線鼠標的設計。 本設計的硬件實現(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 無線傳輸 接收信息，實現(xiàn)鼠標操作 圖 41 無線鼠標的實現(xiàn)框圖 PS/2 鼠標接口 STC89C52RC LCD 顯示 ZigBee 無線發(fā)送模塊 CC2530 ZigBee 無線接收模塊CC2531 PC 機 河北北方 學院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 11 本設計的軟件實現(xiàn)原理框架如圖 42 所示。 圖 42 軟件實現(xiàn)原理框圖 無線鼠標的設計與實現(xiàn) 12 5 PS/2 鼠標硬件設計與軟件解碼 PS/2 鼠標硬件設計 圖 51 顯示了鼠標與單片機接口的連接 [14]原理圖，鼠標 1 接口為數(shù)據(jù)線，接單片機 口；鼠標 5 接口為時鐘線，接單片機的 口。 圖 51 鼠標與單片機接口的連接圖 解碼后由 LCD1602 顯示鼠標坐標和按鍵信息，無誤后發(fā)送給 CC2530 模塊進行傳輸。 LCD1602 顯示的硬件設計如圖 52 所示。 圖 52 LCD1602 與單片機的連接圖 ZigBeeCC2530 模塊發(fā)射端管腳說明： 端口 1： 端口 2：無效，可浮空，不連接 河北北方 學院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 13 端口 3：無效，可浮空，不連接 端口 4： GND_0V 端口 5： 無效，可浮空，不連接 端口 6： 無效，可浮空，不連接 端口 7： 接 ，鼠標左鍵，低電平有效 端口 8： 接 ，鼠標右鍵 ，低電平有效 端口 9： 接 ，光標左移，低電平有效 端口 10：接 ，光標右移，低電平有效 端口 11：接 ，光標上移，低電平有效 端口 12：接 ，光標下移，低電平有效 無線傳輸 CC2530 模塊為 供電， ZigBee 無線傳輸 CC2530 模塊與單片機連接方式如圖 53 所示。 圖 53 CC2530 模塊與單片機連接圖 在實際電路設計中 51 單片機采用 5V 供電，在給 CC2530 供電時在電源正極串聯(lián)兩個 1N4007 二極管，實現(xiàn) 左右的壓降。整體電 路設計見附錄 A。 將 USB 端插入電腦 USB 接口，自動識別驅動 USB 端接入電腦后紅燈亮，指示工作正常，并等待鼠標端發(fā)射，接收到信號后紅燈將變?yōu)樾盘枱?，此后，有輸入時，紅燈會點亮，無輸入則關閉。目前支持左鍵、右鍵、左右上下光標移動。模塊中內置按鍵濾波函數(shù)。 PS/2 鼠標軟件解碼程序設計 鼠標的發(fā)送端由兩個模塊組成，分別是 ZigBee 無線傳輸 CC2530 模塊和 PS/2 模塊。 ZigBee 模塊要尋找 ZigBee 網絡并嘗試連接接收端，處理鼠標數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。 無線鼠標的設計與實現(xiàn) 14 液晶顯示器功能簡介 LCD1602 主要技術參數(shù)： 顯示容量： 162 個字符 芯片工作電壓： 工作電流： () 模塊最佳工作電壓： 字符尺寸： (WH) mm 引腳功能說明： LCD1602 采用標準的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 51 所示。 表 51 LCD1602 各引腳接口說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 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 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 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 為液晶顯示器對比度調整端，接電源 正極 時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高 電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，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：背光源負極。 河北北方 學院 2020 屆 本科生畢業(yè)論文 15 基本操作時序表如 圖 52 所示。 圖 52 基本操作時序 圖 設計中定義的部分 LCD1602 顯示的子程序 [15]： void LCD1602_Init(void)； //液晶初始化 void LCD1602_write_cmd(unsigned char mand)； //寫命令 void LCD1602_write_data(unsigned char temp)； //寫數(shù)據(jù) void LCD1602_set_xy(unsigned char x， unsigned char y)； //設置 坐標 void LCD1602_write_char(unsigned x， unsigned char y， unsigned char dat)； //寫一個字符到第 x 行 y 列 void LCD1602_write_string(unsigned char x， unsigned char y， unsigned char *s)； //寫字符串到第 x 行 y 列 void LCD1602_Read_BF(void)； //讀忙信號 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 鼠標發(fā)送端軟件結構及原理 鼠標發(fā)送端軟件結構原理圖如圖 54 所示。 無線鼠標的設計與實現(xiàn) 16 圖 54 鼠標發(fā)送端軟件結構原理圖 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，允許定時器 /計數(shù)器 0 溢出中斷 PX1=1； //設置中斷優(yōu)先級 } 圖 55 鼠標初始化 開始 開中斷 ET0 開外部中斷 EX1 設置中斷優(yōu)先級， 中斷 EX1 優(yōu)先 鼠標初始化結束 關閉 TCON 寄存器 關閉 TCON 寄存器 端口初始化賦 值