基于ZigBee技术的无线点菜器研究

2022-09-11

智能自动无线点菜器是通过对数家餐饮企业实地调查拜访, 并对顾客的具体要求进行分析, 为当今大、中、小型企业实现信息一体化而设计的有效的具体解决方案。基于ZigBee技术的无线点菜器, 主要采用德州仪器公司的MSP430F435单片机来作为MCU, 使用Chipcon公司的CC1100无线射频收发芯片完成RF收发功能.

1 ZigBee技术

1.1 ZigBee技术架构

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗、低成本、低复杂度的近程无线网络通信技术无线网络技术, 它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案, 主要用于近距离无线连接。

1.2 ZIGBEE协议

ZigBee协议由物理层 (PHY) 、介质访问控制层 (M A C) 、网络层 (N W K) , 应用层 (APL) 及安全服务提供层 (SSP) 五块内容组成。其中PHY层和MAC层标准由IEEE给出的802.15.4标准定义, MAC层之上的NWK层, APL层及SSP层, 由ZigBee联盟给出的ZigBee定义。其中, 应用层包含应用支持子层 (Application Support Sublayer, APS) 、应用架构 (Application Famework, AF) , ZigBee设备对象 (ZigBee Device Objects, ZDO) 和ZDO管理平台组成。

2 CC1100特性

其主要优点:低工作电压为1.8V~3.6V, 工作频率为300MHz~348MHz、400MHz~464MHz、800MHz~928MHz, 而调制方式为GFSK/2-FSK/MSK/OOK可选, 通信模式为双向半双工通信, 其通讯波特率为1.2Kbps~500Kbps, 发射功率与接收灵敏度均为<-110dBm (可配置) ;ISM频段工作频率, 无需申请频点:载频频率430MHz~438MHz;高抗干扰能力和低误码率;透明的数据传输;

3 总体设计方案

根据系统需求的分析, 该系统包括:手持点菜终端模块、总台信息处理器模块、厨房应答终端模块、以及通信过程中的通信模块组成, 流程为图1所示。

(1) 手持点菜终端模块:主要完成信息的输入和发送。 (2) 总台信息处理器模块:对终端输入的信息进行存储和分析, 其中没有材料的菜品发送反馈信息给终端, 终端就已输入菜品进行更改, 确定后发送主机处理, 完成后主机把信息发送在厨房液晶显示屏上。 (3) 厨房应答终端模块:厨房根据液晶显示屏信息上对菜品的状态进行设置, 菜品烹饪完毕后设置完成状态, 通过声音提示服务生传菜。 (4) 通信模块:主要负责完成流程中节点间信息的无线通信。

4 硬件设计

无线点菜器其硬件包括:手持点菜终端, 无线传输单元, 总台信息处理器, 厨房显示单元。其中处理单元重要是对输入信息的处理和存储;无线传输单元完成节点间信息的传输;总台信息处理器完成顾客的菜品信息分析, 存储和完成结帐功能厨房显示根据显示屏上的信息进行相应操作图2所示。

(1) 手持点菜终端, 本设计中处理单元也就是终端部分采用的是T I公司的SP430F435, 无线传输单元通过低功耗的无线收发模块C1100, 信息处理单元通过一主机来完成, 厨房显示中利用一个L E D。MSP430F435主要特点就是可以通过超低功耗实现节能, 工作电压范围是1.8V~3.6V, 有五种省电模式, 6μs内从待机模式唤醒.

图2手持点菜终端中, 计MSP430F435SPI接口连接无线收发模块CC1100, UART接口连接串口通信单元。

(2) 无线传输单元, 无线传输单元选用无线通讯模块CC1100, 具有通讯距离远、低功耗、接口灵活等优点, 采用单片射频集成电路及单片机MSP430F435的无线模块, 外围电路小, 具有CC1100特性外其通信距离 (视距) 大于50m, 工作电压为+3.0V。CC1100与单片机MSP430F435采用了SPI接口连接, SPI接口技术是一种高速、效率的串行接口技术, 主要用于扩展外设和迸行数据交换。

5 软件设计

ZigBee协议栈实现主要实现物理层PHY层、MAC层、NWK层、APL层、APL层的代码的编写, 由于篇幅原因, 不一一列出。

6 实验结果与优势

实际测试实验结果:当室外进行通信时, 无障碍物时两点之间有效通信距离为50m左右;室内通信有墙阻隔, 传输15m左右的距离, 通信很稳定。完全能满足室内餐饮中点菜需求, 当用路由转发时, 若传输距离增加, 性能不是很稳定, 需要改进。本系统有二大优势:一是功耗小, 两节5号电池可以维持系统工作6个月以上;二是系统所用的器件价格低廉。上述优势使本系统在同类产品中具有很强的竞争优势。

摘要：介绍了一种用于餐饮中的智能自动无线点菜器的具体实现方案, 主要由手持点菜终端、总台信息处理器、厨房应答终端构成。

关键词：无线点菜器,无线通信,ZigBee,CC1100,MSP430F435,智能自动化管理