基于单片机无线电子点菜系统硬件设计及实现

文章摘要：（3）主要是用来取代点对点的线缆连接；（4）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；（5）小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强（6） 传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。虽然目前IRDA技术发展已经很成熟，而且有很多公司的产品都支持这种协议。但是由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以它只能用于视距传输，传输距离比较短，因此也不适合本系统的技术要求。综合比较以上各个短距离无线通信协议的技术特点和本系统的要求，只有ZigBee协议能基本满足要求。而且目前支持ZigBee协议的厂商比较多，技术发展也很成熟，可以作成低成本的

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（3）主要是用来取代点对点的线缆连接；
（4）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；
（5）小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强
（6） 传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。
虽然目前IRDA技术发展已经很成熟，而且有很多公司的产品都支持这种协议。但是由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以它只能用于视距传输，传输距离比较短，因此也不适合本系统的技术要求。
综合比较以上各个短距离无线通信协议的技术特点和本系统的要求，只有ZigBee协议能基本满足要求。而且目前支持ZigBee协议的厂商比较多，技术发展也很成熟，可以作成低成本的嵌入式产品。

1.3 论文的研究内容

无线电子点菜系统的实现是建立在硬件电路的基础上的，为了降低误码率，提高频率资源的利用律，数据必须按照一定协议传输。在发送端，数据按照一定的格式编码，然后调制到一约定的频率后发送；接受端将接收到的信号经过解调和解码后，将数据还原。
本论文的研究内容主要有两部分组成：
1.经过讨论各种无线通信协议的特点和电子技术的发展现状，在此基础上，提出了基于ZigBee协议的硬件平台。并详细分析了平台组成部分各自的原理以及功能。
2.分析了平台的编程规则，开发出了相应的驱动程序。

1.4内容安排

本文对无线电子电菜系统的硬件设计进行了深入的研究，全文共分为五章，各章节的内容安排如下：
第一章介绍了本文的研究背景和各章节的内容安排情况。
第二章介绍ZigBee协议的详细内容和一种基于ZigBee协议的芯片。
第三章在上一章的基础上提出了自己的硬件平台，详细介绍了平台的组成部分和各自的功能。
第四章和第三章相对应的，主要讲了硬件平台的驱动程序以及PC机端串行口调试工具的开发，并简单介绍了相应的软件开发工具。
第五章是总结与展望。对本文工作进行了总结，并探讨可以进一步深入研
究的方向。
第二章 ZigBee[7]协议分析
ZigBee协议是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。
在标准规范制订方面，主要是IEEE 802.15.4小组与ZigBee Alliance两个组织，两者分别制订硬体与软体标准。在IEEE 802.15.4方面，2000年12月IEEE成立了802.15.4小组，负责制订MAC（Media Access Control,媒体存取控制层）与物理层规范， 2003年5月通过802.15.4标准；在ZigBee 联盟方面，ZigBee[7]联盟是在2002年10月由Honeywell、Mitsubishi、Motorola、Philips与Invensys共同成立，ZigBee联盟负责制订网路层、安全管理、应用界面规范，其次也肩负互通测试，目前ZigBee联盟已推出第1.0版规范(Version 1.0)，成员已达150多个。
ZigBee协议依据802.15.4标准[8][9]，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(<250 kbps)、工作在2.4 GHz和868/915 MHz的无线技术，它是ZigBee应用层和网络层协议的基础。
相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术，同时由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。

2.1 ZigBee协议框架

ZigBee协议同其它网络通信协议一样采用分层模型，对各层所实现的功能和在整个协议中起的作用做了明确的划分，每层为其上层提供一组特定的服务。ZigBee的协议架构大致如表2.1所列。

表2.1 ZigBee的协议架构
第四层 应用层
第三层 网络层
第二层 媒体访问层（MAC）
第一层 物理层

ZigBee协议虽然是基于标准的七层OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）模型[10]，但仅对那些涉及ZigBee的层予以定义。IEEE802.15.4-2003标准定义了最下面的两层：物理层和MAC。ZigBee联盟提供了网络层和应用层框架的协议。
相比于常见的无线通信标准，ZigBee协议套件紧凑而简单，具体实现的要求很低。以下是ZigBee协议套件的需求估计：硬件需要8位处理器，如广泛使用的80C51系列单片机[12]；软件需要32KB的ROM（Read Only Memory，只读存储器），最小软件需要4KB的ROM；网络主节点需要更多的ROM以容纳网络内所有节点的设备信息，数据包转发表，设备关联表，与安全有关的密钥存储等。

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