淺析基于ARM和Zigbee的無線點餐系統(tǒng)

李天梅

一、系統(tǒng)方案選擇

系統(tǒng)有三部分組成：ARM手持點餐終端、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、ARM顯示終端。

1.ARM手持點餐終端

以ARM嵌入式處理器為核心，通過串口與ZigBee終端節(jié)點相連。對觸摸屏點餐數(shù)據(jù)進行實時采集，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議構(gòu)成的星形無線網(wǎng)絡(luò)傳輸點餐數(shù)據(jù)；客戶或服務(wù)員通過點擊ARM手持點餐終端的觸摸屏即可選擇菜肴，觸摸屏顯示菜肴信息，可供客戶任意選擇；同時點擊觸摸屏可查看或更改已點菜肴。

2.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)

主要有ZigBee模塊構(gòu)成。系統(tǒng)的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)主要包括協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點。ZigBee協(xié)調(diào)負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，管理整個系統(tǒng) ；ZigBee終端節(jié)點負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)。

3.ARM顯示終端

以ARM嵌入式處理器為核心，通過串口與ZigBee協(xié)調(diào)器相連。協(xié)調(diào)器實時接收無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到ARM顯示終端，ARM顯示終端收到數(shù)據(jù)后，處理并通過液晶顯示數(shù)據(jù)信息，即客戶所點菜肴。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

ARM硬件設(shè)計。

該部分所采用的處理芯片是三星公司的S3C2440A，S3C2440A是Samsung公司推出的一款16/32位RISC的ARM微處理器，它的小尺寸特性為手持設(shè)備和其他普通應(yīng)用提供了低價格、低功耗、高性能的解決方案。S3C2440A采用了ARM920T的內(nèi)核，0.13um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲單元。其低功耗，簡單，優(yōu)雅，且全靜態(tài)設(shè)計特別適合對于成本和功率敏感型的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu)Advanced Micro controller Bus Architecture（AMBA）。

S3C2440A的突出特點是其核心處理器（CPU），是一個由Advanced RISC Machines 有限公司設(shè)計的16/32位ARM920T的RISC處理器。ARM920T實現(xiàn)了MMU（內(nèi)存管理單元）、AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，每個都是由具有8字長的行組成。通過提供一整套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，S3C2440A可以有效減少整體系統(tǒng)成本，并無需配置額外的組件[8]。S3C2440A集成了以下片上功能。

●1.2V內(nèi)核供電，1.8V/2.5V/3.3V存儲器供電，3.3V外部I/O供電，具備16KB的I-Cache和16KB的D-Cache/MMU微處理器

●外部存儲控制器（SDRAM控制和片選邏輯）

●LCD控制器（最大支持4K色STN和256K色TFT）提供1通道LCD專用DMA

●4通道DMA并有外部請求引腳

●3通道UART（64字節(jié)TxFIFO和64字節(jié)RxFIFO）

●2通道SPI

●1通道IIC-BUS接口（多主支持）

●1通道IIC-BUS音頻編解碼器接口

●AC97解碼器接口

●兼容SD主接口協(xié)議1.0版和MMC卡協(xié)議2.11兼容版

●2端口USB主機/1端口USB設(shè)備（1.1版），集成了USB控制器

●4通道PWM定時器和1通道內(nèi)部定時器/看門狗定時器

●8通道10比特ADC和觸摸屏接口，集成了ADC和觸摸屏控制器

●具有日歷功能的RTC

●相機接口（最大4096*4096像素的投入支持，2048*2048像素的支持，支持縮放）

●130個通用I/O口和24通道外部中斷源

●具有普通，慢速，空閑和掉電模式

●具有PLL片上時鐘發(fā)生器

本設(shè)計中，雖然選用了S3C2440作為ARM顯示終端、ARM手持點餐終端的核心處理器，但只用了它的幾個簡單功能：串口通信、LCD顯示、ADC采集，并且S3C2440集成了強大的片上功能，所以本設(shè)計不需要復(fù)雜、完整的ARM應(yīng)用電路，只需在ARM最小系統(tǒng)外圍添加所需電路即可，從而也降低了系統(tǒng)成本。本文采用ARM核心板加底板構(gòu)成所需ARM模塊，其中核心板集成了一個ARM最小系統(tǒng)，底板則是用戶所需電路。ARM最小系統(tǒng)（核心板）它主要有下幾部分組成。

CPU/ARM芯片（S3C2440A）；

電源電路、復(fù)位電路，晶振電路；

存儲單元（FLASH和SDRAM）；

JTAG調(diào)試接口。

用戶指示燈。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

1.ZigBee數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計

ZigBee通信協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，節(jié)點通過在不同層上的特定服務(wù)來完成所要執(zhí)行的各種任務(wù)。本系統(tǒng)采用TI提供的ZigBee2006協(xié)議棧Z-Stack，在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）基礎(chǔ)上增加了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和安全服務(wù)規(guī)范，是一種較好的無線傳感網(wǎng)絡(luò)組建方案。ZigBee設(shè)備類型按網(wǎng)絡(luò)功能分為三種：協(xié)調(diào)器、路由器、終端。由于本系統(tǒng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以三種都存在。協(xié)調(diào)器包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，存儲容量最大、計算能力最強。它的功能是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、收發(fā)信息、從節(jié)點被初始化為無信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備。上電復(fù)位后，即開始搜索指定信道上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，并發(fā)出連接請求。建立連接成功后，從節(jié)點將得到一個16位的網(wǎng)絡(luò)短地址，并采用非時隙CSMA-CA機制，通過競爭取得信道使用權(quán)，各終端節(jié)點的實時讀取和自己相連的串口數(shù)據(jù)，經(jīng)過路由節(jié)點向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。主節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后，液晶顯示節(jié)點電池電量，同時通過串口給ARM發(fā)送數(shù)據(jù)，ARM接收到數(shù)據(jù)后顯示在觸摸屏上。

2.ARM液晶顯示軟件設(shè)計

ARM顯示終端在本設(shè)計中，主要的功能是接收協(xié)調(diào)器串口輸出的客戶點餐數(shù)據(jù)信息、處理數(shù)據(jù)信息并在LCD上顯示。

本產(chǎn)品的設(shè)計全過程，可以讓我們初步了解ARM基本原理和應(yīng)用，也讓我們初步掌握ARM觸摸屏的使用方法，同時也使我進一步弄懂了ZigBee協(xié)議，提高ZigBee應(yīng)用于技術(shù)的實踐操作技能，掌握ARM、ZigBee系統(tǒng)設(shè)計、研制的方法，培養(yǎng)利用ARM和ZigBee進行科技革新、開發(fā)和創(chuàng)新的基本能力。