“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽基于ZigBee技術(shù)的無線點(diǎn)餐系統(tǒng)

1、基于基于 zigbeezigbee 技術(shù)的無線點(diǎn)餐系統(tǒng)技術(shù)的無線點(diǎn)餐系統(tǒng) wireless order system based on zigbee technology 2008 年年 7 月月 14 日日 摘要 隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)要求的 zigbee 技術(shù)，它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線 通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，我們采用 zigbee 技 術(shù)，可以為無線點(diǎn)餐系統(tǒng)提供很好的解決方案。 關(guān)鍵詞：無線點(diǎn)餐系統(tǒng)關(guān)鍵詞：無線點(diǎn)餐系統(tǒng) zigbee 技術(shù)技術(shù) 蜂窩狀通信網(wǎng)絡(luò)蜂窩狀通信網(wǎng)絡(luò) wi

2、ncewince 270-s270-s 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 微處理器微處理器 atmega128atmega128 射頻收發(fā)芯片射頻收發(fā)芯片 at86rf230at86rf230 abstract as wireless communications technology developing ceaselessly, zigbee technology that met the needs of low cost devices logging in the wireless lan appeared in these years.its a kind of close quarters,

3、 simpleness,low power,low transmission speed and low cost bidirectional wireless communications technology.and its mostly propitious to the fields of automatic and long- distance control and the home devices network.we adopt zigbee technology so that provide the more effective solutions to wireless

4、order system. keywords: wireless order system zigbee technology alveolate communications network wince 270-s applications for embedded systems microprocessor atmega128atmega128 radio transceiver chip at86rf230 目 錄 第第 1 章章 緒論緒論.6 第第 2 章章 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案.7 2.1 基本功能.7 2.2 基本組成.7 2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).7 2.4 工作流程.8 第第 3 章章

5、功能與指標(biāo)功能與指標(biāo).9 3.1 zigbee技術(shù)簡介.9 3.2 zigbee技術(shù)特點(diǎn).9 3.3 zigbee主要技術(shù)指標(biāo).10 第第 4 章章 實(shí)現(xiàn)原理實(shí)現(xiàn)原理.11 4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu).11 4.1.1 傳感器節(jié)點(diǎn).11 4.2.2 系統(tǒng)電源.11 4.2.3 rf 收發(fā)芯片.11 4.2 at86rf230 性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu).12 4.2.1 性能參數(shù).12 4.2.2 終端節(jié)點(diǎn).12 4.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件電路構(gòu)成.12 4.3.1 設(shè)計(jì)原理.12 4.3.2 降低干擾.13 4.3.3 鍵盤設(shè)計(jì).14 4.4 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì).14 第第 5 章章 硬件框圖硬件框圖.15 5.1 系

6、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.15 5.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)備外型圖.15 5.3 系統(tǒng)電路框圖.16 5.3.1 ieee802.15.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本構(gòu)成.16 5.3.2 at86rf230 功能框圖.16 5.3.3 rf 芯片電路原理圖.17 5.3.4控制器電路.18 5.3.5天線饋線阻抗控制模型.19 5.3.6鍵盤顯示電路.20 第第 6 章章 軟件流程軟件流程.21 6.1 系統(tǒng)軟件界面.21 6.1.1 界面介紹.21 6.1.2 桌號選擇.21 6.1.3 菜品選擇.22 6.1.4 功能鍵說明.22 6.2 系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)流圖.22 6.3 系統(tǒng)功能基本代碼.23 6.3.1構(gòu)造函數(shù).23 6.3.

7、2啟動(dòng)服務(wù).23 6.3.3停止服務(wù).23 6.3.4下發(fā)指令.24 第第 7 章系統(tǒng)測試方案章系統(tǒng)測試方案 .27 第第 8 章測試設(shè)備章測試設(shè)備 .28 第第 9 章測試數(shù)據(jù)章測試數(shù)據(jù) .29 第第 10 章結(jié)果分析章結(jié)果分析 .29 第第 11 章實(shí)現(xiàn)功能章實(shí)現(xiàn)功能 .30 11.1 結(jié)構(gòu)功能.30 11.2 應(yīng)用功能.30 第第 12 章特色章特色 .31 12.1 結(jié)構(gòu)特色.31 12.2 功能特色.31 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).32 附錄附錄.33 附錄 a.33 附錄 b.33 附錄 c.34 附錄 d.35 第 1 章 緒論 隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無線

8、聯(lián)網(wǎng)要求的 zigbee 技術(shù)，它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無 線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，我們采用 zigbee 技術(shù)，可以為無線點(diǎn)餐系統(tǒng)提供很好的解決方案。 目前的點(diǎn)餐系統(tǒng)主要有兩種：人工手工點(diǎn)單操作和無線點(diǎn)餐。人工手工點(diǎn)單操作 也就是傳統(tǒng)的點(diǎn)餐方式，目前在市場上還是較為普遍，但是這種簡單的點(diǎn)餐方式存 在的弊端主要表現(xiàn)為：人工傳遞浪費(fèi)時(shí)間，效率低下，直接影響了翻臺(tái)率；經(jīng)營大 規(guī)模菜系時(shí)單據(jù)多、信息量大，而分單、傳菜等環(huán)節(jié)經(jīng)過的人越多越容易出問題， 因而直接影響了服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)財(cái)務(wù)無法保證有效的監(jiān)督管理機(jī)制。無線點(diǎn)餐技術(shù) 是基于

9、pda 掌上電腦和 802.11b 無線局域網(wǎng)技術(shù)的全智能餐飲信息服務(wù)系統(tǒng)，它能 有效提高餐飲機(jī)構(gòu)的服務(wù)質(zhì)量和工作效率。但是這種無線點(diǎn)餐技術(shù)是半無線網(wǎng)絡(luò)化 的組網(wǎng)技術(shù)，組網(wǎng)設(shè)備的種類比較多，各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要通過電纜與以太網(wǎng)交換機(jī)相連， 綜合布線比較麻煩，會(huì)給安裝帶來很大的不便。而且一旦布線出問題，會(huì)影響到餐 廳的整個(gè)無線點(diǎn)餐系統(tǒng)，使其不能正常工作。 基于 zigbee 技術(shù)的無線點(diǎn)餐系統(tǒng)是點(diǎn)餐模式的重大革新。本文將對 zigbee 技 術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的闡述，然后實(shí)現(xiàn)基于 zigbee 技術(shù)的無線點(diǎn)餐系統(tǒng)。 第 2 章 系統(tǒng)方案 2.1 基本功能基本功能 利用本套系統(tǒng)，服務(wù)員或顧客可以隨時(shí)隨地使用無線點(diǎn)

10、餐終端進(jìn)行點(diǎn)菜等工作， 并即時(shí)把數(shù)據(jù)傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器。在數(shù)據(jù)服務(wù)器端，安裝有 zigbee 無線數(shù)據(jù)中心 節(jié)點(diǎn)，可以在有效范圍內(nèi)與無線點(diǎn)餐終端進(jìn)行隨時(shí)隨地的通訊，并能夠準(zhǔn)確快速地 完成點(diǎn)餐等工作。它節(jié)省了人工傳遞的時(shí)間，提高了工作效率，直接提升了翻臺(tái)率； 對于經(jīng)營單據(jù)多、信息量大的大規(guī)模菜系，更好地避免了分單、傳菜等環(huán)節(jié)人為的 問題，從而直接提高了服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也保證了更加有效的財(cái)務(wù)監(jiān)督管理機(jī)制。 2.2 基本組成基本組成 本系統(tǒng)由服務(wù)員手持的帶 zigbee 無線數(shù)據(jù)通訊功能的無線點(diǎn)餐終端、或安裝在 餐桌上的具有 zigbee 無線數(shù)據(jù)通訊功能的點(diǎn)餐終端，和連接在裝有無線點(diǎn)餐服務(wù)器 軟件的

11、基于 wince 的 270ep 嵌入式系統(tǒng)服務(wù)器端的 zigbee 無線數(shù)據(jù)中心組成。 2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)由手持無線點(diǎn)餐終端或桌上的無線點(diǎn)餐終端、無線通訊節(jié)點(diǎn)及安裝了無線 點(diǎn)餐服務(wù)器軟件的基于 wince 的 270-s 嵌入式系統(tǒng)組成。270-s 嵌入式系統(tǒng)無線通訊 節(jié)點(diǎn)與無線點(diǎn)餐終端配合使用完成點(diǎn)菜系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)通訊功能。一臺(tái) zigbee 無線 通訊中心節(jié)點(diǎn)能夠以輪詢的方式與多臺(tái)無線點(diǎn)餐終端通訊。餐廳 zigbee 無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng) 絡(luò)，通過在餐廳、吧臺(tái)、廚房、收銀臺(tái)、處理中心部署的 zigbee 節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成了完 整的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了信息處理的自動(dòng)化。 無線通信系統(tǒng)的 zi

12、gbee 中心節(jié)點(diǎn)、無線 zigbee 路由和無線點(diǎn)餐終端，構(gòu)成一 個(gè)蜂窩狀的通信網(wǎng)絡(luò)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)以多調(diào)方式實(shí)現(xiàn)通信。 其中任何一個(gè) zigbee 路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有的 zigbee 路由器組成一個(gè)蜂 窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，再與 zigbee 中心節(jié)點(diǎn)連接，中心節(jié)點(diǎn)設(shè)置在總服務(wù)臺(tái)，構(gòu)建成一個(gè)完 整的 zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)，是個(gè)通信非?？煽康木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 2.4 工作流程工作流程 內(nèi)置無線 zigbee 通信模塊的手持點(diǎn)餐終端，服務(wù)員通過手持的點(diǎn)餐終端處理顧 客的點(diǎn)單，用戶訂單通過終端和大廳內(nèi)的 zigbee 網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)的上傳到廚房和收銀臺(tái)， 從而完成整個(gè)點(diǎn)餐過程。 第 3

13、章 功能與指標(biāo) 3.1 zigbee 技術(shù)簡介技術(shù)簡介 zigbee 是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無線連接技術(shù)主要解決低成本、 低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 國際上，ieee802.15.4 工作組及 zigbee 聯(lián)盟共同致力于該無線連接技術(shù)的推廣 工作，其中，ieee802.15.4 工作組主要負(fù)責(zé)制定 zigbee 物理層及 mac 層的協(xié)議， 其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，以便于今后不同廠商設(shè)備的互聯(lián)互通； zigbee 聯(lián)盟則負(fù)責(zé)高層應(yīng)用及市場推廣工作。而于 2002 年成立的 zigbee 聯(lián)盟如今已經(jīng)吸 引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司的加入。目前

14、，freescale、ti 等國際巨頭都已 推出了比較成熟的 zigbee 開發(fā)平臺(tái)。 zigbee 標(biāo)準(zhǔn)基于 802.15.4 協(xié)議棧而建立，具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持 三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。 3.2 zigbee 技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 1、設(shè)備省電 zigbee 技術(shù)采用了多種節(jié)電的工作模式，可以確保兩節(jié)五號電池支持長達(dá) 6 個(gè)月到 2 年左右 的使用時(shí)間； 2、通信可靠 zigbee 采用了 csmaca 的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專

15、用時(shí)隙， 避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突；mac 層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包 都必須等待接收方的確認(rèn)信息； 3、網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng) zigbee 的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系， 組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)； zigbee 自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都 能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工 作。 4、具備自組織、自愈能力的無線通信網(wǎng)絡(luò)才是無線點(diǎn)餐系統(tǒng)最理想的通信方式。 5、成本低廉 設(shè)備的復(fù)雜程度低，且 zigbee 協(xié)議是免專利費(fèi)的，這些可

16、以有效地降低設(shè)備成本； 6、zigbee 的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的 2.4ghz，就是沒有使用費(fèi)的無線通信。 7、網(wǎng)絡(luò)容量大 一個(gè) zigbee 網(wǎng)絡(luò)可以容納最多 254 個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在 200 多 個(gè) zigbee 網(wǎng)絡(luò)； 8、數(shù)據(jù)安全 zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用 aes-128，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活 確定其安全屬性。 3.3 zigbee 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) 參數(shù)名稱 性能參數(shù) 頻 段 2.4-2.483ghz 通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) ieee 802.15.4 zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀網(wǎng)、星型 調(diào)制方式 dsss （

17、o-qpsk） 數(shù)據(jù)傳輸速率 最大 250kbps 尋址方式 64 位 ieee 地址，8 位網(wǎng)絡(luò)地址 數(shù)據(jù)加密 128-bit aes 錯(cuò)誤校驗(yàn) crc-16/32 信道接入方式 csma-ca 和時(shí)隙化的 csma-ca 信道數(shù) 16 通信時(shí)延 15ms（激活或信道接入） ，30ms（設(shè)備搜索） 第 4 章 實(shí)現(xiàn)原理 4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 4.1.1 傳感器節(jié)點(diǎn) 傳感器節(jié)點(diǎn)一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元以及電源管理 單元等模塊組成。在我們系統(tǒng)中，微處理器 atmega128 通過 spi 總線與射頻收發(fā)芯 片 at86rf230 進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)采集單元主要對外界

18、的信息進(jìn)行感知和采集，包括光、 溫度、濕度、加速度 、光電、液位、熱釋電、磁感應(yīng)、壓力等傳感器。為適應(yīng)多種 應(yīng)用，設(shè)計(jì)了通用接口，通用接口中有適配電路，以適應(yīng)不同電參數(shù)部件直接接入 系統(tǒng)。通常節(jié)點(diǎn)的輸出控制器即通過該通用接口接入。數(shù)據(jù)處理單元采用 atmel 公 司的 8 位低功耗微處理器 atmega128l 作為控制核心。 4.2.2 系統(tǒng)電源 系統(tǒng)的電源通常由電池提供，也可以由穩(wěn)壓模塊供給。 4.2.3 rf 收發(fā)芯片 rf 收發(fā)芯片負(fù)責(zé)射頻信號的產(chǎn)生和接收解調(diào)，其基準(zhǔn)時(shí)鐘由外部高精度的晶體 振蕩器提供；同時(shí)要實(shí)現(xiàn)一些物理層和 mac 層的基本功能，例如編解碼、信道選擇、 功率控制、接收

19、機(jī)能量檢測(rssi)、鏈路質(zhì)量指示(lqi)、空閑信道評估(cca)和硬 件 crc 校驗(yàn)等。在實(shí)現(xiàn)這些基本功能的前提下，rf 芯片應(yīng)該盡量做到低功耗、高靈 敏度和較小封裝。微控制器要有豐富的資源來完成對 rf 芯片的控制，以及對傳感器、 各類應(yīng)用接口和用戶接口的實(shí)時(shí)響應(yīng)。通常協(xié)議棧需要占用 32 kb 左右的存儲(chǔ)空間。 4.2 at86rf230 性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 4.2.1 性能參數(shù) 在我們系統(tǒng)中，射頻收發(fā)芯片采用的是 atmel 公司的 at86rf230，at86rf230 是 與 zigbeeieee802154 兼容的無線射頻收發(fā)芯片。它工作在 2.4 ghz ism

20、 頻段， 擁有 104db 鏈路預(yù)算，-101 db 的接收靈敏度和 3 db 的傳輸功率，從而減少網(wǎng)絡(luò)中 所需節(jié)點(diǎn)設(shè)備的總數(shù)，大大降低了 ieee 802.15.4 系統(tǒng)的組網(wǎng)成本。所有 rf 關(guān)鍵器 件(除了天線、晶振、去耦電容外)都集成在一塊芯片中，封裝形式采用 32 引腳、5 mm5mm09mm 大小的 qfn 封裝。由該芯片所構(gòu)成的設(shè)備僅需 6 個(gè)外部組件。 4.2.2 終端節(jié)點(diǎn) 終端節(jié)點(diǎn)通常是電池供電，發(fā)射模式下電流消耗為 17 ma，接收模式下為 15 ma，睡眠模式下僅為 o7a；工作電壓可達(dá) 1836v，內(nèi)部有集成的 18v ldo。at86rf230 內(nèi)部有 35 個(gè)可以通

21、過 spi 控制時(shí)序訪問的 8 位寄存器，工作時(shí)有 8 個(gè)基本狀態(tài)(可以根據(jù)需要擴(kuò)展為 14 個(gè))。片內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的緩沖分別為 129 字節(jié)和 130 字節(jié)，正好可以滿足 ieee802154 協(xié)議規(guī)定的最大幀長度 127 字 節(jié)的要求。發(fā)送時(shí)需要加 2 字節(jié)的 crcl6 校驗(yàn)碼，接收時(shí)還要多加 1 字節(jié)的鏈路質(zhì) 量指示。 4.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件電路構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件電路構(gòu)成 4.3.1 設(shè)計(jì)原理 模塊的數(shù)字接口為 atmega128l 與 at86rf230 之間的 spi 接口以及其他 4 條控 制線。at-megal28l 是 atmel 公司的 8 位高性能的 avr 單片機(jī)

22、。其基本特征有：采 用 risc 構(gòu)架，具有 135 條指令，工作在 16mhz 時(shí)吞吐率可達(dá) 16mips；片內(nèi)具有 128 kb flash、4 kb 片內(nèi) e2prom 和 8 kb sram，可以通過 isp 或 jtag 下載程序； 工作頻率最高可達(dá) 16 mhz，工作電壓為 l.855v，掉電模式下只有 o.1a 的工 作電流。在本設(shè)計(jì)中 atmegal281 工作于內(nèi)部為 8 mhz 的振蕩頻率下。如果要采用 與 at86rf230 同步的外部時(shí)鐘信號，那么 clkm 引腳應(yīng)接到 atmegal281 的 xtal1 腳 上，并且熔絲位要設(shè)置為外部時(shí)鐘。at86rf230 的各種

23、工作狀態(tài)中斷信號由 irq 腳 控制，這里接到 atmegal28l 的 icpl 腳產(chǎn)生捕獲中斷，因?yàn)椴东@中斷可通過設(shè)置噪 聲消除方式來減少外界的干擾，從而提高中斷的可靠性。有關(guān) at86rf230 寄存器 spi 讀 寫時(shí)序、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及各種中斷控制的具體方法可以參閱參考文獻(xiàn)。還需 注意，at86rf230 所接外部晶振 x1 的長期工作頻率穩(wěn)定度要小于等于 40 ppm，并 根據(jù)晶振和芯片的驅(qū)動(dòng)能力選擇合適的負(fù)載電容。 4.3.2 降低干擾 對于模擬部分設(shè)計(jì)，為了降低其他部分的干擾，提高 rf 性能，需要采取抗 干擾措施。例如，模擬電源輸入端增加磁珠或電感；at86rf230 模擬地和數(shù)

24、字地 要分開布線，并在一點(diǎn)接地；為了減小分布參數(shù)的影響，鋪地要盡可能大，并且 要適當(dāng)打上過孔；濾波用的電容也要盡量靠近芯片。另外，要注意阻抗匹配， at86rf230 天線端口為 2 路 100 的差分輸出，可直接接差分饋電的天線，但缺 點(diǎn)是阻抗匹配和測試都比較困難，一般可以用巴倫把 2 路 100 的差分輸出變換 成一路 50 輸出，然后接各類單端饋電的天線。在控制 rf 信號輸出腳 pcb 導(dǎo)線 的阻抗時(shí)，可以采用下圖所示的模型： 天線饋線阻抗控制模型 4.3.3 鍵盤設(shè)計(jì) 鍵盤顯示通過如下電路實(shí)現(xiàn)，通過 zlg7290 鍵盤顯示控制芯片擴(kuò)展按鍵部分， 與控制處理器通過 i2c 總線實(shí)現(xiàn)按

25、鍵數(shù)值的讀寫。為降低功耗，設(shè)備采用字段式液 晶屏，通過 4 位總線與控制器相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。 4.4 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要包括射頻驅(qū)動(dòng)、外圍電路控制和 zigbee 協(xié)議棧設(shè)計(jì) 3 個(gè)部分。軟件開發(fā)環(huán) 境為免費(fèi)的 avrstudio+avrgcc，也采用的 atmel 免費(fèi)提供的無線通信協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)。 基本過程為：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器首先初始化 wpan 信息數(shù)據(jù)庫，建立 zigbee 網(wǎng)絡(luò)，分配網(wǎng)絡(luò) id 號和 16 位網(wǎng)絡(luò)地址，初始化鄰居設(shè)備表，然后等待其他節(jié)點(diǎn)連接；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上電后，初始化 內(nèi)部資源、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 wpan 信息數(shù)據(jù)庫，發(fā)送掃描信號請求連接，連接成功后，記錄下網(wǎng)絡(luò)

26、id 和分配好的 16 位網(wǎng)絡(luò)地址，按功能設(shè)定向協(xié)調(diào)器發(fā)送信息。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般為電池供電， 所以在空閑時(shí)要進(jìn)入休眠節(jié)能狀態(tài)。外圍電路控制主要是針對傳感器、開關(guān)等器件的控制，可 根據(jù)不同需求對軟件進(jìn)行相應(yīng)的修改。 第 5 章 硬件框圖 5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 無線點(diǎn)餐系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 上圖描述了無線點(diǎn)餐系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，直觀的反應(yīng)了基于 zigbee 技術(shù)的系統(tǒng)框架，從 圖中我們可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的 zigbee 節(jié)點(diǎn)中繼等特點(diǎn)。 5.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)備外型圖節(jié)點(diǎn)設(shè)備外型圖 節(jié)點(diǎn)設(shè)備外型圖如下所示： 系統(tǒng)外型圖系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 5.3 系統(tǒng)電路框圖系統(tǒng)電路框圖 5.3.1 ieee802.15.4 網(wǎng)絡(luò)

27、設(shè)備基本構(gòu)成 ieee802.15.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本構(gòu)成 5.3.2 at86rf230 功能框圖 at86rf230 功能框圖 5.3.3 rf 芯片電路原理圖 rf 芯片電路原理圖 5.3.4 控制器電路 控制器電路 5.3.5 天線饋線阻抗控制模型 天線饋線阻抗控制模型 5.3.6 鍵盤顯示電路 鍵盤顯示電路 第 6 章 軟件流程 6.1 系統(tǒng)軟件界面系統(tǒng)軟件界面 6.1.1 界面介紹 基于 wince 的系統(tǒng)服務(wù)器基本界面 上圖是一個(gè)簡單的無線點(diǎn)餐系統(tǒng)的服務(wù)器界面，能夠進(jìn)行點(diǎn)菜啟動(dòng)、接收多個(gè) 手持客戶端的點(diǎn)菜信息并顯示等基本功能。 6.1.2 桌號選擇 顧客或服務(wù)員可以通過選擇軟件界面

28、左上角的桌號下拉列表，選擇并確定桌號。 6.1.3 菜品選擇 顧客或服務(wù)員可以通過選擇軟件界面中間部分菜品清單，以確定顧客所點(diǎn)的菜肴。 6.1.4 功能鍵說明 在軟件界面下方有三個(gè)功能鍵： 1啟動(dòng)服務(wù)器：在顧客點(diǎn)餐之前，應(yīng)先點(diǎn)擊此按鈕，啟動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)器，從而用 以接受顧客的點(diǎn)餐信息。 2開始點(diǎn)菜：在顧客點(diǎn)餐之前，先點(diǎn)擊此按鈕，啟動(dòng)客戶端點(diǎn)菜功能，從而用 以錄入顧客的點(diǎn)餐信息到客戶端，發(fā)送至服務(wù)器。 3結(jié)束點(diǎn)菜：當(dāng)顧客點(diǎn)餐結(jié)束后，點(diǎn)擊此按鈕，完成確認(rèn)點(diǎn)餐。 6.2 系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)流圖系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)流圖 開始 服務(wù)器軟件啟動(dòng)服 務(wù)器成功？ 連接好硬件設(shè)備 服務(wù)器發(fā)送開始點(diǎn) 菜指令 手持設(shè)備2開始點(diǎn) 菜

29、服務(wù)器軟件接收點(diǎn) 菜信息 解析各個(gè)設(shè)備點(diǎn)菜 信息并顯示 yes no 手持設(shè)備n開始點(diǎn) 菜 手持設(shè)備1開始點(diǎn) 菜 . 手持設(shè)備3開始點(diǎn) 菜 結(jié)束點(diǎn)菜 6.3 系統(tǒng)功能基本代碼系統(tǒng)功能基本代碼 本系統(tǒng)采用 c#編程，系統(tǒng)中與無線基站的通信已經(jīng)封裝到動(dòng)態(tài)鏈接庫 smeshcompactlistener.dll 中，服務(wù)器程序只需要調(diào)用該鏈接庫的幾個(gè)接口即可很方 便的進(jìn)行設(shè)備初始化、操作設(shè)備和接收數(shù)據(jù)這些功能。 首先介紹一下 smeshcompactlistener.dll，該組件是用于 compact framework 2.0 應(yīng)用程序和無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的中間件組件，該組件對外提供的對

30、象名 為 smeshserver，完整命名空間為 smeshlister. smeshserver，該對象提供的主要 方法有： 6.3.1 構(gòu)造函數(shù) public smeshserver(string datasource,string commidorremoteip,int baudrateorremoteport) datasource:數(shù)據(jù)來源，當(dāng)前必須為“smb510”，表示數(shù)據(jù)接收的基站類型； commidorremoteip:不同的數(shù)據(jù)來源代表不同的含義，表示串口號或遠(yuǎn)程服務(wù)器地 址，當(dāng)前只能是串口號，如“com1”； baudrateorremoteport: 不同的數(shù)據(jù)來源代

31、表不同的含義，波特率或服務(wù)器端口， 但前只表示波特率，一般是 9600。 6.3.2 啟動(dòng)服務(wù) public void startserver() 開始數(shù)據(jù)接收。 6.3.3 停止服務(wù) public void dispose() 停止數(shù)據(jù)接收并銷毀該對象。 6.3.4 下發(fā)指令 public bool senddownstream(ushort nodeid,interactivetype interactivetype, inputstyle inputstyle, enabledec enabledec, fullscore fullscore, string objectcode) 用于

32、向無線節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù) nodeid:結(jié)點(diǎn)編號，如果為 65535 則表示向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù) interactivetype:交互類型，類型為smeshlister.interactivetype inputstyle:輸入類型，類型為smeshlister. inputstyle enabledec:是否允許小數(shù)，類型為smeshlister. enabledec fullscore:滿分類型，類型為smeshlister. fullscore objectcode:下發(fā)的字符串，要么全是數(shù)字，要么全是 a-f 的字母，長度不能超過 6 如果下發(fā)成功，返回 true，否則，返回 false。 該

33、對象的事件是: onpackagerecieved(userinteractive userinteractive) 在接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包后觸發(fā),其中的 userinteractive 為接收到的有效數(shù)據(jù)， userinteractive 的 定義如下： public string interactiveaction;交互數(shù)據(jù) public float interactivescore;交互分?jǐn)?shù) public byte interactivetype;交互類型 public ushort nodeid;節(jié)點(diǎn)編號 public float voltage;節(jié)點(diǎn)電壓 下面將對服務(wù)器軟件的各個(gè)實(shí)

34、現(xiàn)的代碼進(jìn)行簡單的敘述。 設(shè)備連接好之后，首先要啟動(dòng)服務(wù)器，服務(wù)器啟動(dòng)代碼實(shí)現(xiàn)如下： /* * 函數(shù)名：btnstart_click_1 * 函數(shù)介紹：事件函數(shù)，相應(yīng)按鈕btnstart的點(diǎn)擊事件，初始化無線基站 * 調(diào)用啟動(dòng)接收數(shù)據(jù)指令，調(diào)用啟動(dòng)服務(wù)器命令 * 入口參數(shù)：object sender, eventargs e * 出口參數(shù)：(無) * 返回值：(無) */ private void btnstart_click_1(object sender, eventargs e) smeshserver = new smeshserver(smb510, com1, 57600);/初始

35、化無線通信 模式和接口 smeshserver.onpackagerecieved += new smeshserver.packagerecievedhandler(smeshserver_onpackagerecieved);/啟動(dòng)接收數(shù)據(jù)函數(shù) smeshserver.startserver();/啟動(dòng)服務(wù)器 this.txtdataout.text = ; this.txtdataout.text += 點(diǎn)菜系統(tǒng)啟動(dòng)！; setcheckdish(false);/將所有菜系復(fù)選框初始化為未選中 setcheckstate(false);/初始化手持設(shè)備對應(yīng)的菜系是否選中的變量 上面的代碼

36、可以看見關(guān)鍵代碼就是首先要定義無線模塊的對象，并且設(shè)置好串口和串口波特 率。 啟動(dòng)服務(wù)器后，軟件服務(wù)器將要對各個(gè)客戶設(shè)備端發(fā)送開始點(diǎn)菜指令，開始點(diǎn)菜代碼實(shí)現(xiàn)如 下： /* * 函數(shù)名：btnsend_click * 函數(shù)介紹：事件函數(shù)，相應(yīng)按鈕btnsend的點(diǎn)擊事件，調(diào)用開始命令，控制客戶端 * 入口參數(shù)：object sender, eventargs e * 出口參數(shù)：(無) * 返回值：(無) */ private void btnsend_click(object sender, eventargs e) setcheckdish(false);/將所有菜系復(fù)選框初始化為未選中 se

37、tcheckstate(false);/初始化手持設(shè)備對應(yīng)的菜系是否選中的變量 this.txtdataout.text = ; this.txtdataout.text += 開始點(diǎn)菜！; /接口類的開始命令 smeshserver.senddownstream(0 xffff, interactivetype.itselect, inputstyle.isdigital, enabledec.edenable, fullscore.fs10, abcdef); smeshserver.senddownstream 就是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜功能的關(guān)鍵函數(shù)，里面的參數(shù)按照上述參數(shù)設(shè) 置即可。 服務(wù)器軟件給

38、客戶端發(fā)送點(diǎn)菜指令后，將啟動(dòng)接收客戶端的點(diǎn)菜信息的函數(shù)，服務(wù)器軟件接 收到客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)后就會(huì)進(jìn)入函數(shù) smeshserver_onpackagerecieved（），并在該函數(shù)中解 析數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)。服務(wù)器軟件接收手持客戶端點(diǎn)菜信息代碼實(shí)現(xiàn)如下： /* * 函數(shù)名：smeshserver_onpackagerecieved * 函數(shù)介紹：通過串口接收到數(shù)據(jù)后，解析數(shù)據(jù)并且在界面上進(jìn)行顯示 * 入口參數(shù)：userinteractive userinteractive 描述了數(shù)據(jù)的具體信息，具體查看 該結(jié)構(gòu)體的定義 * 出口參數(shù)：(無) * 返回值：(無) */ void smeshserver

39、_onpackagerecieved(userinteractive userinteractive) displaydata(userinteractive.nodeid.tostring() + userinteractive.interactiveaction.tostring();/接收到數(shù)據(jù)后，解析數(shù)據(jù)并且在界面上進(jìn) 行顯示 點(diǎn)菜結(jié)束后，必須執(zhí)行結(jié)束服務(wù)器命令，否者服務(wù)器退出時(shí)將要出錯(cuò)。結(jié)束點(diǎn)菜代碼實(shí)現(xiàn)如 下： /* * 函數(shù)名：btnend_click_1 * 函數(shù)介紹：事件函數(shù)，相應(yīng)按鈕btnend的點(diǎn)擊事件，執(zhí)行結(jié)束服務(wù)器命令 * 入口參數(shù)：object sender, eve

40、ntargs e * 出口參數(shù)：(無) * 返回值：(無) */ private void btnend_click_1(object sender, eventargs e) smeshserver.dispose();/執(zhí)行結(jié)束服務(wù)器命令,執(zhí)行后將不再接收數(shù)據(jù) this.txtdataout.text = ; this.txtdataout.text += 結(jié)束點(diǎn)菜！ ; setcheckdish(false);/將所有菜系復(fù)選框初始化為未選中 setcheckstate(false);/初始化手持設(shè)備對應(yīng)的菜系是否選中的變量 第 7 章 系統(tǒng)測試方案 多個(gè)客戶端可同時(shí)進(jìn)行： 1通過服務(wù)器

41、端的“啟動(dòng)服務(wù)器”按鈕，啟動(dòng)服務(wù)器； 2通過服務(wù)器端的“開始點(diǎn)菜”按鈕，啟動(dòng)客戶端點(diǎn)菜功能； 3通過手持客戶端進(jìn)行點(diǎn)菜； 4點(diǎn)菜信息在服務(wù)器端顯示； 5檢驗(yàn)客戶端與服務(wù)器端是否可以進(jìn)行信息交換。 6驗(yàn)證點(diǎn)餐信息是否與輸入一致； 7通過服務(wù)器端的“結(jié)束點(diǎn)菜”按鈕，結(jié)束點(diǎn)菜功能。 第 8 章 測試設(shè)備 測試設(shè)備：基于 zigbee 技術(shù)的無線點(diǎn)餐系統(tǒng) 客戶端： 系統(tǒng)外型圖系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 服務(wù)器端： 基于 wince 的系統(tǒng)服務(wù)器基本界面 第 9 章 測試數(shù)據(jù) 客戶端輸入： 客戶端 1（1 號桌）：宮爆雞丁、魚香肉絲 客戶端 2（2 號桌）：北京烤鴨 第 10 章 結(jié)果分析 服務(wù)器端輸出： 客戶端

42、1（1 號桌）：宮爆雞丁、魚香肉絲 客戶端 2（2 號桌）：北京烤鴨 由系統(tǒng)測試，說明客戶端與服務(wù)器端之間信息交換情況良好，結(jié)果輸出正確。 第 11 章 實(shí)現(xiàn)功能 11.1 結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)功能 270-s 嵌入式系統(tǒng)無線通訊節(jié)點(diǎn)與無線點(diǎn)餐終端配合使用完成點(diǎn)菜系統(tǒng)的無線數(shù) 據(jù)通訊功能。一臺(tái) zigbee 無線通訊中心節(jié)點(diǎn)能夠以輪詢的方式與多臺(tái)無線點(diǎn)餐終端 通訊。餐廳 zigbee 無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過在餐廳、吧臺(tái)、廚房、收銀臺(tái)、處理中心部 署的 zigbee 節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成了完整的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了信息處理的自動(dòng)化。 無線通信系統(tǒng)的 zigbee 中心節(jié)點(diǎn)、無線 zigbee 路由和無線點(diǎn)餐終端，構(gòu)

43、成一 個(gè)蜂窩狀的通信網(wǎng)絡(luò)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)以多調(diào)方式實(shí)現(xiàn)通信。 其中任何一個(gè) zigbee 路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有的 zigbee 路由器組成一個(gè)蜂 窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，再與 zigbee 中心節(jié)點(diǎn)連接，中心節(jié)點(diǎn)設(shè)置在總服務(wù)臺(tái)，構(gòu)建成一個(gè)完 整的 zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)，是個(gè)通信非?？煽康木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 11.2 應(yīng)用功能應(yīng)用功能 利用本套系統(tǒng)，服務(wù)員或顧客可以隨時(shí)隨地使用無線點(diǎn)餐終端進(jìn)行點(diǎn)菜等工作， 并即時(shí)把數(shù)據(jù)傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器。在數(shù)據(jù)服務(wù)器端，安裝有 zigbee 無線數(shù)據(jù)中心 節(jié)點(diǎn)，可以在有效范圍內(nèi)與無線點(diǎn)餐終端進(jìn)行隨時(shí)隨地的通訊，并能夠準(zhǔn)確快速地 完成點(diǎn)餐等工作。 第 12

44、 章 特色 12.1 結(jié)構(gòu)特色結(jié)構(gòu)特色 270-s 嵌入式系統(tǒng)無線通訊節(jié)點(diǎn)與無線點(diǎn)餐終端配合使用完成點(diǎn)菜系統(tǒng)的無線數(shù) 據(jù)通訊功能。一臺(tái) zigbee 無線通訊中心節(jié)點(diǎn)能夠以輪詢的方式與多臺(tái)無線點(diǎn)餐終端 通訊。餐廳 zigbee 無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過在餐廳、吧臺(tái)、廚房、收銀臺(tái)、處理中心部 署的 zigbee 節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成了完整的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了信息處理的自動(dòng)化。 無線通信系統(tǒng)的 zigbee 中心節(jié)點(diǎn)、無線 zigbee 路由和無線點(diǎn)餐終端，構(gòu)成一 個(gè)蜂窩狀的通信網(wǎng)絡(luò)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)以多調(diào)方式實(shí)現(xiàn)通信。 其中任何一個(gè) zigbee 路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有的 zigbee