簡易無線點(diǎn)餐機(jī)的設(shè)計

第1章緒論1.1研究的背景和意義1.1.1研究背景無線通信技術(shù)的發(fā)展可以追溯到幾千年前，古代時候就有利用烽火臺當(dāng)作最原始的無線通信技術(shù)，但這時候的無線通信技術(shù)還只是處于萌芽階段，直到19世紀(jì)末期，意大利發(fā)明家發(fā)明了無線電報開始，人類才真正開始了大規(guī)模的利用無線通信技術(shù)。近幾年，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)更是以迅捷的腳步邁向人類的生活，進(jìn)入人們的視野，它也成為了通信領(lǐng)域的一個重點(diǎn)研究方向。由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種消費(fèi)場所人口日益增多，如此一來，最大的煩惱就是顧客的點(diǎn)菜問題，每當(dāng)就餐高峰的時候，餐廳的工作人員就會忙的不可開交，不但耽誤了顧客的時間，而且整個餐廳也會變得混亂和擁擠。原因是傳統(tǒng)的點(diǎn)餐流程是服務(wù)員需要根據(jù)顧客的需求，手寫點(diǎn)餐單，然后傳到前臺進(jìn)行分單，再傳到廚房進(jìn)行配菜、做菜，最后再按照菜單進(jìn)行上菜，有時候手寫的點(diǎn)餐單因字跡不清晰、字跡模糊等種種原因造成的菜品做錯或者配錯，此類問題一定會造成顧客對餐廳留下不好的印象或是不好的就餐體驗(yàn)，總之，整個過程十分的復(fù)雜和繁瑣，既浪費(fèi)時間也浪費(fèi)人力和物力?，F(xiàn)如今，不管是顧客還是商家，都在追求著效率第一，浪費(fèi)時間就等于浪費(fèi)生命。以色列的一家餐廳，新進(jìn)了一種系統(tǒng)，給顧客提供了全新的點(diǎn)餐體驗(yàn)，在這家餐廳里面，顧客看不到手里拿著筆和紙的餐廳工作人員，而是要求顧客自己進(jìn)行點(diǎn)餐，因?yàn)槊總€桌子上都有一臺可觸摸的顯示器，不需要任何一名工作人員參與點(diǎn)餐，并且顧客們將自己所點(diǎn)的菜單通過電子菜單的方式傳送到廚房，廚房的廚師看見了電子菜單便開始制作美味的佳肴，過一會兒，色香味兒俱全的美味佳肴就上桌了。簡潔明了的顯示界面，并且上面還會顯示各個菜品的實(shí)物照片，讓人看了就會食欲大增，既為顧客提供了方便，也為餐廳提高了營業(yè)額，節(jié)省了很多時間，餐廳的經(jīng)營理念也得到了一定程度的提高，在降低經(jīng)營成本的同時，也達(dá)到了利潤的最大化，并且實(shí)現(xiàn)了餐廳點(diǎn)餐方面的自動化。隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮，法國、美國、比利時的餐廳也慢慢的引進(jìn)了這樣的無線設(shè)備。在2017年7月的時候，北京森思電子發(fā)布了旗下的一款電子點(diǎn)餐系統(tǒng)，專門為餐飲企業(yè)精心打造的一款全自動系統(tǒng)，此電子點(diǎn)餐系統(tǒng)一出，便大大提高了餐飲行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率，全方位的推動了餐飲業(yè)的迅速發(fā)展，據(jù)報道，這是中國第一款專門為了餐飲行業(yè)研發(fā)的電子系統(tǒng)。無線電子點(diǎn)餐系統(tǒng)是應(yīng)時代的快節(jié)奏、高效率、高水準(zhǔn)而研發(fā)的自動化點(diǎn)餐系統(tǒng)，是集嚴(yán)密性、實(shí)用性、易用性和穩(wěn)定性與一體的信息化系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是價格便宜、易于操作，使用起來很方便，比傳統(tǒng)的手工點(diǎn)餐方式以及傳統(tǒng)的結(jié)賬方式都具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，各個部門的工作人員可以根據(jù)計算機(jī)反饋的信息做出及時反應(yīng)。這個系統(tǒng)還有另外一個特點(diǎn)就是安全，每一個發(fā)送菜單都會和管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，如果其中一方私自的更改數(shù)據(jù)信息，后臺便會顯示出來，就會立刻被發(fā)現(xiàn)，這套系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模式，可以有效的防止作弊事件的發(fā)生。而且它還具有豐富的報表功能，為企業(yè)提供良好的經(jīng)營管理環(huán)境的同時，更能夠給企業(yè)經(jīng)營者對市場的需求進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，并預(yù)測提供一些可靠的數(shù)據(jù)。1.1.2研究意義為了能讓餐飲業(yè)走向全面數(shù)字化的發(fā)展，餐廳必須引進(jìn)無線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)，這樣才是利用先進(jìn)的無線通信技術(shù)去解決生活中的難題。此點(diǎn)菜系統(tǒng)不但可以提高餐館檔次、提高效率，還可以避免人為錯誤、精簡人手，無線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)展現(xiàn)了良好的性能和表現(xiàn)，是餐飲行業(yè)走向信息化發(fā)展的一個重要標(biāo)志。并且使用無線技術(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)所需的成本，減少了對線路維護(hù)的額外開支。1.2無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀無線通信的主要原理就是以電磁波信號做為依托，來進(jìn)行進(jìn)行信息傳遞與信息交換。從移動通信的發(fā)展前景來研究，4G網(wǎng)絡(luò)的逐漸興起已成為目前全球移動發(fā)展的必然趨勢。其他的發(fā)達(dá)國家實(shí)現(xiàn)利潤的增長早已不采用發(fā)展用戶數(shù)量的模式，而是希望可以通過4G網(wǎng)絡(luò)的速度和親民性來發(fā)展用戶的數(shù)量。在移動通信的發(fā)展這方面，我們需要借鑒其他發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)。有調(diào)查研究顯示全國提供了4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的運(yùn)營商有86％以上，全球已經(jīng)有11．6億左右的4G用戶，此外人們已經(jīng)普遍的認(rèn)可了新興經(jīng)濟(jì)體為4G網(wǎng)絡(luò)所作出的重要貢獻(xiàn)。有研究推測：2018年全球?qū)幸话胍陨系?G用戶出現(xiàn)，這也意味著使用4G手機(jī)的領(lǐng)域也即將擴(kuò)大。4G網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)悍部署告訴我們，這即將是新興市場的面臨的巨大機(jī)遇之一。近幾年來新興的通信技術(shù)逐漸興起，無疑是對傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)一個巨大的沖擊，新興通信技術(shù)被科學(xué)家們所支持，新興的通信技術(shù)不但加快了人們的日常交流，還極大地便利了人們的生活，受到了廣大人民群眾的認(rèn)可，也已經(jīng)得到了廣泛的普及和應(yīng)用。正是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在處在這個信息大爆炸的時代，所以無線通信技術(shù)才會給人們帶來極大的便利，保障了人們的正常通訊及交流，更為人們的交流及通信提供了一個堅實(shí)的平臺。慢慢的，人們的生活方式、工作方式將會發(fā)生重大的改變，溝通方式、管理方式等也將會面臨前所未有的新穎。在無線通信發(fā)展的過程中,共經(jīng)歷了以下幾個階段：最開始的移動通信技術(shù)發(fā)展的并不是很全面，主要應(yīng)用在軍事的領(lǐng)域。到了20世紀(jì)50年代中期至60年代末期，出現(xiàn)了一種新興的移動通信設(shè)備，它就是半導(dǎo)體通信設(shè)備，逐漸的，傳統(tǒng)通信設(shè)備的器件也已經(jīng)開始向半導(dǎo)體技術(shù)的方向過渡。到了無線通信技術(shù)發(fā)展的中期，蜂窩移動通信技術(shù)也逐漸代替了半導(dǎo)體通信技術(shù)，并開始進(jìn)行AMPS實(shí)驗(yàn)，頻段擴(kuò)展到了800MHZ。個人通信業(yè)務(wù)也慢慢的開始出現(xiàn)在了大眾的視野中，人們可以自主的進(jìn)行通信和交流，那個階段也就被叫做“第二代數(shù)字移動通信大發(fā)展”。截至到現(xiàn)在，也被人們叫做“第三代移動通信技術(shù)”，第三代無線通信技術(shù)的發(fā)展又一次的沖擊的全球移動通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)的需求不斷增加，從傳統(tǒng)的技術(shù)過渡到第二代通信技術(shù)，再由第二代通信技術(shù)過渡到了第三代通信技術(shù)，是人類通信發(fā)展史上的一次新的飛躍。1.3常見的無線通信協(xié)議把無線通信技術(shù)進(jìn)行具體的劃分后，它的硬件和協(xié)議通信也會有很大的不同，常見的長短距離無線通信系統(tǒng)有很多，長距離無線通信系統(tǒng)如GPRS系統(tǒng)和我國正在使用的3G、4G系統(tǒng)，以及未來即將大力推廣的5G系統(tǒng)。它們共同的特點(diǎn)就是都使用專門的頻段，并且需要專門的公司進(jìn)行運(yùn)營。由于本系統(tǒng)要求的傳輸距離有限，而且我們還要考慮到成本的限制因素，因此長距離無線通信技術(shù)并不在我們本次研究的范圍之內(nèi)，下面我就重點(diǎn)闡述幾種常見的近距離無線通信協(xié)議：藍(lán)牙：藍(lán)牙的工作頻率為2.4GHz。無線數(shù)據(jù)和語音通信的全球規(guī)范即下文所提到的“藍(lán)牙”，它的成本很低，并且無線連接的距離也很短，它的工作原理簡單，在固定設(shè)備和移動設(shè)備之間建立一種簡單特殊的無線連接即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。1994年，藍(lán)牙技術(shù)問世，藍(lán)牙技術(shù)能在近距離的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互的通信操作和通信控制。藍(lán)牙的傳輸距離大約為10m，藍(lán)牙的傳輸速率大約為1Mb/s，藍(lán)牙技術(shù)能快速的接入到互聯(lián)網(wǎng)中，使手機(jī)、激光打印機(jī)等進(jìn)行相互連接。截止到目前，藍(lán)牙技術(shù)的不足之處還有很多，它的開發(fā)重點(diǎn)是多點(diǎn)連接，即能夠?qū)崿F(xiàn)一臺設(shè)備同時連接多臺設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的工作。在1994年藍(lán)牙技術(shù)問世不久后，時隔四年，愛立信、諾基亞等公司共同推出了改進(jìn)過后的藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙協(xié)議的初代版本為802.15.1。此代藍(lán)牙技術(shù)的最初標(biāo)準(zhǔn)是基于1.1實(shí)現(xiàn)的。新版802.15.1a基于等同于藍(lán)牙1.2標(biāo)準(zhǔn)，而且后者還具備了一定的QOS特性，以至于在后期構(gòu)建的很多藍(lán)牙設(shè)備中，新一代的藍(lán)牙技術(shù)依然完整保持了各種系統(tǒng)的兼容性。底層硬件模塊、中間協(xié)議層模塊和高層應(yīng)用模塊是藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)組成。在藍(lán)牙技術(shù)系統(tǒng)中，底層硬件模塊由基帶、跳頻和鏈路管理依次排列組成?；鶐У闹饕饔镁褪峭瓿伤{(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸。跳頻的主要作用就是當(dāng)藍(lán)牙接受到一種頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)來時，能夠自主的讀取頻率所帶來的信息，并把它們轉(zhuǎn)換為自己想要的數(shù)據(jù)，與基帶共同完成藍(lán)牙數(shù)據(jù)的傳遞。在無線調(diào)頻層中實(shí)現(xiàn)的只有藍(lán)牙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流傳輸和數(shù)據(jù)流過濾。鏈路管理即藍(lán)牙數(shù)據(jù)的傳遞通道，把數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分后，不同的信息數(shù)據(jù)進(jìn)入不同的通道進(jìn)行傳遞，既保證了數(shù)據(jù)的傳輸速率，又保證了數(shù)據(jù)的傳輸完整性。鏈路建立、鏈路連接和鏈路拆除的安全控制功能即是鏈路管理實(shí)現(xiàn)的。中間協(xié)議層由服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、邏輯鏈路控制協(xié)議和適應(yīng)協(xié)議、電話通信協(xié)議和串口仿真協(xié)議四個部分構(gòu)成。服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議的主要功能就是能夠提供上層應(yīng)用程序，處理上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)來源，并善于使用網(wǎng)絡(luò)中的各種服務(wù)。邏輯鏈路控制協(xié)議和適應(yīng)協(xié)議的功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)拆裝和控制數(shù)據(jù)的服務(wù)質(zhì)量，當(dāng)數(shù)據(jù)不清晰或者數(shù)據(jù)雜亂時，它們負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)進(jìn)行清晰化的處理。高層應(yīng)用位于協(xié)議層最上部，在藍(lán)牙技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，充當(dāng)著最重要的功能，也是藍(lán)牙協(xié)議的最高層應(yīng)用指令。主要對文件的傳輸和局域網(wǎng)訪問進(jìn)行加密處理，這樣的一個體系共同構(gòu)成了藍(lán)牙協(xié)議的最小處理單元。最重要的是無線通信的應(yīng)用程序通過一定的應(yīng)用模式來實(shí)現(xiàn)，然而不同種類的高層應(yīng)用必須是通過相應(yīng)的一種程序來實(shí)現(xiàn)。對藍(lán)牙協(xié)議來說，廣域網(wǎng)連接尤為重要，語音、數(shù)據(jù)的接入是整個系統(tǒng)的重點(diǎn)，一臺計算機(jī)能否成功的連接到通信設(shè)備上，并且通過安全的無線鏈路進(jìn)行連接，也是藍(lán)牙系統(tǒng)的關(guān)鍵。如何做到鏈路的外圍互連，就是要將各種設(shè)備連接到主機(jī)上，并且通過主機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)操作，。藍(lán)牙協(xié)議有以下技術(shù)特點(diǎn):（1）藍(lán)牙的工作頻段是2.4GHzISM，當(dāng)每一次連接建立起來的時候，跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)就會發(fā)揮出自己的功能，它們能按照一定的編碼，把若干個跳頻信道持續(xù)不斷的從一個信道跳到另一個信道中。（2）藍(lán)牙的互聯(lián)方式也是十分的廣闊，可同時與其它七臺設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，并且藍(lán)牙設(shè)備工作時的功耗很低，制造一個藍(lán)牙設(shè)備的成本也很低，藍(lán)牙協(xié)議也沒有特別的通訊方向要求，只要在有效范圍內(nèi)就可以進(jìn)行連接，并且無視任何障礙物。（3）藍(lán)牙設(shè)備的組網(wǎng)簡單，租房方式方便、快捷，并且能支持語音的傳輸.藍(lán)牙協(xié)議發(fā)展到了今天，還有很多的不足，是一種還沒有完全成熟的技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)的的傳輸距離很短，數(shù)據(jù)的傳輸速率也很低，這樣的技術(shù)特點(diǎn)必然會對它的發(fā)展有所影響。目前很多的平臺都不提供對藍(lán)牙技術(shù)的支持，而且藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用成本高、普及難度大。從以上搜集的各種數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，藍(lán)牙協(xié)議不在考慮的范圍內(nèi)，不適合本系統(tǒng)。超寬帶技術(shù)（UWB）：人們逐漸的發(fā)現(xiàn)了藍(lán)牙協(xié)議的弊端，慢慢的超寬帶技術(shù)進(jìn)入了人們的視野，此技術(shù)的主要特點(diǎn)就是通過基帶脈沖的方式作用于天線上端來發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)超寬帶技術(shù)產(chǎn)生極大帶寬的信號時，它直接調(diào)制\t"/item/%E8%B6%85%E5%AE%BD%E5%B8%A6/_blank"沖激脈沖，并根據(jù)能自由上升和下降的脈沖信號進(jìn)行區(qū)分，這樣便大大加強(qiáng)了信號的強(qiáng)度，使其具有GHz量級的頻率。超寬帶技術(shù)的組網(wǎng)方式也是十分的簡單，它工作時的功耗要求也是很小，頻率帶寬比藍(lán)牙高出很多倍，并作用于無線局域網(wǎng)LAN和個人局域網(wǎng)PAN的接口卡和接入端。超寬帶技術(shù)的傳輸速率也是藍(lán)牙的幾百倍，可以達(dá)到幾百兆比特每秒，它還可以和窄帶寬的通信系統(tǒng)互不干擾，同時進(jìn)行各自的工作。我們現(xiàn)在的頻率資源已經(jīng)日益緊張，超寬帶技術(shù)為人們帶來的極大的便利，并開辟了一條新的時域無線電領(lǐng)域。超寬帶技術(shù)因?yàn)椴恍枰a(chǎn)生其他正弦載波信號，可以直接發(fā)射沖激序列，所以超寬帶技術(shù)的系統(tǒng)容量也是十分的大，因而超寬帶技術(shù)具有很低的平均功率和很寬的頻譜，這樣的分布特點(diǎn)更有利于與其他系統(tǒng)的共存。超寬帶技術(shù)為系統(tǒng)帶來大容量的同時，也提高了頻譜的利用率。超寬帶技術(shù)也具有一定的干擾性，發(fā)射功率很低很低，這樣的頻率干擾相當(dāng)于只有一帶寬的白噪聲，當(dāng)發(fā)射功率在短距離的通信應(yīng)用中時，超寬帶信號也可以根據(jù)通信的距離長短來變換不同的頻率，這樣有助于與窄帶通信之間的良好共存，無線頻譜的利用率便會得到很大的提高，并且超寬帶信號的隱蔽性很強(qiáng)，不容易被發(fā)現(xiàn)。所以靈活的使用特性得到了廣泛的認(rèn)可，便攜型無線通信設(shè)備的使用更適合。2001年發(fā)布的“十五”863計劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中，主要對兩種技術(shù)進(jìn)行了深入的探究，以超寬帶無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的重點(diǎn)研究，并且鼓勵國內(nèi)的學(xué)者進(jìn)行研發(fā)工作。但是國內(nèi)的研究方向還僅限于雷達(dá)方面。到了2002年初，超寬帶技術(shù)的高分辨率、小范圍、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)逐漸被科學(xué)家開發(fā)出來。軍事部門利用超寬帶技術(shù)的特點(diǎn)，發(fā)明了分辨率非常高的雷達(dá)系統(tǒng)和電子導(dǎo)航系統(tǒng)。直到2002年4月，超寬帶技術(shù)得到了更高的學(xué)者認(rèn)可，才逐漸的對民用科研領(lǐng)域開放。之前的很多年，對于人們來說，超寬帶技術(shù)還是一種新鮮事物。雖然說超寬帶技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸距離相比藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)獲得很大提高，但是仍然不能滿足本系統(tǒng)的技術(shù)要求。紅外線技術(shù)：紅外線可以分為很多種，直射式紅外線、散射式紅外線以及全向性紅外線都是紅外線技術(shù)的一種展現(xiàn)形式。紅外線又是光的一種傳播形式，然而我們大家都知道，光是不可能穿透不透明的物體，因此直射式紅外線就展現(xiàn)出了很多的弊端，當(dāng)直射式紅外線傳輸資料時，兩個點(diǎn)必須是在同一條線上，并且相互之間必須互相連通，不能有任何的阻隔。散射式紅外線也有自己的弊端，雖然它的連接模式可以不需在同一線上，但是也不能被物體所遮擋，需在同一個封閉的空間內(nèi)完成。全向性紅外線則是利用基地臺，作用在一個紅外線的基礎(chǔ)上，將分散在基地臺四周的紅外線集中起來，操作也是十分的繁瑣。所以，還是不能滿足本系統(tǒng)的技術(shù)要求指標(biāo)。IRDA：IRDA目前在小型移動設(shè)備上的使用尤其的廣泛，IRDA技術(shù)也展現(xiàn)出了它成熟的一面，并且在手機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。最開始，IRDA標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備只能在很小的范圍內(nèi)以很低的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，很快就發(fā)展到了以4Mb/s以及16Mb/s的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。IRDA的通信成本十分的低廉，IRDA體積也很小，可以在各種小型移動設(shè)備上使用，連接也是十分的方便，可以自動的與基臺設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)。此外，由于紅外線的發(fā)射角度都普遍的較小，所以在傳輸安全性的特點(diǎn)上，IRDA也具有一定的優(yōu)勢。當(dāng)IRDA兩個相互的通信設(shè)備之間傳輸時，必須要使得兩個通信設(shè)備對準(zhǔn)，通信設(shè)備之間不能有任何物體存在，不然便會阻斷數(shù)據(jù)的傳輸，這種視距傳輸?shù)奶攸c(diǎn)也正是此技術(shù)的不足。該技術(shù)被用作更多的通信場合即是短距離的數(shù)據(jù)傳輸，還有一個原因是IRDA技術(shù)對障礙物的衍射能力和對物體的穿透能力也稍微的不盡人意，因而該技術(shù)只能用于2臺設(shè)備之間，并且距離不是很長的連接。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。但是由于紅外線的波長較短，視距傳輸?shù)奶攸c(diǎn)也不適合本系統(tǒng)。WiFi技術(shù)：無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問便是由Wi-Fi為用戶提供的。我們在家里、辦公室或在旅途中都可以通過此途徑進(jìn)行訪問，上網(wǎng)十分的便捷。在互聯(lián)網(wǎng)連接安裝創(chuàng)建訪問點(diǎn)便是Wi-Fi熱點(diǎn)。這個訪問點(diǎn)覆蓋的范圍很廣，最多可以覆蓋到280英尺。ZigBee技術(shù)：ZigBee技術(shù)是一種低復(fù)雜、低功耗、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。ZigBee技術(shù)主要用在傳輸距離很短的的電子設(shè)備中。它的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)具有周期性的數(shù)據(jù)顯示。ZigBee技術(shù)的功耗比Wi-Fi技術(shù)低，成本也比Wi-Fi技術(shù)低。當(dāng)設(shè)備處于低耗電模式下時，普通的家用電池便可以讓設(shè)備維持待機(jī)4個月以上。這也是ZigBee技術(shù)一直引以為豪的獨(dú)特優(yōu)勢。綜合比較以上各個短距離無線通信協(xié)議的技術(shù)特點(diǎn)和本系統(tǒng)的要求，只有ZigBee協(xié)議能基本滿足要求。1.4論文的研究內(nèi)容（1）本次無線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)要突出成本上十分的低廉，數(shù)據(jù)傳輸也要方便快捷，并且便于用戶操作。（2）本次無線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)能夠通過無線方式將所點(diǎn)的菜品傳輸?shù)讲宛^后臺，并且此系統(tǒng)在容量、穩(wěn)定性等方面還要有良好的表現(xiàn)。（3）至少能選擇30種菜品。（4）計算出所點(diǎn)菜品的總價格。1.5內(nèi)容安排本文一共分為五大章，主要研究電子點(diǎn)菜系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。各章節(jié)的內(nèi)容安排如下:第一章介紹了本文的研究背景。第二章介紹了ZigBee技術(shù)協(xié)議和ZigBee芯片的詳細(xì)內(nèi)容。第三章提出了自己的硬件平臺，詳細(xì)介紹了平臺的組成部分和各自的功能。第四章和第三章是相對應(yīng)的，主要講了硬件平臺的驅(qū)動程序。第五章是總結(jié)與展望，對本此畢業(yè)論文進(jìn)行了總結(jié)，并進(jìn)一步探討了本系統(tǒng)的研究方向和未來前景。第2章ZigBee協(xié)議的分析ZigBee也被叫做紫蜂，多層之間相互關(guān)聯(lián)，用作IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體訪問層與物理層共同構(gòu)成了底層。底層支持多種網(wǎng)上拓?fù)洌€支持大量的網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)。物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)安全層和應(yīng)用支持層共同構(gòu)成了ZigBee協(xié)議框架。2.1ZigBee協(xié)議框架此協(xié)議框架為整個協(xié)議做了明確而清晰的劃分，此協(xié)議框架和其他協(xié)議一樣都采用了分層的模型。ZigBee協(xié)議架構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1ZigBee的協(xié)議架構(gòu)圖以下為各層在ZigBee結(jié)構(gòu)中的作用：物理層：也是ZigBee協(xié)議架構(gòu)的第一層，為上一層MAC層提供了最基礎(chǔ)的服務(wù)；當(dāng)有信號進(jìn)入物理層時，物理層為了避免其他信號的干擾，將一個信號劃分為多個信號，再重新編碼，編碼完成后再往下一層進(jìn)行傳輸，這對大部分較低端的實(shí)現(xiàn)來說，使模擬電路更加簡單，容錯性也很高。MAC層：使多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用變得簡單易操作，將不同設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈路建立、維護(hù)、結(jié)束和確認(rèn)。MAC層是主要實(shí)現(xiàn)有效的功耗控制層。網(wǎng)絡(luò)層：保證了數(shù)據(jù)的傳輸和完整性，同時可對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，它跟其他無線局域網(wǎng)十分的不同，這也是ZigBee協(xié)議的重要特點(diǎn)之一。網(wǎng)絡(luò)層的功能十分強(qiáng)大，它不但可以安全的傳輸和過濾數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的自我修復(fù)，并且還負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的建立與管理。在組網(wǎng)方式上，ZigBee協(xié)議有三種表現(xiàn)方式:第一種為主從方式的星形網(wǎng)，第二種為簇形網(wǎng)絡(luò)，第三種為網(wǎng)狀網(wǎng)。三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2.1-2所示。圖2-2三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖應(yīng)用層：使多個器件之間進(jìn)行通信，也是ZigBee協(xié)議的最高管理層。它可以與網(wǎng)絡(luò)層相連的應(yīng)用進(jìn)行支撐，為數(shù)據(jù)的傳輸提供了固定的線路。也起到了為傳輸數(shù)據(jù)保駕護(hù)航的作用。應(yīng)用層與WPAN之間建立起連接的時候會有一個綁定表格，將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在綁定表格中，如果要進(jìn)行接下來的每一步操作，都要通過這個綁定的表格來查詢想要獲得的資料。2.2Zigbee協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用前景我們大家都知道，當(dāng)通信距離越遠(yuǎn)，設(shè)備工作時產(chǎn)生的功耗就會越大，信息傳遞的復(fù)雜度和系統(tǒng)的成本都會提高。對于最低成本和最低功耗的無線通信技術(shù)ZigBee來說，它在現(xiàn)有的無線通信技術(shù)行列里已經(jīng)站穩(wěn)了腳步。正是因?yàn)閆igBee技術(shù)的特點(diǎn)是通信范圍較小和低數(shù)據(jù)速率，所以也決定了ZigBee技術(shù)的主要功能，就是適合數(shù)據(jù)較小的設(shè)備使用。2.2.1Zigbee協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)（1）功耗低：當(dāng)ZigBee處在工作模式下，它的傳輸數(shù)據(jù)量相對會較小，傳輸速率也會很低，這樣兩個信號的接收和發(fā)出的時間間隔就會變得很短。然而，當(dāng)ZigBee處在非工作模式情況下時，它的節(jié)點(diǎn)不會進(jìn)行工作，而是處在一個休息的狀態(tài)，這樣就使得ZigBee芯片非常的省電，是因?yàn)楦鱾€節(jié)點(diǎn)都處于休眠狀態(tài)。（2）成本低：它的專利完全免費(fèi)。人們據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，ZigBee技術(shù)的代碼量很少，看起來十分的簡潔。此設(shè)備精簡的功能只需要4KB，全功能的設(shè)備也只需要32K。（3）網(wǎng)絡(luò)容量大：ZigBee協(xié)議由全功能器件和簡化功能器件共同構(gòu)成。第一種器件支持49個參數(shù)。第二種器件只支持38個參數(shù)。倆個全功能器件之間可以隨意的通話，一個全功能器件和一個簡化功能器件之間也可以通話。而倆個簡化功能器件之間是不能通話的，所以簡化功能器件只能用于非常簡單的應(yīng)用。（4）時延非常小:當(dāng)設(shè)備通信的時候，它的時延都非常的短。與藍(lán)牙協(xié)議相比較，ZigBee協(xié)議的時延比藍(lán)牙小很多。如圖2-3所示。2-3ZigBee與藍(lán)牙協(xié)議的時延比較（5）可靠的數(shù)據(jù)傳輸：ZigBee協(xié)議采用了一種十分可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，來提高系統(tǒng)信息傳送的可靠性，在此協(xié)議工作的時候，它的MAC層成為主要的工作區(qū)間點(diǎn)位，采用一種叫做“碰撞避免”的處理方式，用來避免發(fā)送數(shù)據(jù)時，不同的數(shù)據(jù)所帶來的競爭和沖突。2.2.2ZigBee協(xié)議的缺點(diǎn)（1）成本問題：正是因?yàn)閆igBee芯片的出貨量比較大，是來自大部分的TI公司，芯片的成本大約在3-4美元，再加上ZigBee芯片上的其他外圍器件，成本很難降低，因?yàn)橹悄芗揖拥男枰瑢?dǎo)致這種成本敏感的家用設(shè)備，這就使得它的地位也十分的尷尬。（2）通信穩(wěn)定性問題：正是因?yàn)閆igBee協(xié)議的穿透能力十分的弱，所以在家居環(huán)境中，任何一個可以阻擋到它的物品都會讓此協(xié)議的能力大大的減弱。（3）自組網(wǎng)能力：在家居的應(yīng)用中，當(dāng)開關(guān)或者插座的位置固定，就只能會一直不變了，這樣就導(dǎo)致它的自組網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)也就不存在了。2.2.3ZigBee協(xié)議的應(yīng)用前景\t"/report/ce892025-122f-4646-9bbf-c9d03793fe9b/html/resultFrame"在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，ZigBee技術(shù)都扮演著重要的角色，它也人們的生活密切相關(guān)，醫(yī)學(xué)上和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中把ZigBee作為特征傳感器，用來檢測病人的身體特征，來減少醫(yī)生們的負(fù)擔(dān)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中，把ZigBee作為土壤傳感器，用來測量土地的PH值、溫度、土壤的新鮮程度和土壤的含水量，任何土壤里的微小的信息。它都會記錄下來，并反饋給我們進(jìn)行及時的處理。2.3基于ZigBee協(xié)議的芯片 圖2-4NRF2401的引腳排列在生活中，采用ZigBee協(xié)議芯片的場合有很多，如無線鼠標(biāo)、無線鍵盤、遙控玩具車等。一起來看一下NRF2401的引腳排列，如上圖2-4所示。NRF2401的主要特點(diǎn)： NRF2401芯片的工作頻率在2.4GHz-2.5GHz之間，功率放大器負(fù)責(zé)對此芯片內(nèi)部的功率進(jìn)行無失真的同頻率放大、內(nèi)置頻率合成器是設(shè)備本身自帶的一個小型的工作系統(tǒng)，它的功能是對設(shè)備外界接收到的頻率進(jìn)行合成和編制、調(diào)制器和晶體振蕩器的共同功能是對外界的信息進(jìn)行調(diào)制和處理。此芯片的工作電流是10.5mA，接收時的工作電流是18mA,所以就導(dǎo)致它的能耗非常低，可以有多種的低功率工作模式一起工作。而且NRF2401芯片并不需要很多的外固元件，因此使用起來非常方便。它的功能模塊如圖2-5所示。圖2-5NRF2401功能模塊第3章基于ZigBee協(xié)議硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)是世界應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，這種單片機(jī)的問世，很長的一段時間內(nèi)占據(jù)了大量的市場。它不但是基礎(chǔ)的一個單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種單片機(jī)。3.1開發(fā)板的各個組成部分原理圖以及功能整個開發(fā)板的控制中心是單片機(jī)的最小系統(tǒng)，它由電源、復(fù)位電路和晶振三部分組成。這是因?yàn)殚_發(fā)板初上電或者復(fù)位后，所有的I/O口均為高電平。如圖3-1所示。圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2串行口電平轉(zhuǎn)換部分要想利用51單片機(jī)作為支撐設(shè)備的系統(tǒng)芯片，就必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。選用的電平轉(zhuǎn)換芯片工作電壓為+5V，它和單片機(jī)的工作電源相同。由于STC89C58RD+單片機(jī)支持ISP下載，因此通過這個串行口可以將程序下載到單片機(jī)，所以不用購買昂貴的編程器。如圖3-2所示。圖3-2串行口電平轉(zhuǎn)換部分3.2.1開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的接口部分這一部分由于nRF2401的工作電壓為1.9V-3.6V，工作電壓超過3.6V就會燒壞芯片。因此為了使系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作，必需要有5V電平轉(zhuǎn)換為3.3V電平的部分。為了實(shí)現(xiàn)這一過程，選用LM1117-MAX3.3作為核心芯片。LM1117一共為線路提供了兩個功能，它們分別是電流限制功能和熱保護(hù)功能。此外為了使兩個模塊直接相連，將P2口的部分引腳用排針引到一起，排針間距為100mil，標(biāo)準(zhǔn)DIP插針。如圖3-3所示。圖3-3開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的接口部分3.2.2鍵盤部分鍵盤部分的功能也是此線路的重要功能組成之一。鍵盤部分的功能分別由四個按鍵開關(guān)組成，分別為S5(P3.3/INT1)、S6(P3.4/T0)、S7(P3.5/T0)和S5(P3.2/INT0)。在正常未按下按鍵時，它們?nèi)紴楦唠娖?。?dāng)我們把開關(guān)按鍵按下后，輸出電壓就會變?yōu)榈碗娖?。由于四個鍵盤的組成一樣，這里只畫出了S5的電路圖。如圖所示3-4為鍵盤組成部分。圖3-4鍵盤部分3.3無線傳輸模塊和開發(fā)板的PCB圖設(shè)計印制電路板又被叫做PCB（PrintedCircuitBoard），是非常重要的電子部件，它作為元件的支撐體和元件連接的載體，起到不可或缺的作用。如果采用人工接線，就一定會帶來一定的差錯，使用此類印刷電路板，就成功的避免了不必要的差錯產(chǎn)生，并且可以實(shí)現(xiàn)電子元器件自動插裝或貼裝，這樣一來便提高了勞動生產(chǎn)率，也降低了所需要的成本。由于PCB圖上使用元件的封裝來代表元件，因此原理圖中各個元件都要明確有自己的封裝方式，而且在繪制PCB圖前必須將用到的封裝所在的封裝庫調(diào)入。如圖3-5所示。圖3-5開發(fā)板的PCB圖3.4布線的基本過程（1）電路布局首先要采用就近集中原則，此原則針對同一種功能的相關(guān)電路模塊，而且數(shù)字電路和模擬電路在布線的時候應(yīng)該將它們分開。（2）1/4W電阻:51*55mil(0805表貼)，無極電容:51*55mil(0805表貼)。（3）最重要的一點(diǎn)就是信號線不可以出現(xiàn)回環(huán)走線的情況。還要保證電源線與地線盡可能的呈放射狀。在印刷電路板上，布線過程其實(shí)是一個很重要的過程。布線的方式有自動布線及交互式布線。正是因?yàn)樽詣硬季€效果不太理想，而且很容易出現(xiàn)差錯，造成不必要的麻煩，所以我們本次系統(tǒng)全部使用交互式布線。第4章硬件驅(qū)動程序的串行口調(diào)試工具驅(qū)動程序有著被人們稱作\t"/item/%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F/_blank"硬件的靈魂和硬件的主宰之稱。設(shè)備的驅(qū)動程序。就相當(dāng)于\t"/item/%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F/_blank"硬件的接口，要想控制\t"/item/%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F/_blank"硬件設(shè)備的正常工作，\t"/item/%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F/_blank"操作系統(tǒng)必須通過這個接口，如果不能正確的進(jìn)行安裝和通過，那么此驅(qū)動程序便不能正常工作。4.1硬件驅(qū)動程序在整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，開發(fā)板作為主機(jī)端，主要接收從主機(jī)端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。51單片機(jī)的的編程語言一種是匯編語言，另一種是C語言。雖然匯編語言的生成率高，但是它的可讀性很低，如果程序再稍微的復(fù)雜一點(diǎn)，驅(qū)動程序就更難讀懂它們，而C語言的可讀性大于匯編語言，還可以插入?yún)R編語言來解決代碼問題，所以，我們選擇C語言進(jìn)行開發(fā)調(diào)試。4.1.1nRF2401的工作模式NRF2401的工作模式有以下四種,如圖4-1所示：圖4-1NRF2401的各種工作模式的設(shè)置方式NRF2401的所有配置需要通過CS、CLK1和DATA三個引腳共同去完成。4.1.2串行口調(diào)試工具串行口調(diào)試工具有很多種，我們在本系統(tǒng)中嘗試使用微軟公司的C++6.0調(diào)試工具。C++6.0的靈活性很高，它的性能和控制力度也令人十分的滿意。C++6.0提供了Mscomm控件，此類控件專門為串行口通信服務(wù)，使用該控件程序員不必花時間去了解比較復(fù)雜的API函數(shù)，只需要通過簡單修改控件的屬性就可以實(shí)現(xiàn)對串口的配置。4.2串行通信的基本原理假如每個數(shù)據(jù)可以進(jìn)行排列，那么使用一根數(shù)據(jù)信號線把外設(shè)和計算機(jī)相互連接，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度，這樣一來，我們使用的數(shù)據(jù)線十分的少，節(jié)約了很大的成本，當(dāng)然，我們雖然節(jié)約了成本，但是它的傳輸速率必定會受到影響，它的傳輸速度比并行傳輸相對較慢，由于高速率的要求，計算機(jī)內(nèi)部的CPU與串口之間的通訊仍然采用并行通訊，所以串行口的本質(zhì)就是串并轉(zhuǎn)換器,如圖4-2所示。圖4-2串行通信總流程圖4.3調(diào)試結(jié)果本此畢業(yè)設(shè)計截至到目前為止，已經(jīng)基本完成，本次論文一共用時27天，實(shí)物也已經(jīng)制作完成，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和測試功能，已經(jīng)滿足本次畢業(yè)設(shè)計題目的技術(shù)指標(biāo)，整個無線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)的基本功能也已經(jīng)完成，本系統(tǒng)能完整的向接收機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，將所點(diǎn)的菜品傳送到接受機(jī)上，并且在液晶顯示屏顯示出來，并且接收機(jī)還具有查詢功能，能完整而準(zhǔn)確的返回所點(diǎn)菜品。接收機(jī)能對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理的功能，判斷并保存到相應(yīng)的位置，刪除菜品，結(jié)賬等功能已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，下面請一起看一下實(shí)物圖的照片4-3、4-4所示。圖4-3簡易無線點(diǎn)餐機(jī)實(shí)物圖（背面）圖4-4簡易無線點(diǎn)餐機(jī)實(shí)物圖（正面）第5章總結(jié)與展望5.1全文總結(jié)首先要感謝論文設(shè)計過程，我的指導(dǎo)老師，甄佳齊老師，在論文設(shè)計過程中，我遇到了很多自己解決不了的問題，每次請教老師，老師都很耐心的為我解答，是我能順利的完成自己的畢業(yè)設(shè)計和論文。畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，這也意味著我的大學(xué)生涯也即將畫上了一個圓滿的句號，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多課本上接觸不到的知識，不但鍛煉了自己的寫作能力，也鍛煉了自己的動手能力。首先在畢業(yè)設(shè)計剛開始的調(diào)研階段，我學(xué)會了怎么通過各種方式查詢相關(guān)的資料。去圖書館借閱圖書和去網(wǎng)上借鑒知識都是一個不錯的學(xué)習(xí)方法，通過對這些資料的學(xué)習(xí)，我大致了解了無線通信的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，認(rèn)識到目前無線通信方面的各種各樣的協(xié)議，以及它們之間的競爭。無線通信方面的先進(jìn)技術(shù)，這些都為我未來的學(xué)習(xí)指明了道路和方向。我畢業(yè)設(shè)計主要涉及硬件和軟件兩個方面的內(nèi)容，通過這此論文選題并且撰寫《簡易無線點(diǎn)餐機(jī)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)》，我發(fā)現(xiàn)我的開發(fā)能力都獲得了相應(yīng)的提高。首先在硬件方面，不但認(rèn)識了很多的電子元器件，還了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作。掌握了簡單的PCB圖的方法，并自己設(shè)計了一個單片機(jī)系統(tǒng)。在軟件方面，我基本掌握了對串行口調(diào)試工具的開發(fā)和C++6.0語言的使用方法。通過開發(fā)板驅(qū)動程序的開發(fā)，我還熟練掌握了51系列單片機(jī)內(nèi)部的寄存器和編程規(guī)則，以及如何控制外圍電路。5.2未來展望由于單片機(jī)功能的局限性，當(dāng)面對很復(fù)雜的系統(tǒng)時像無線點(diǎn)菜系統(tǒng)，單片機(jī)就不太合適。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的引腳過少，能夠使用操作系統(tǒng)過于簡單,不能進(jìn)行復(fù)雜的工作調(diào)度，也不能驅(qū)動復(fù)雜的外圍電路，因此使用單片機(jī)完全實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜系統(tǒng)的要求比較困難。使用ARM處理器和嵌入式操作系統(tǒng)，配合嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)，更能完成點(diǎn)菜系統(tǒng)的要求。所以，通過畢業(yè)設(shè)計也給我將來的學(xué)習(xí)指明了一個方向。結(jié)論近幾年，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，全球的通信行業(yè)呈現(xiàn)大爆炸式的發(fā)展，信息的多元化，多樣化和靈活化共同構(gòu)造了萬能的信息鏈，無線通信技術(shù)更是以迅捷的腳步邁向人類的生活，進(jìn)入人們的視野，它也成為了通信領(lǐng)域的一個重點(diǎn)研究方向。未來的發(fā)展，一定會引進(jìn)無線寬帶的接入，其傳輸速率還會在上一代的基礎(chǔ)上完成一次飛躍，為用戶提供更快的數(shù)據(jù)傳輸?shù)确?wù)。隨著當(dāng)前的形勢發(fā)展，信息個人化在未來的必將占主導(dǎo)地位，成為未來信息發(fā)展的主要方向，當(dāng)前的手機(jī)、電腦都推動了這一發(fā)展的進(jìn)行，無線通信的智能技術(shù)將完美的推動全球信息個人化的快