【正文】 為了避免干擾，在各個頻段均使用 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信號分為多個信號，再經(jīng)由編碼方式傳送信號以避免干擾，這對大部分較低端的實現(xiàn)來說，直接序列的應(yīng)用可以使模擬電路更加簡單，具有更高的容錯性能。 1 物理層 ，才用的工作頻段分別為 GHz 和 868/915 MHz。 相比于常見的無線通信標(biāo)準(zhǔn)， ZigBee協(xié)議套件緊湊而簡單， 具體實現(xiàn)的要求很低。 標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層：物理層和 MAC。 ZigBee的協(xié)議架構(gòu)大致如表 。所以 ZigBee 聯(lián)盟預(yù)測的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費性電子設(shè)備、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)用設(shè)備控制等。 規(guī)范是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率 (250 kbps)、工作在 GHz和 868/915 MHz的無線技術(shù)，它是 ZigBee應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)。 ZigBee協(xié)議依據(jù) [8][9]，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。 在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂方面，主要是 IEEE 小組與 ZigBee Alliance兩個組織，兩者分別制訂硬體與軟體標(biāo)準(zhǔn)。對本文工作進(jìn)行了總結(jié)，并探討可以進(jìn)一步深入研 究的方向。 第四章和第三章相對應(yīng)的，主要講了硬件平臺的驅(qū)動程序以及 PC 機(jī)端串行口調(diào)試工具的開發(fā)，并簡單介紹了相應(yīng)的軟件開發(fā)工具。 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。 ，開發(fā)出了相應(yīng)的驅(qū)動程序。 本論文的研究內(nèi)容主要有兩部分組成： ，在此基礎(chǔ)上，提出了基于 ZigBee協(xié)議的硬件平臺。 論文的研究內(nèi)容 無線電子點菜系統(tǒng)的實現(xiàn)是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，為了降低誤碼率，提高頻率資源的利用律，數(shù)據(jù)必須按照一定協(xié)議傳輸。 綜合比較以上各個短距離無線通信協(xié)議的技術(shù)特點和本系統(tǒng)的要求，只有ZigBee協(xié)議能基本滿足要求。 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。 IRDA 技術(shù)有以下特點： （ 1）它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持； （ 2）通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。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(yīng)用在需要短距離無線通訊的場合，進(jìn)行點對點的直線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率最快可達(dá) 16Mbps。 基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第一章 緒論 4 ZigBee協(xié)議的技術(shù)特點和應(yīng)用前景將在下一章詳細(xì)敘述。其特點是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。 3 ZigBee [1][7] Zigbee 是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)名稱。 UWB 有可能在 10m 范圍內(nèi)，支持高達(dá) 110Mb／ s 的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、簡單、經(jīng)濟(jì)地完成視頻數(shù)據(jù)處理。直到 2022年2 月 14 日，美國聯(lián)邦通信委員 會才準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域。除此之外，這種新技術(shù)適用于對速率要求非常高（大于 100Mb／ s）的 LAN(Local Area Net，本地局域網(wǎng) )s或 PANs。 UWB 被允許在 3． 1～ 10． 6GHz 的波段內(nèi)工作。窄脈沖（小于 1ns）產(chǎn)生極大帶寬的信號。 2 超寬帶技術(shù) UWB（ Ultra Wide band） [6] 超寬帶技術(shù) UWB（ Ultra Wide band）是另一個新發(fā)展起來的無線通信技術(shù)。目前主流的軟件和硬件平臺均不提供對藍(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。 但是 藍(lán)牙的傳輸距離比較短，而且藍(lán)牙是一種還沒有完全成熟的技術(shù)，盡管被描述得前景誘人，但還有待于實際使用的嚴(yán)格檢驗。 藍(lán)牙協(xié)議有以下技術(shù)特點： 基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第一章 緒論 3 （ 1）藍(lán)牙工作在全球開放的 ISM 頻段； （ 2）使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，把頻帶分成若干個跳頻信道 （ hop channel） ，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一 個信道跳到另一個信道； （ 3）一臺藍(lán)牙設(shè)備可同時與其它七臺藍(lán)牙設(shè)備建立連接； （ 4）數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 1Mbit/s； （ 5）低功耗、通訊安全性好； （ 6）在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進(jìn)行連接，沒有特別的通訊視角和方向要求； （ 7）支持語音傳輸； （ 8）組網(wǎng)簡單方便 正是由于藍(lán)牙協(xié)議有以上特點，藍(lán)牙產(chǎn)品涉及 PC、筆記本電腦、移動電話等信息設(shè)備和 A／ V設(shè)備、汽車電子、家用電器和工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域。 2 外圍設(shè)備互連 是指將各種設(shè)備通過藍(lán)牙鏈路連接到主機(jī)上。今后，市場上不同廠商的藍(lán)牙產(chǎn)品將能夠相互聯(lián)通 。在此范圍內(nèi)，采用藍(lán)牙技術(shù)的多臺設(shè)備，如手機(jī)、微機(jī)、激光打印機(jī)等能夠無線互聯(lián)，以約 1Mb／ s的速率相互傳遞數(shù)據(jù)，并能方便地接入互聯(lián)網(wǎng)。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(lán)牙 [5] 愛立信在 1994 年開始研究一種能使手機(jī)與其附件（如耳機(jī)）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(lán)牙技術(shù)，主要用于通信和信息設(shè)備的無線連接。 無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 按照發(fā)射功率的不同，無線通信技術(shù)可分為短距離無線通信技術(shù)和長距離無線通信技術(shù)，它們各自依托的硬件平臺和通信協(xié)議也有很大不同。同時，芯片的價格，體積和能耗進(jìn)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。 無線電子點菜系統(tǒng) 基于目前很熱門的技術(shù) —— 嵌入式技術(shù) [3]，依托一定的硬件平臺。 由于 使用無線技術(shù)通信，可以不用進(jìn)行復(fù)雜的布線，這也大大降低了餐館的建設(shè)成本，減少了對線路維護(hù)的開支。 無線電子點菜系統(tǒng)的目的就是利用最先進(jìn)的 、嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術(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。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)。其 DuoCeiverTM 技術(shù)使 nRF2401 可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數(shù)據(jù)。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(xué)、醫(yī)學(xué)） 頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。目前國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。 雖然微電子的發(fā)展歷史已經(jīng)有半個多世紀(jì)，但是射頻芯片 [1][2]的發(fā)展卻是近幾年的事。 隨著集程度的提高，芯片的體積能耗和成本在逐步降低。 現(xiàn)代的無線通信技術(shù) 是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，因此微電子技術(shù) [2]的發(fā)展直接制約著無線通信技術(shù)的發(fā)展。但這時候的無線通信技術(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)明無線電報開始，人類才真正開始大規(guī)模地利用無線通信技術(shù) [1]。 為了使整個系統(tǒng)更加完善，用 Visual C++ 開發(fā)了串口調(diào)試工具，實現(xiàn)了將遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機(jī)并以窗口形式顯示和通過窗口形式將計算機(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)計目的。設(shè)計的硬件平臺時，首先詳細(xì)介紹了平臺將要用到的一些芯片，然后使用 Protel 99 SE 設(shè)計出了系統(tǒng)的原理圖和 PCB(Print Circuit Broad,印刷電 路板 )圖 ；在設(shè)計的硬件平臺的基礎(chǔ)上，依據(jù)所用芯片的編程原則，在 Windows 環(huán)境下，以 C51 語言為編程語言，開發(fā)出了無線通信系統(tǒng)的驅(qū)動程序來實現(xiàn)雙方約定的通信協(xié)議。 論文給出了無線電子點菜系統(tǒng)的完整的硬件平臺的設(shè)計和實現(xiàn)方案。.............................................................. III ABSTRACT ............................................................. IV 第一章 緒論 ........................................................... 1 研究背景和意義 ................................................. 1 論文的研究內(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)缺點和應(yīng)用前景 ....................................... 8 ZigBee協(xié)議的優(yōu)點 ............................................ 9 ZigBee協(xié)議存在的問題及解決方案 .............................. 9 ZigBee協(xié)議應(yīng)用前景 .................