（信号与信息处理专业论文）无线点菜系统基站及上位机软硬件研究与实现.pdf

摘要 。无线点菜系统作为餐饮服务管理系统的一个子系统，旨在降低餐饮服务的人 力成本并提高服务质量和效率。它向服务人员提供一种手持终端，以终端操作代 替纸质记录和人力工作的方式受理客户的点餐要求，并通过无线将客户的要求提 交到服务中心并迅速返回受理结果，避免服务生在餐台间与服务台之间的往返， 在提高服务的受理的速度的同时也提高了客户的满意度，近年来得到了广泛的应 用。、 概括地讲，无线点菜系统是为满足餐饮系统的点餐业务接口而量身定制的一 套软硬件系统。无线点菜系统的硬件包括p c 机、无线基站和无线终端，为无线 点餐业务提供最基本的设备支持：软件分为上位机软件、基站程序以及终端程序， ，它们分别运行于上述硬件之上，充分利用设备的性能指导点餐业务的具体实施和 。实现。 无线点菜系统以基站为中心，数十台终端通过无线使用同一个频段与这台基 站通信。终端受理的客户要求，先经由无线到达基站，再通过串口上达p c 机； 而业务受理的结果，则以相反的路径回送到终端。如何有效地设计硬件和软件， 为上述信息交互的每个环节提供必要的支持，是本论文的要点和重点。 本论文使用m s p 4 3 0 f i2 3 单片机作为基站的控制芯片，以t l 低功耗无线收 发器c c l1 0 0 作为无线通信模块，使用通用的r s 2 3 2 或r s 4 8 5 标准实现基站与 p c 机之间的串口互联；同时，本论文也为数据的传输制定了相关的通信协议， 并以轮询策略实现多终端对无线信道的复用，结合软件的编写，成功完成了无线 点菜系统的设计与实现。 关键词：无线点菜系统，无线通信，基站，手持终端，通信协议，串e l a b s t r a c t a sas u b s y s t e mo ft h ec a t e r i n gi n d u s t r y , t h ew i r e l e s sd i s ho r d e r i n gs y s t e mi s d e s i g n e dt or e d u c et h el a b o rf o r c ec o s ta n di m p r o v et h eq u a l i t ya n de f f i ci e n c yo ft h e s e r v i c e w o r k i n gw i t ht h i ss y s t e m ，t h ew a i t e rc a nu s eap a l m h a n d l e dt e r m i n a lt o a c c e p tt h ec o n s u m e r s o r d e r si n s t e a do fr e c o r d i n gt h e mo np a p e r t h et e r m i n a lt h e n t r a n s m i t st h e s eo r d e r st ot h es e r v i c ec e n t e rq u i c k l yv i ae l e c t r o m a g n e t i cw a v ea n d t h e p r o c e s s i n gr e s u l tr e t u r n e ds o o n t h ew a i t e r sd o n tn e e dt og oa n db a c kb e t w e e nt h e s e r v i c ed e s ka n dt h ed i n i n gd e s k sa n dt h e g u e s t s r e q u e s t sa r es u b m i t t e dw i t h o u td e l a y s a t i s f a c t i o no ft h eg u e s t si si m p r o v e da sw e l la st h ew a i t e r s w o r k i n ge f f i c i e n c y r e s u m p t i v e l y , t h ew i r e l e s sd i s ho r d e r i n gs y s t e mi st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e b e i n gd e s i g n e ds p e c i a l l yf o rt h ec a t e r i n gi n d u s t r y t h eh a r d w a r e ，i n c l u d i n gac o m p u t e r , aw i r e l e s sb a s es t a t i o na n dan u m b e ro fw i r e l e s st e r m i n a l s o f f e r st h eb a s i cp l a t f o n n f o rt h es y s t e m t h es o f t w a r e ，w h i c hc o v e r st h em a n a g e m e n tt o l l r u n n i n go np c t h e p r o g r a mc o n t r o l l i n gt h es t a t i o n ，a n dt h ec o d e so p e r a t i n gt h ew i r e l e s st e r m i n a l ，g u i d e s h a r d w a r et or e a l i z et h ew i r e l e s sd i s ho r d e r i n gs y s t e m sf u n c t i o n s t h es i n g l es t a t i o ni st h ec e n t e ro ft h ew i r e l e s sd i s ho r d e r i n gs y s t e m s e v e r a l t e r m i n a l sc o m m u n i c a t ew i t hi tu s i n gas a m ef r e q u e n c y t h et e r m i n a l sa c c e p tr e q u e s t s a n dt r a n s m i tt h e mt ot h es t a t i o nw i r e l e s s l y t h ei n f o r m a t i o ni sc a r r i e dt ot h ec o m p u t e r a c r o s st h es e r i a li n t e r f a c ef r o mt h es t a t i o na n dp r o c e s s e dt h e r e t h er e s u l t sa r e r e t u r n e dt ot h et e r m i n a l sb yt h er e v e r s ew a y o u rr e s e a r c hf o c u s e so nh o wt od e s i g n t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r et os u p p o r te a c hs t e po ft h ei n f o r m a t i o n t r a n s m i t t i n gc o u r s e w eu s em s p 4 3 0 f12 3 ( m c u ) t oc o n t r o lt h es t a t i o n ，w i r e l e s sm o d u l er f c ci10 0a sw i r e l e s ss i g n a lt r a n s c e i v e r w el i n kt h es t a t i o na n dp cw i t hs e r i a li n t e r f a c e s u p p o r t i n gr s - 2 3 2a n dr s - 4 8 5 w ea l s oc o n s t i t u t et h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sa n d c o n f i r mt h ep o l ls t r a t e g yt ob et h em e t h o dt oa c h i e v ei t t h es o f t w a r er e a l i z e st h o s e p r o t o c o l sa n ds t r a t e g y , a n du s e dt h e mt og u i d et h eh a r d w a r eh o wt ow o r k b o t ht h e h a r d w a r ea n dt h es o f t w a r er u nw e l la n dt h ew h o l es y s t e mc a np e r f o r ma l l t h e f u n c t i o n st h a tr e q u i r e d t h ed e s i g no ft h ed i s ho r d e r i n gs y s t e mi ss u c c e s s f u l k e yw o r d s ：w i r e l e s sd i s ho r d e r i n gs y s t e m ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，b a s e s t a t i o n ， p a l m h a n d l e dt e r m i n a l ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s ，s e r i a li n t e r f a c e 独创性声明 本成声啦厮里交的；学位论文是本人在导师指导下进往酶瞬宽卫倍稽取得盼 研究埔葛罄，陈了文书特嬲翱激标注和致谢之处外，论文中硒包墙冀俺撬思垄叠筏表 或撰写猫蜜晚研究飙，也硒镪禽为获得苤鲞盘堂或其链教育橇构鹅粤羚篷壤蕊书 而使露遨翰瓣耩。鸟我_ 隐互俸的同志对本研究所做的侄僻贡献熄盛奁谧文书傅 了昵确熊涟瞬并褒示了谢意。 学位论文作老签名奢韩禧 签字日期： 刎矿年，丹牛隧 学位谂文版权使用授权警 本学位论文倦者完奎了解墨垄盘堂有关保留、使蹯孥位做眨规寇。椽授 权墨鲞盘茎可哄将学位谂文隗垒部或部分内容编入有关数据摩遴衙橙素，薷采 用影曝- 缩印或招摇等复 | ；醛手露保存、汇编以供查阅和倦阕。瞬意学橇隗露家密 关韶门藏枧构遴交讼文施复鼯僻稀磁盘。 ( 保密镌拳健谵文在解密质适用本授权说明) 学位谗文僚煮签墨 稀禧 签字爵期t 剐哪年犀垆匿 新毖嬲 签字目勰：哂f 年力胯产爵 第一章绪论 1 1 项目背景 第一章绪论 中国是举世闻名的美食大国，拥有五千年的饮食文化和巨大的餐饮市场，因 而中国的餐饮业也是一个具有悠久历史和深厚文化积淀的行业，随着人民生活水 平和生活方式的转变，餐饮业成了一个巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业 之一。然而在现代科学技术与社会经济高速发展的今天，餐饮业却依然采用传统 的运作管理模式，随着消费业务量的不断增大，餐饮业不得不增加人员，靠大量 的人工处理顾客的预订、查询、点菜，来回奔跑于厨房下单、催菜，而厨师却还 是常因看不清楚服务员的字迹而苦恼这样的管理手段显然已不能适应企业 的发展，迫切需要一个高效率的管理方式来引导餐饮行业的发展。因此，餐饮业 不仅面临着巨大的发展机遇，也面临着前所未有的挑战和考验。 现在的餐饮市场竞争激烈，大家争先恐后的上规模、上档次、比菜品、比服 务、拼价格，但是却缺乏对市场的应变能力和灵敏的信息工具，在现今网络经济 的时代，许多餐饮企业还处在手工及半手工状态，并没有真正通过现代科技来实 现改造流程、强化管理、降低成本、堵漏节流等。近几年来开始，人们已经意识 到这一点，提高餐饮企业核心竞争力的管理信息工具越来越受到餐饮业的重视。 要运用先进的科技来改善作业流程、加强服务管理、更新决策手段，以提高生产 力、提升服务品质。餐饮业竞争的本质就是质量和服务的竞争，如何提高本企业 的服务质量和管理水平是广大餐饮经营者绞尽脑汁的问题。先进的设备虽然不能 直接改善菜品的质量，但是却可以提高服务的质量，减少无效劳动，进而创立新 的服务模式，形成全新的服务品牌，同时各种经营信息的全面计算机化也有助于 管理水平的提高和高层决策的规范化和科学化。在这样的一种背景之下，本项目 应运而生。 1 2 项目组成 整个项目即整个餐饮管理系统正是在这样一种需求下产生的。设计目的是： 以酒店餐饮日常业务处理为基础，以客户为中心，结合点菜机技术、电子技术、 软件技术和无线网络技术，吸收客户关系管理( c r m ) ，企业资源计划( e r p ) 第一章绪论 等先进的管理理念，设计出一整套适合大中型餐饮企业、连锁制餐饮企业和分店 制餐饮企业的全新无线及计算机网络系统，为加强财务管理、提高运营水平、建 立高效率供销链、减少库存、提高生产效率、降低成本、提高客户服务水平等提 供强有力的工具，同时为经营决策提供科学的依据。 整个项目由两组人员合作完成。甲方是项目的出资方，负责p c 机上数据库 管理软件和前后台管理软件的设计；乙方负责实现无线系统基站和终端的全部软 硬件研究、无线系统通信协议的制定、p c 机无线管理软件的设计以及与甲方软 件的无缝接口程序的制定，主要由本人和项目组的另外一位同学一起完成。本人 主要完成无线系统基站的全部软硬件设计、p c 机无线管理软件及与甲方软件接 口程序的编写。另一位同学负责终端部分和无线模块工作研究，二人共同制定合 理有效的通信协议。本论文主要讲解的是乙方负责的部分，下文所述“项目”均 指此部分内容，而其中又主要以介绍本人的工作为主。 1 3 无线局域网及s i m 频段概述 如前所述，这是一个靠无线通信而运作的系统，即建立在无线通信的基础之 上，因而，有必要对无线的知识有一定的了解，包括无线局域网的概念、使用的 频段、应用情况等等。下面将进行一个简单的概述。 无线局域网是无线通信技术与网络技术相结合的产物。从专业角度讲，无线 局域网就是指以无线电波、激光、红外线等无线媒介来代替有线局域网中的部分 或全部传输媒介而构成的网络，通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实 现通信的移动化、个性化和宽带化。通俗地讲，无线局域网就是在不采用网线的 情况下，提供以太网互联功能。它不仅可以作为有线数据通信的补充和延伸，甚 至还可以与有线网络环境互为备份。 无线局域网一般选择所谓的i s m 频段( i n d u s t r i a l ，s c i e n t i f i c ，a n dm e d i c a l ) ， 是国际上统一分配给工业、科研和医学使用的电磁波频率范围。许多国家的无线 管理机构分别设置了各自的i s m 频段。如果发射功率及带外辐射满足相应范围 委员会的要求( 一般低于1 w ) ，并且不对其它频段造成干扰，则无需向有关机 构提出专门的申请即可使用这些i s m 频段。i s m 频段在各国的规定并不统一， 欧美日等国家的无线管理机构分别设置了各自的i s m 频段。例如美国的i s m 频 段由9 0 2 m h z 9 2 8 m h z ，2 4 2 4 8 4 g h z ，5 7 2 5 5 8 5 0 g h z 三个频段组成，而在欧 洲9 0 0 m h z 的频段则有部分用于g s m 通信，等等。2 4 g h z 为各国共同的i s m 频段。因此无线局域网、蓝牙、z i g b e e 等无线网络，均可工作在2 4 g h z 频段上。 更多的i s m 频率还有315 m h z 、4 3 3 m h z 、8 6 8 m h z 、9 15 m h z 、2 4 5 g h z 、5 8 g h z 2 第一章绪论 和2 4 1 2 5 g h z 。这种情况下使得无线局域网的研究、应用更灵活、多样，发展也 更加迅速。 1 4 无线点菜系统概述 随着科学技术的飞速发展，通信领域的先进技术也不断深入到人们的日常生 活之中。以无线通信为代表的先进技术不断得到广泛的应用。无线遥控、无线数 据传输、无线报警、家庭自动化等，各类应用不断出现，越来越贴近我们的生活， 同时也为我们的生活带来了各种便利。本项目所要研发的是一个i s m 频段微功 率简易无线局域网系统。i s m 频段是国际上( 我国亦然) 专门为工业、科学和 医学应用而划定的频段，范围为4 0 2 m 至9 1 5 m h z 。工作在该频段的无线收发设 备当其发射功率少于数十d b m ，即属于微功率设备或s r d ( s h o r tr a n g ed e v i c e ) ， 此时不需要向国家有关部门申请即可自由使用。所谓“简易无线局域网”，指的 是该局域网只有一台由p c 控制的基站和数十台手持终端。终端只和基站通信， 各终端之间不发生关系，实质上是一个“一点对多点”的通信系统。因此该网的 通信协议也就变得相对简单，可自行规定，而没有必要去遵循国际或国内规定的 无线局域网相关标准。该系统主要应用于小范围( 如一幢楼) 的无线数据传输或 局域管理，灵活、便捷、成本低廉、易操作维护。 本课题采用4 3 3 m h zi s m 频段。基站采用t im s p 4 3 0 fi2 3 微控制器，通过 r s 2 3 2 或r s 4 8 5 与一台p c 相连；终端采用m s p 4 3 0 f 1 4 9 微控制器。基站和 终端均采用c c l1 0 0r f 收发模块通信，终端和基站软件包括无线局域网控制、 无线收发、键盘输入、用户界面及数据库等。本系统可应用于饭店点菜管理系统 等场合。 1 4 1 系统使用 无线点菜系统采用目前先进的掌上电脑( 或p d a 个人数字助理) 和无线局 域网( w l a n ) 技术，通过无线网实现与计算机管理系统进行无线数椐交换，做 到从点菜、操作问配菜、加菜、退菜、催菜、换菜到顾客结帐的全过程自动化， 不但极大地提高了点菜与结帐的效率，还可详尽地统计出菜式消费情况、营业收 入情况、员工考核情况等重要的企业运营数椐并生成报表，从根本上解决了餐饮 业的现金管理问题、帐务错漏问题、退改菜处理问题、结帐优惠问题等。系统的 多级管理权限同时也解决了经营数据保密问题。该系统可使经营者从烦琐的杂务 中解脱出来，集中精力去制定经营发展决策，从而使企业获得更好的经济效益和 竞争力。该系统的应用，无疑将提升企业的服务质量和品牌优势。 第一章绪论 1 4 2 系统特点 无线点菜系统的使用极其简单，服务员手持手掌大小的掌上终端来到客人台 前或客人包房内，在终端上做按键选择操作，即可通过代码输入、分类选择、关 健字查找、自定义输入等方式快捷地将客人所需要的相关菜谱或要求显示出来， 顾客选定后掌上电脑即生成菜单并算出消费金额，客人确认后点菜操作即完成。 此时，服务员只需点击一下终端的发送键，客人的菜便即时地被传送到计算机上 的管理系统中，计算机上的程序给出指令给设在厨房等处的打印机使其打印出相 应的菜单，厨师按单做菜，收银台也打印出一张同样的菜单，以备客人查询以及 作结帐凭椐，真正做到使客人明明白白消费。与此同时，无线管理软件也会给发 送的终端以回复，告知通信成功、返回相关信息或者通信失败等。 本系统的最大特点是快速便捷，比传统的手工点菜及结帐方式快5 到10 倍 以上。各岗位员工可快速通过无线网络得到数据作出即时反应；系统的另一特点 是安全准确。事实上，各掌上终端发送菜单后即与管理系统的数据是并存的，任 何一方私自修改数椐必暴露无遗，这种系统双重数据保存模式，有效地防止错漏 及作弊事件的发生。如果对该系统特点进行全面系统的概括，那么可有如下几方 面： 便捷性：服务员点菜操作简单、快捷，实现了服务员站在客人面前就能 实现点菜、出品、结帐一条龙服务的梦想，而各部门员工即时通过计算 机网络得到指令作出相应的服务；经营管理人员从宏观上监控经营情 况。 可靠性：系统提供无线数据传输方式，良好的无线模块的性能和良好的 通信协议的制定，最大限度保障系统的可靠性。 智能化：系统简单、直观、友好的界面，使经营管理信息化、智能化。 扩展性：系统设计采用无线接入，其用于点菜的终端可在理论范围允许 的情况下随意增减，做到拿起即用。通过计算机网络使系统能与其它系 统或软件方便对接，与它们共同服务于管理、决策( 如：对财务系统提 供数据) 等；扩展方式灵活多样，可根据用户需求作出相应的调整，规 模可大可小，只需把新配的设备直接连入系统就可使用；系统各部分采 用“积木式”设计，可根据实际需要灵活调整、配置。 安全性：系统各工作站都设置权限密码，不能进行高于自己权限的操作， 从而保证数据的保密性和安全性，预防由于意外情况引起的信息丢失或 更改，保证系统的正常运行。 4 第一章绪论 1 5 本论文的任务 整个课题要解决的主要问题包括有两大部分：基站和手持终端的硬件设计， 其中包括微控制器的选取、无线收发模块的选取、r s 2 3 2 r s 4 8 5 电平转换芯片 的选取、电源电路、f l a s h 存储器、r f i d 模块、彩屏显示模块、键盘输入等；基 站和手持终端的软件设计，包括无线通信模块的基本配置、无线通信协议的实现、 p c 端接口及驱动程序的设计实现、终端f l a s h 存储器的组织、终端部分显示控制 实现、终端部分键盘输入功能实现、终端部分r f i d 模块的控制等等。 本人负责的是基站和p c 管理方面的全部软件和硬件的研究工作，以及基站 和终端之间的无线通信协议的实现。基站方根据功能的需求选择微控制器、无线 收发模块、r s 2 3 2 r s 4 8 5 电平转换芯片等硬件芯片进行硬件设计，在此基础上 使用c 语言完成微控制器上的软件，有：微控制器工作状态的设置、无线通信 模块的基本配置、无线通信协议实现的基本操作等等。有了基站的硬件就可以在 p c 端完成驱动程序，即无线管理软件，包含基站从上位机的下载功能，上位机 对无线网络的测试功能，上位机对网络状态的实时监控功能，上位机随时处理终 端发送到基站的各种信息的功能，管理软件与数据库软件的接口程序，等等。这 一部分采用d e l p h i 语言来编写。从而搭建起“数据库管理软件一无线管理软件 ( 驱动程序) 基站终端”的通信通道。 软件设计是整个系统设计的关键，是整个系统数十台终端和基站有条不紊的 工作的根本，其中最重要的是基站的通信软件管理和双方的无线收发软件，需精 心设计、反复调试，并在实际运行中不断找出问题，进行改进。 第二章系统整体构架 第二章系统整体构架 随着科学技术的飞速发展，通信领域的先进技术也不断深入到人们的日常生 活之中。无线通信因其使用的灵活性和移动性、安装便捷、易于进行网络规划和 调整、故障定位容易、易于扩展等优点而不断得到广泛的应用。 本项目就是基于无线通信的一个应用实例，所要研发的是一个i s m 频段微 功率简易无线局域网系统。网络中有一台由p c 控制的基站和数十台手持终端， 终端只和基站通信，各终端之间不发生关系，实质上是一个“一点对多点”的通 信系统。这种结构使得该网的通信协议也就变得相对简单，可自行规定，而没有 必要去遵循国际或国内规定的无线局域网相关标准。该系统主要应用于小范围 ( 半径百米左右) 的无线数据传输，餐饮业无线点菜管理系统是本项目最早的针 对的研究领域，也是这一项目的典型应用领域，除此以外，仓储管理系统、物资 管理系统、采购管理系统、销售管理系统、图书管理系统等等也可以使用该网络 进行管理。 2 1 系统指标 1 无线通信：使用频段4 2 9 0 0 1 2 - 4 3 3 6 0 9 2 m h z ，发射功率8 0 m w ( 1 9 d b m ) ； 2 传输距离：开阔地1 0 0 0 米，室内数十米； 3 无线发送模块：超低功耗无线收发模块c c l1 0 0 ； 4 通信可靠性：8 信道，9 6 0 0 b p s ，1 6 位c r c 校验； 5 接收灵敏度：1 1 0 d b m ； 6 系统容量：从理论上讲，单一基站可以带2 5 4 台终端；从实际应用上来讲 单一基站带4 0 台以内终端为宜； 7 基站微控制器片：m s p 4 3 0 f 12 3 ，8 k + 2 5 6 bf l a s h ，2 5 6 br a m ； 8 终端存储器容量：4 m bf l a s h ，微控制器片内6 4 k + 2 5 6 bf l a s h ，2 k bra l 、，i ； 9 终端彩色显示屏：1 7 6 x 2 2 0 像素，6 5 万色，11 行每行1 3 汉字； 1 0 基站电源：6 v4 5 0 m a 直流电源； 1 1 终端电源：5 5 0 m a 、3 7 v 锂电池，待机关屏耗电 o 3 5 m a ，待机开屏耗电 4 m a ， 发射耗电 2 0 0 m a ，背光开耗电 c l i e n t ：一般来讲，发起事务的装置，这里手持无线终端充当c l i e n t 。 s e r v e r ：一般来讲，处理事务的装置，这里p c 充当s e r v e r 。 一般而言，c l i e n t 总是事务的发起者，如点菜、定餐台、查询等等，但某些 事务却由s e r v e r 发起，如测试终端、无线下载等等。 第二章系统整体构架 通信协议：即p c 端“无线通信管理软件”( w x e x e ) 与终端“应用程序”间 进行业务往来的通信规范，制定诸如“点菜”，“短信”一类业务的通信规则 以及发送数据的格式，通信协议保证事务请求和事务回应能够正确处理。 逻辑信道：完成s e r v e r 与c l i e n t 之间数据的传送，这里的逻辑信道由图中 “o ”( 单线双箭头) 串起的硬件和软件组成。 逻辑信道只传送数据，除了传输所需要的必要的打包和校验以外，不对数据 进行任何处理，也不理解所传数据的意义，它只保证数据流正确无误地从发送端 传到接收端。数据的实际意义由通信协议所解释。在发送端，程序根据协议将数 据组装成预订的格式，在接收端，再由程序根据协议规范将数据还原为此方系统 所能识别的格式。 2 3 2 无线管理软件主动发起的事件处理 当通信事件是由无线管理软件w x e x e 主动发起时，如果需要使用到数据库 中的数据，那么w x e x e 先向数据库管理软件发送类型为d c jd o w n 的消息，要 求对方给准备相应的数据，准备完毕之后，数据库管理软件向w x e x e 发送类型 为c xd o w n 的消息告知所需要的信息准备完毕。然后，w x e x e 按照通信协议 对信息格式的要求将信息在p c 上组织起来，经由p c 串口和基站串口传送到基 站的信息缓存区域，当缓存己满或此次信息结束时，基站调用无线通信模块将该 信息发送出去。 终端的无线模块接收到此信息后，也要将其缓存，并通过寄存器置位来通知 终端的应用程序，应用程序根据信息类型进行识别，根据需要或将信息存储，或 给以回复信息。若有回复，信息经相同的流程返回基站，基站通过串口转发给 p c ，w x e x e 识别信息内容进行动作或信息记录。 2 3 3 终端主动发起的事件处理 在无线管理软件w x e x e 不向终端主动发起事件的其它时间里，它会向各终 端轮流发送询问并等待一段时间，询问终端是否有信息发送，如果没有，在这段 时间结束之后就会询问下一台终端；如果有，就和这台终端建立起通信，并停止 向下面终端的询问。 在通信建立起来以后，基站接收终端发来的数据( 无线发送数据过程和2 3 2 中描述的类似，不再赘述) 并传输给p c 进行处理，p c 处理之后需要把这些信 息交给数据库管理软件进行数据库更新。这里的接口程序没有采用传统的d l l 动态联接库方式，而是采用了最近几年在程控交换机计费系统常用的文本文件交 换方式。这要求w x e x e 必须首先识别信息或请求的类型，根据类型选择将信息 第二章系统整体构架 写入不同的文件，并保证该类信息的文件格式，如由w x e x e 直接登录传送到数 据库管理软件的文件为：d l t x t ，数据文件为：t 7 t x t ( ? = l ，2 ，3 ，8 ) 等等。写入之后，w x e x e 会发送给数据库管理软件一个与所写文件类型相对应 的消息，并进入等待数据库管理软件回复的阶段。 此后，数据库管理软件进行相应的数据库操作，然后返回提示信息到配套的 的文本文件中。如由数据库管理软件传送到w x e x e 的内容文件为d x t x t ，数 据文件为：r 7 t x t ( ? = 1 ，2 ，3 ，8 ) 等等。在w x e x e 接到消息后，根据消 息类型读取对应的文件，组织信息并传送到终端。这一传送过程，与2 3 2 中的 传送是一致的。 传送完毕后，此次通信事件全部结束。然后w x e x e 恢复到轮流发送询问的 状态。 由上面的叙述可以看出，整个系统需要一个完整功能的硬件平台、通信协议 和软件实现，接下来的章节会对这些方面的内容一一介绍，并以p c 和基站的软 件编写部分为重点。 第三章系统硬件设计 第三章系统硬件设计 除p c 资源可以直接利用以外，基站和终端所需要的硬件都必须根据系统和 软件的要求自行设计。基站方面，首先需要一个核心的处理器，负责完成正常使 用时的全部功能；由于基站要与上位机( p c ) 进行通信所以需要有串口及与之 适应的电平转换芯片；基站要与终端进行无线通信，需要有无线收发器；基站不 止一个使用频率，故也要有硬件频率选择；另外还需要必要的电源转换、硬件测 试检测、串口协议选择等硬件电路的设计。终端方面，同样地，需要一个核心处 理芯片、无线收发器、电源管理、键盘、液晶显示器、r f i d 等等的硬件电路设 计。 3 1p c 和基站音b 分 无线管理系统和运作所需要的功能核心都集中在p c 上，显然，上位机程序 运行离不开p c 机上的绝大部分硬件、软件资源，因而，对于p c 上的处理器、 存储器、文件系统等等的利用此处不加赘述，而仅以p c 串口为中心进行p c 上 的硬件利用的介绍。谈到串口通信必然涉及两方面，即p c 串口和基站串口，以 及相互连接的问题，故而将所有有关串口的问题作为一个整体进行介绍。进一步 的，基站串口及其连接、使用，必然需要先了解基站的核川_ 礅控制器，故而， 这一部分的硬件介绍选择从基站的核心处理芯片开始。 3 1 1 微控制器m s p 4 3 0 f 1 2 3 1 3 j m s p 4 3 0 f 1 2 3 ( 2 8 p i n ) 是t i 生产的超低功耗微控制器，工作电压范围在 1 8 v 3 6 v ，具有5 种省电工作模式，6 u s 快速地从功耗唤醒。处理器内部工作 频率最高可达8 m h z ，具有片内d c o ，可通过寄存器配置分频来产生所需频率。 处理器最多能提供2 2 根通用i 0 接口。该芯片带有多种片上外设，包括片上的 1 6 b i tt i m e ra ( 带有比较捕获功能) ，w a t c h d o gt i m e r ( 看门狗定时器) ，可配置 成4 线同步s p i 接口或异步u a r t 接口。片上存储空间为8 k + 2 5 6 bf l a s h ，2 5 6 b r a m 。 处理器是基站的核心，工作时除了要对自身进行必要的寄存器配置之外，还 需要配置和使用无线模块实现无线数据传输，配置并使用u a r t 串口与p c 进行 第三章系统硬件设计 串口通信。无线模块的配置和使用可以用s p i 口进行，但是由于单片机只能取工 作在同步s p l 或异步u a r t 之一的状态，而u a r t 是不可用其他口替代的，所 以这里使用普通i o 接口模拟s p i 功能完成对无线部分的配置，不影响u a r t 的 正常使用。 p i nd e s i g n a t i o n m s p 4 3 0 x 12 x 丁e s t v c c p 2 5 r o s c v s s x o u t x l n r s t ，n i 调l p 2 o ，a e l k p 2 ，1 t l n c l k p 2 2 ，c a o u _ l 门a o p 3 0 i s t e 0 p 3 1 ，s l m 。 p 3 彩s o m i o p 3 搿u e l k o d 孵o rp w p a c k a g ( t o pv i e w ) 1o2 8 2z 7 32 6 42 5 52 4 6 2 3 7理 82 1 92 0 o1 9 1 11 8 1 21 7 1 31 6 1 41 5 图3 12 8 一p i nm s p 4 3 0 f 1 2 3 p 1 7 脱厅d o ，t d i p 6 厂t a 1 ，丁d i 丌c l k p 1 5 厂丁a o 厂m s p 4 1 s m c l k l 丌c k p 1 3 厂张崆 p 2 玎i a l p 1 1 玎a 0 p o ，1 i a c l k p 2 4 ，c a ，隈2 p 2 3 ，c a o n _ a 1 p 3 7 p 3 6 p 3 5 ，u r x d o p 3 4 ，u 丁x d o 在本设计方案中，基站使用的晶振为8 m h z 的。晶振连接在微控制器的x i n ( p i n 5 ) 和x o u t ( p i n 6 ) 之间。如图3 2 所示。采用高频8 m h z 的晶振，使系 统能够工作在较高的频率，各模块快速有效的工作，其他需要的频率均可由d c o 分频提供。 愿 氛翁戳3 游蕊 漱冀 图3 - 2 微控制器晶振连接 3 1 2 无线收发器c c l1 0 0 模块4 】 8 m h z c c l1 0 0 是t i 生产的超低功耗射频收发器，作为无线模块的核心芯片，其性 能十分优越： 工作在3 1 5 4 3 3 8 6 8 9 1 5 m h z 的i s m 频段，可配置的收发频率，灵活自如， 1 3 h d 第三章系统硬件设计 无需为所使用的频率资源付费； 夺具有功能强大的基带调制器，能支持多种调制方式和可配置的数据传输速 率。可支持的调制方式包括：2 - g f s k 、2 - f s k 、a s k o o k 、m s k ，最大数 据传输速率为5 0 0 k b p s ； 令最多2 5 6 个信道，信道间隔可以软件设置。c c l l o o 可通过s m a r t r fs t u d i o 软 件配置，从h t t p ：w w w c h i p c o n c o m 上可下载到。强烈推荐使用s m a r t r f s t u d i o 软件用以得到最优寄存器设定、评测性能及功能； 夺提供6 4b y t e sf i f o 收发缓冲，硬件支持数据的打包处理、批量传送，同时 还提供空闲信道指示、链路质量指示、接收信号强度指示、导言信号强度和 无线唤醒功能； 夺可配置多种数据包格式，并提供c r c 校验，硬件白化和f e c 前向纠错功能； 夺可通过4 线s p i 接口对其进行配置和控制，也可以通过通用i o 口模拟s p i 接口对其进行配置和控制； 夺除了以上4 线能够对该芯片进行各种工作状态有关的配置，芯片还提供两个 单独的管脚，这两个管脚能够在不同的配置下向处理器提供中断或待查询的 信号； 夺c c l1 0 0 本身能够设置8 种功率输出，从5 2 d b m 到+ 1 0 d b m 。系统中使用的 无线传输模块在c c l l 0 0 的前端添加了功率放大器，c c i1 0 0 本身的最大输出 功率1 0 m w ( 1 0 d b m ) ，可以使通信距离达到视距2 0 0 米，经过功放处理之 后能够达到8 0 m w ( 1 9 d b m ) 左右，可达到的通信距离为室外( 视距) 1 0 0 0 米，室内数十米，能够满足小范围复杂环境数据传输的要求。 i 嚣 皇 童 量 麓 琶 苎 哑r 卫 言冒 图3 3c c i1 0 0 典型应用和赋值电路( 不包括供应退耦电容) 1 4 第三章系统硬件设计 3 1 3p c 和基站串口 3 1 3 1 串口、串口通信及串口协议 串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。大多数计算机包含两个基于 r s 2 3 2 的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议，很多g p i b 兼容的 设备也带有r s 2 3 2 口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数 据。 串1 3 通信的概念非常简单，按位( b i t ) 发送和接收字节。尽管比按字节( b y t e ) 的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数 据。既简单又能够实现远距离通信。比如i e e e 4 8 8 定义并行通行状态时，规定 设备线通常不得超过2 0 米，并且任意两个设备间的长度不得超过2 米；而对于 串口而言，长度可达1 2 0 0 米。 所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、 传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信 双方必须共同遵守。r s 2 3 2 、r s 4 2 2 、r s 4 8 5 等都是串口通信协议。 3 1 3 2 串口物理接口标准 串行通信接口的基本任务是： l 实现数据格式化：因为来自c p u 的是普通的并行数据，所以，接口电路 应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下，接口 自动生成起止式的帧数据格式。 2 进行串一并转换：串行传送，数据是一位一位串行传送的，而计算机处 理数据是并行数据。所以当数据在计算机和数据发送器之间传送时，就需要有串 行数据转换为并行数据，或并行数据转换成串行数据。因此串并转换是串行接口 电路的重要任务。 3 控制数据传输速率：串行通信接口电路应具有对数据传输速率波特 率进行选择和控制的能力。包括硬件控制和软件控制。 4 进行错误检测：在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验 位或其他校验码。在接收时，接口电路检查这些校验码，确定是否发生传送错误。 5 进行t t l 与e i a 电平转换：c p u 和终端均采用t t l 电平及正逻辑，它 们与e i a 采用的电平及负逻辑不兼容，需在接口电路中进行转换。 6 提供特定接口标准所要求的信号线：远距离通信采用m o d e m 时，需要 9 根信号线；近距离零m o d e m 方式，只需要3 根信号线。这些信号线由接口电 路提供，以便与m o d e m 或终端进行联络与控制。 第三章系统硬件设计 串行通信接口电路的组成： 为了完成上述串行接口的任务，串行通信接口电路一般由可编程的串行接口 芯片、波特率发生器、e i a 与t t l 电平转换器以及地址译码电路组成。其中， 串行接口芯片，随着大规模继承电路技术的发展，通用的同步和异步通信接口芯 片种类越来越多，提供了丰富和便利的选择。它们的基本功能是类似的，都能实 现上面提出的串行通信接口基本任务的大部分工作，且都是可编程的。采用这些 芯片作为串行通信接口电路的核心芯片，会使电路结构比较简单。 为使计算机、电话以及其他通信设备互相沟通，现在，已经对串行通信建立 了几个一致的概念和标准，这些概念和标准属于三个方面：传输率( 或波特率) 、 电特性、信号名称和接口标准。 l 传输率 所谓传输率也称波特率，是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的 b i t 的个数。国际上规定了一个标准波特率系列，亦为最常用的波特率，为1 1 0 、 3 0 0 、6 0 0 、1 2 0 0 、4 8 0 0 、9 6 0 0 和l9 2 0 0 b p s 。大多数c r t 终端都能够按l10 到9 6 0 0 范围中的任何一种波特率工作。大多数接口的接收波特率和发送波特率可以分别 设置，而且，可以通过编程来指定。波特率和距离成反比。高波特率常常用于放 置的很近的仪器间的通信。 2 电特性、信号名称和接口标准 r s 2 3 2 、r s 4 2 2 与r s 4 8 5 都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协 会( e i a ) 制订并发布的，以保证不同厂家产品之间的兼容。作为工业标准，它 们都只是对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础 上用户可以建立自己的高层通信协议。 1 ) r s 2 3 2 标准( e i a 2 3 2 标准) ：目前r s 2 3 2 是p c 机与通信工业中应用 最广泛的一种串行接口。r s 2 3 2 被定义为一种在低速率串行通讯中增加 通讯距离的单端标准。r s 2 3 2 c 标准对两个方面作了规定，即信号电平 标准和控制信号线的定义。r s 2 3 2 一c 采用负逻辑电平，在发送数据时， 发送端驱动器“0 ”在+ 5 + 1 5 v ，“l ”在5 1 5 v 电平。当无数据传输 时，线上为t t l ，从开始传送数据到结束，线上电平从t t l 电平到r s 2 3 2 电平再返回t t l 电平。接收器典型的工作电平在+ 3 + 1 2 v 与- 3 1 2 v 。 由于发送电平与接收电平的差仅为2 v 至3 v 左