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1、I目 录摘 要 IVABSTRACT .V第一章 绪论 11.1研究背景和意义 11.3论文的研究内容 41.4 内容安排 4第二章 ZIGBEE 协议分析62.1 ZIGBEE协议框架 62.2 ZIGBEE协议优缺点和应用前景 82.2.1 ZigBee 协议的优点 .92.2.2 ZigBee 协议存在的问题及解决方案 .92.2.3 ZigBee 协议应用前景 1023 基于 ZIGBEE协议的芯片10第三章 基于 ZIGBEE 协议的硬件系统的设计及实现 143.1 STC89C58RD+单片机概述143.2 开发板的各个组成部分原理图以及功能.153.2.1 单片机最小系统组成电路
2、.153.2.2 串行口电平转换部分.163.2.3 LED 部分 .173.2.4 开发板和无线数据传输模块接口部分.173.2.5 键盘部分.183.3 无线数据传输模块.193.4 无线数据传输模块和开发板的 PCB 图设计.203.4.1 开发板的 PCB 图.203.4.2 无线数据传输模块的 PCB 图.22第四章 硬件驱动程序和串行口调试工具 .244.1 硬件驱动程序.244.1.1 主机端硬件驱动程序.244.1.2 移动端驱动程序.284.2 串行口调试工具.28II4.2.1 串行通信的基本原理 .284.2.2 程序设计原理 .30第五章 总结与展望 .375.1 全文
3、总结.375.2 研究展望.38致 谢 39参考文献 40附录 41III摘 要随着人民生活水平的提高和生活方式的转变，餐饮业具有巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业。无线电子点菜系统是无线通信技术的典型应用，把无线技术用于餐饮业将会极大提高餐馆的工作效率和服务质量。论文给出了无线电子点菜系统的完整的硬件平台的设计和实现方案。整个系统有主机端和移动端两部分组成，无线通信的双方依托一定的硬件平台，按照约定好的协议来实现数据交换。设计的硬件平台时，首先详细介绍了平台将要用到的一些芯片，然后使用 Protel 99 SE 设计出了系统的原理图和 PCB(Print Circuit Broad,印刷电
4、路板)图；在设计的硬件平台的基础上，依据所用芯片的编程原则，在 Windows环境下，以 C51 语言为编程语言，开发出了无线通信系统的驱动程序来实现双方约定的通信协议。文中还附带简要介绍了用到的软件开发工具，以及系统的局限性，并提出了进一步改进的方案。为了使整个系统更加完善，用 Visual C+ 6.0 开发了串口调试工具，实现了将远端数据发送到计算机并以窗口形式显示和通过窗口形式将计算机上的数据发送到远端，基本达到了论文的设计目的。关键词 无线通信，ZigBee，单片机，nRF2401IVAbstractAlong with the enhancement of the level of
5、 the peoples lives and the transformation of the lifestyle, the dining industry which is called gold industry in China has the huge investment market. The wireless electronic ordering food system is the typical use of the technology of wireless communication. Using the technology of wireless communi
6、cation in the dining industry will largely improve the working efficiency and the grade of service. The present paper brings up the plan of the hardware design of the the wireless electronic ordering food system and how to realize. The overall system is made up of two parts, one is the main end and
7、the other is the mobile end. Both sides of wireless correspondence depend on certain hardware platforms. They exchange data according to the protocol which both sides have agreed on before, and the data is transformed in specific frame form. When designing the hardware platform, first analyzes the C
8、MOS chips that will be used in the system. Then, the paper uses Protel 99 SE to design the principle picture and the PCB picture of the system. In this foundation, according to the programming rules of the CMOS chips used in the system, the paper exploits the driving program of the system using C51
9、programming language in the Windows operating system. By the way, this paper also briefly introduces the software development kits which will be used next， analyzes the limitations of system, and also proposes how to improve it. In order to make the entire system more comprehensive，the paper also ex
10、ploits the serial debugging tool in Visual C+ 6.0 to display the data from remote end in the window on computer and send data to remote end in the window form. This basically achieves the goal.KEY WORLD wireless communication, ZigBee，Single-Chip Microcomputer, nRF2401基于单片机的无线点菜系统的硬件设计及实现 第一章 绪论1第一章
11、绪论1.1 研究背景和意义人类利用无线通信技术的历史已经有几千年了，古时候用的烽火台就是最原始的无线通信。但这时候的无线通信技术还只是处于萌芽阶段，只有到 19 世纪末意大利人马可尼发明无线电报开始，人类才真正开始大规模地利用无线通信技术1。近数十年来随着计算机技术和电子技术的发展，无线通信技术更是以日新月异的速度向前发展，它也成为了通信领域的一个重点研究方向。现代的无线通信技术是建立在硬件电路的基础上的，因此微电子技术2的发展直接制约着无线通信技术的发展。回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今 40 多年以来，“从电路集成到系统集成“这句话是对 IC 产品从SSI（Smal
12、l Scale Integrated，小规模集成电路）到 VLSI（Very Large Scale Integrated 超大规模集成电路）今天特大规模集成电路发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（System-on-a-chip）的过程。随着集程度的提高，芯片的体积能耗和成本在逐步降低。这也使电子产品向便携式和低端市场发展。虽然微电子的发展历史已经有半个多世纪，但是射频芯片12的发展却是近几年的事。从分类上来看，射频芯片属于专用集成电路。目前国际上有很多专门生产射频芯片的公司，例如 Nordic 公司和 Chipco
13、n 公司。这些芯片一般工作在免费频段，采用专门的调制解调技术，内部集成了很多电路。像 Nordic 公司的 NRF2401芯片，它是单片射频收发芯片，工作于 2.42.5GHz ISM（Industry Science medicine，工业、科学、医学）频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm 的功率发射时，工作电流只有 10.5mA，接收时工作电流只有 18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其 DuoCeiverTM 技术使 nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。无
14、线电子点菜系统是无线通信技术的一个典型应用。近些年来，随着人民生活水平的提高和生活方式的转变，餐饮业具有巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业。人们在消费过程中对服务质量也有了更高的要求，同时餐馆之间的激烈竞争也促进了无线通信技术在餐饮业中的应用。无线电子点菜系统的目的就是利用最先进的 2.4GRF 无线通信技术、嵌入式移动数据库技术34、以及触摸屏的掌上电脑技术, 为餐饮业走向全面数字化提供了完整的解决方案。该系统能够提高餐馆档次、提高效率、自动结账、避免人为错误、避免跑单、实时监控餐馆状况、提供各种各基于单片机的无线点菜系统的硬件设计及实现 第一章 绪论2样统计信息、精简人手、管理库存、提高
15、服务品质等，为餐饮行业带来崭新的管理理念与服务手段,优化业务流程,为客户提供更好的服务,实现企业价值最大化同时又使成本最低化,是餐饮行业向信息化发展的一个重要标志。由于使用无线技术通信，可以不用进行复杂的布线，这也大大降低了餐馆的建设成本，减少了对线路维护的开支。同时，无线通信的可以移动性也使服务员随时可以和吧台联系。无线电子点菜系统基于目前很热门的技术嵌入式技术3，依托一定的硬件平台。因此微电子技术的发展对系统的性能有很大的限制，目前微电子技术已经发展到了 SOC（System On Chip，片上系统），集成度获得了极大的提高。同时，芯片的价格，体积和能耗进一步降低，这些都使无线电子点菜系
16、统向移动化和大众化方向发展。可以说，随着微电子技术的进一步发展，无线电子点菜系统仍然有很大的发展空间。1.2 无线通信技术的发展现状按照发射功率的不同，无线通信技术可分为短距离无线通信技术和长距离无线通信技术，它们各自依托的硬件平台和通信协议也有很大不同。几种常见的长距离无线通信系统如 GPRS 系统和我国即将投入使用的 3G 系统，它们都有一些共同的特点：使用专门的频段，需要专门的公司进行运营。由于本系统要求传输距离有限，而且对成本有限制，因此长距离无线通信协议不在考虑的范围之内，下面就重点阐述几种常见的短距离无线通信协议：1 蓝牙5爱立信在 1994 年开始研究一种能使手机与其附件（如耳机）之间互相通信的无线模块，4 年后，爱立信、诺基亚、IBM 等公司共同推出了蓝牙技术，主要用于通信和信息设备的无线连接。蓝牙工作频率为 24GHz，
