智能超市系統(tǒng)-電子系統(tǒng)課設(shè)任務(wù)書

1、第一章 緒論1.1無線網(wǎng)絡(luò)的研究背景無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是典型的具有交叉學(xué)科性質(zhì)的軍民兩用的高科技技術(shù)，可以廣范應(yīng)用于軍事，國家安全，交通管理，災(zāi)害預(yù)測，醫(yī)療衛(wèi)生，制造業(yè)和城市信息化建設(shè)等領(lǐng)域。無線傳感網(wǎng)絡(luò)由許許多多功能相同或不同的的無線傳感節(jié)點組成，每一個傳感節(jié)點又由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器,A/D轉(zhuǎn)換器），數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器，存儲器），通信模塊（無線收發(fā)器）和供電模塊（電池，DC/AC能量轉(zhuǎn)換器）等組成，近期微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的發(fā)展為傳感器的微型化提供可能，微處理技術(shù)的發(fā)展促進了傳感器的智能化，通過MEMS技術(shù)和射頻（RF）通信技術(shù)的融合促進了無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的誕生。傳統(tǒng)的傳感

2、器正逐步實現(xiàn)微型化，智能化，信息化，網(wǎng)絡(luò)化，正經(jīng)歷著一個從傳統(tǒng)傳感器到智能傳感器再到嵌入式web的內(nèi)涵不斷豐富的發(fā)展過程。1.2無線網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用。將會給人們的生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠的影響。各國都非常重視無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE正在努力推進無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會,期望能促進傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)。美國技術(shù)評論雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也加入其中。在“中國未來20年技術(shù)遇見研究”中總共157個技術(shù)課題，其中有7項是直接論述傳感網(wǎng)絡(luò)的。2006年初發(fā)布的國家

3、長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要為信息技術(shù)確定了三個前沿方向，其中兩個與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究直接相關(guān)，即智能感知技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?？梢灶A(yù)計。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用是一種趨勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。國際上比較有代表性和影響力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用和研發(fā)項目有遙控戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)及靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)，智能塵埃，行為習(xí)性監(jiān)控項目和美國皇家網(wǎng)絡(luò)等，尤其是最新試驗成功的低成本美軍“狼群”地面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識著電子戰(zhàn)領(lǐng)域技術(shù)的最新突破。俄亥俄州正在開發(fā)“沙地直線”無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能夠散射電子絆網(wǎng)到任何地方，以偵測運動的高金屬含量目標(biāo)。民用方面，美國，日本等國家在對該技術(shù)不斷研

4、發(fā)的基礎(chǔ)上在多領(lǐng)域也進行了應(yīng)用。1.3 無線網(wǎng)絡(luò)的研究前景微電子技術(shù)，計算機技術(shù)和無線通信技術(shù)的進步，推動了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微笑體積內(nèi)能夠集成信息采集，數(shù)據(jù)處理，和無線通信等多種功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信等多種方式組成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作和感知，采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器，感知對象和觀察者構(gòu)成了傳感網(wǎng)絡(luò)的三個要素，。如果說Internet構(gòu)成了邏輯上的信息世界，改變了人與人之間的溝通方式，那么，無線傳感網(wǎng)絡(luò)就是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改

5、變?nèi)祟惻c自然界的交互方式。人們可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)世界直接感知客觀世界，從而極大地擴展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認識世界的能力。未來移動通信網(wǎng)絡(luò)除了以低成本實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸外，還要求在無專用通信基礎(chǔ)設(shè)施的場景下，網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)性和生存能力，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)將因器靈活性而在未來移動通信網(wǎng)絡(luò)中起重要作用。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布在給定局部區(qū)域內(nèi)足夠多的無線傳感器節(jié)點構(gòu)成的一種新型信息獲取系統(tǒng)。并且具有一定的計算能力，。各節(jié)點之間通過專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)信息的交流，匯集和處理，從而實現(xiàn)給定局部區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的探測，識別，定位和跟蹤，隨著通信技術(shù)，嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能

6、力，計算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)，由這些微型傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注。無線自組織網(wǎng)絡(luò)是一種沒有預(yù)定技術(shù)設(shè)施支撐的自組織可重構(gòu)的多級無線網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓撲，信道的環(huán)境，業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點的移動而動態(tài)改變。無線自組織網(wǎng)絡(luò)可以快速地為名用和軍事應(yīng)用建立通信平臺。第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的比較分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network， WSN)是無線技術(shù)領(lǐng)域最新的，最流行的應(yīng)用。正 是由于最新，所以現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前全球 有許多研究機構(gòu)和組織在進行技術(shù)與規(guī)格的開沒， 提出了不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。他們是ZigBee、Z-wave ，

7、 Bluetooth ，Wibree ，6I0WPAN 等，這些 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以ZigBee、Z-wave最成熟,基本形成 兩大陣營。本文即對此兩家標(biāo)準(zhǔn)進行全面比較分析。2.1 ZigBee技術(shù)簡介ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，也稱無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。2.2 ZigBee的發(fā)展ZigBee標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建于九十年代，當(dāng)時作為Wi-Fi

8、和藍牙之外的另一個選擇用于某些場合。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)在2003年完成并在2006年得到升級。ZigBee聯(lián)盟成立于2004年，目的是維護該標(biāo)準(zhǔn)，同時繼續(xù)開發(fā)并提供互操作性測試。作為無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee可以用于直接通信，但大多數(shù)應(yīng)用基于星形或樹狀拓撲網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。主節(jié)點控制其他的連接點，如果某個節(jié)點不能和另一節(jié)點通信，這兩個節(jié)點就會作為中繼器與通信范圍內(nèi)的其他的節(jié)點相連。ZigBee可支持6.5萬個節(jié)點。ZigBee設(shè)備運行于免費的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段。最受歡迎的配置都在2.4GHz頻帶，而ZigBee定義了16個5MHz的運行頻段。最高數(shù)據(jù)率為250kbits/s,

9、使用交錯正交相移鍵控（OQPSK）。2.3 Z-Wave技術(shù)簡介Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)。工作頻帶為908.42MHz(美國)868.42MHz(歐洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場合。隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加，相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，Z-Wave技術(shù)將是最低功耗和最低成本的技術(shù)，有力地推動著低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)。2.4 Z-Wave的發(fā)展前景通過Z-Wave技術(shù)構(gòu)建的無線網(wǎng)

10、絡(luò)，不僅可以通過本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)對家電的遙控，甚至可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)對Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進行控制。在2011年美國ces展，wintop都已經(jīng)推出基于互聯(lián)網(wǎng)遠程控制的產(chǎn)品，如遠程監(jiān)控，遠程照明控制等，且該技術(shù)已經(jīng)成熟，主要是一個市場開拓及消費群體的培育還需要一段時間。隨著Z-Wave聯(lián)盟的不斷進擴大，該技術(shù)的應(yīng)用也將不僅僅局限于智能家居方面，在酒店控制系統(tǒng)，工業(yè)自動化，農(nóng)業(yè)自動化等多個領(lǐng)域，都將發(fā)現(xiàn)Z-Wave無線網(wǎng)絡(luò)的身影。2.5ZigBee和Z-Wave的比較分析ZigBee和Z-Wave短距離無線技術(shù)都用于遠程監(jiān)控和控制，但兩種技術(shù)的規(guī)格和應(yīng)用卻不同。在美國應(yīng)用越來越廣泛的

11、家庭局域網(wǎng)（home-area network, HAN）中，兩種技術(shù)都是理想選擇。本文將對比這兩種廣泛使用的無線技術(shù) 2.5.1 工作頻率與傳輸速率比較 對傳輸速率進行比較，ZigBee工作在20至250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，可滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。其中2.4GHz是一個全球通用的ISM頻率。Z-Wave的主要工作頻段有兩個，一個是868.42MHz(歐洲)，另一個則是908.42MHz(美國)。而Z-Wave的傳輸速率更低，只有40kbps。實際上監(jiān)控和控制應(yīng)用等并不需

12、要太高的傳輸速率，所以Z-Wave已足以應(yīng)對家庭市場的需要。不過ZigBee的更高數(shù)據(jù)速率有助于進一步改善應(yīng)用，特別是電池供電方案中的功耗問題。2.5.2 傳輸距離比較ZigBee的傳輸距離大致在0300米,其中2.4GHz的傳輸距離只有10 m左右。915 MHZ的傳 輸距離為30 -75 m,868 MHz的傳鏑距離為 300m。而Z-Wave的傳輸距離為室內(nèi)大于30m，室 外大于100 m。但上述只是二者單段傳輸距離的理 論值，實際的傳輸距離還必須要根據(jù)發(fā)射功率的大 小、位用模式以及中繼節(jié)點的使用清況而定。2.5.3 設(shè)計成本與功耗對比Z-Wave始終專注于家庭控制應(yīng)用市場，在這一點上，

13、它比ZigBee的應(yīng)用領(lǐng)域更加明確，結(jié)構(gòu)也更簡單。ZigBee技術(shù)最初是定位于建筑自動化及工業(yè)控制應(yīng)用，近年來才開始進軍家用市場。由于ZigBee面向的是多種應(yīng)用，這意味著包含更多的協(xié)議，需要占用更多的內(nèi)存，所以成本可能要更高一些。 這兩種技術(shù)在功耗方面均有不俗表現(xiàn)，低耗電待機模式下，ZigBee系統(tǒng)用兩節(jié)普通5號干電池可支持1個節(jié)點工作6至24個月，免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。而Z-Wave的輕量級協(xié)議和簡單結(jié)構(gòu)有助于保持更低的功耗，其單芯片解決方案可以為電池驅(qū)動設(shè)備，如：溫度調(diào)節(jié)器和傳感器提供先進的省電模式。2.5.4 傳輸結(jié)構(gòu)與安全性分析Z-Wave可支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲，其多點對多點

14、的連接方式可提供更高的可靠性以及更大的覆蓋范圍。該技術(shù)中集成的動態(tài)路由機制實現(xiàn)了虛擬的無限制信號傳輸范圍，每個Z-Wave設(shè)備都可以將信號從一個設(shè)備重傳至另一個，從而保證高度可靠的傳輸覆蓋整個家庭范圍。 ZigBee更可支持網(wǎng)狀、星型和簇狀網(wǎng)絡(luò)拓撲。ZigBee的傳輸范圍一般在10100m之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定。當(dāng)然，這一數(shù)字指的是相鄰節(jié)點間的距離，如果通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離還可以更遠。并且，如果某個節(jié)點傳送失敗，信息仍能夠通過網(wǎng)絡(luò)中的其它路徑被傳送出去，提高了通信的可靠性。 無線通信還有一個困擾所有用戶的問題，這就是數(shù)據(jù)安全性。ZigBee提供

15、了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。目前的Z-Wave產(chǎn)品尚未提供此類功能。2.5.5 ZigBee技術(shù)開放性和互通性優(yōu)勢明顯在通信領(lǐng)域，技術(shù)開放性和互通性無疑是一個非常重要的衡量指標(biāo)。ZigBee技術(shù)憑借與IEEE 802.15.4小組的成功合作，將極有可能在今后的發(fā)展和推廣中占據(jù)有利地位。這樣，在商用化的過程中，不同廠商生產(chǎn)的ZigBee產(chǎn)品可以依據(jù)同一個標(biāo)準(zhǔn)方便地實現(xiàn)互聯(lián)互通，從而縮短產(chǎn)品的上市時間。表1：ZigBee于Z-Wave的綜合比較ZigBee和Z-Wave的標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用技

16、術(shù)頻段調(diào)制方式數(shù)據(jù)速率范圍應(yīng)用ZigBee2.42.843G250kbits/s10300米家庭自動化智能電網(wǎng)遠程控制Z-Wave908.42MHz9.6/50Kbits/s30100米家庭自動化安全2.5.6 比較總結(jié)ZigBee和Z-Wave的目標(biāo)應(yīng)用一致。其中ZigBee的通用性遠超Z-Wave,幾乎可以配置并實現(xiàn)任何短距離無線功能，應(yīng)用規(guī)范也可以大大縮短普通應(yīng)用的開發(fā)時間。另一方面，ZigBee的協(xié)議更復(fù)雜，開發(fā)時間也更長。Z-Wave采用更簡單的協(xié)議，開發(fā)更快也更簡單。ZigBee使用應(yīng)用廣泛的2.4GHz ISM頻段，因此必須與Wi-Fi、藍牙和其它無線標(biāo)準(zhǔn)共享頻段，會產(chǎn)生干擾。大

17、多數(shù)ZigBee設(shè)備都有有助于緩解干擾的共存功能，但潛在的2.4GHz干擾比Z-Wave所處的908.42MHz通道更大。第三章 ZigBee模塊3.1 ZigBee 的應(yīng)用智能家庭：家里可能都有很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機、冰箱、洗衣機、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應(yīng)、報警器和攝像頭等設(shè)備，以前我們最多可能就做到點對點的控制，但如果使用了無線ZigBee技術(shù)，可以把這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來，組成一個網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過網(wǎng)關(guān)連接到Internet，這樣用戶就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情況，并且省卻了在家里布線的煩惱。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個研究熱點，像貨物跟蹤、

18、建筑物監(jiān)測、環(huán)境保護等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點低成本、低功耗，并且能夠自動組網(wǎng)、易于維護、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個很好的技術(shù)選擇。工業(yè)控制：工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用無線ZigBee技術(shù)把它們連接成一個網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控，加強作業(yè)管理，降低成本。醫(yī)療監(jiān)護：電子醫(yī)療監(jiān)護是最近的一個研究熱點。在人體身上安裝很多傳感器，如測量脈搏、血壓，監(jiān)測健康狀況，還有在人體周圍環(huán)境放置一些監(jiān)視器和報警器，如在病房環(huán)境，這樣可以隨時對人的身體狀況進行監(jiān)測，一旦發(fā)生問題，可以及時做出反應(yīng)，比如通知醫(yī)院的值班人員。這些傳感器、監(jiān)視器和報

19、警器，可以通過無線ZigBee技術(shù)組成一個監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)，由于是無線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護的人也可以比較自由的行動，非常方便。3.2ZigBee 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的建立 圖1 ZigBee模塊 圖2 常見ZigBee開發(fā)板3.2.1 ZigBee模塊的組網(wǎng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)通常由三種節(jié)點構(gòu)成：Coordinator：用來創(chuàng)建一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并為最初加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點分配地址，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要且只需要一個Coordinator。Router：也稱為ZigBee全功能節(jié)點，可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，起到路由的作用，也可以收發(fā)數(shù)據(jù)，當(dāng)成一個數(shù)據(jù)節(jié)點，還能保持網(wǎng)絡(luò)，為后加入的節(jié)點分配地址。End D

20、evice：終端節(jié)點，通常定義為電池供電的低功耗設(shè)備，通常只周期性發(fā)送數(shù)據(jù)，不接收數(shù)據(jù)。3.2.2 網(wǎng)絡(luò)的搭建設(shè)計好節(jié)點硬件電路，把每個節(jié)點設(shè)置好ZigBee 模塊信息，這樣就建立了一個點對點的物聯(lián)網(wǎng)硬件網(wǎng)絡(luò)，具體如圖3 所示。如果把其中一個節(jié)點n 的發(fā)送模式定義為“廣播模式”，其它節(jié)點的目的網(wǎng)絡(luò)地址都為節(jié)點n 的本地網(wǎng)絡(luò)地址，就可把點對點物聯(lián)網(wǎng)硬件網(wǎng)絡(luò)變成點對多點的物聯(lián)網(wǎng)硬件網(wǎng)絡(luò)，具體如圖 4所示。圖3 點對點網(wǎng)絡(luò) 圖4 點對多點網(wǎng)絡(luò)圖5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)3.2.3 ZigBee硬件開發(fā)平臺 CC2530芯片介紹:CC2530 整合了業(yè)界領(lǐng)先的2.4GHZ IEEE802.15.4/

21、 zigbee RF收發(fā)機CC2520以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強性8051 mcu的卓越性能，還包括了8kB的sram，大容量flash以及許多其他的強大特性。CC2530芯片系統(tǒng)保持了CC2520所包含的作射頻性能，包括了超低功耗、高靈敏度，出眾的抗噪聲及抗干擾性能，所集成的mcu為強大的8位，單周期8051微控制器核心（其典型性能可達到標(biāo)準(zhǔn)的8倍）。另外，CC2530還包括了許多強大的外設(shè)資源，如dma、定時/計數(shù)器、看門狗定時器（watchdog timer）,aes-128協(xié)處理器，8-14位adc，usart，睡眠定時器，上電復(fù)位電路，掉電檢測電路以及21個可編程I/O引腳2。CC2530芯

22、片具有如下特性： 高性能和低功耗的8051微控制器核集成符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHZ的RF無線電收發(fā)機優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性在休眠模式時僅0.9UA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)， 在待機模式時少于0.6UA的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)。 硬件支持CSMA/CA功能。較寬的電壓范圍（2.0-3.6v）數(shù)字化RSSI/LQI支持和強大的DMA功能具有電池檢測和溫度感測功能集成了14位的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的adc集成AES安全協(xié)處理器帶有2個強大支持機組協(xié)議的USART，以及一個符合IEEE802.15.4規(guī)范的MAC 計時器，一個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器

23、；強大和靈活的開發(fā)工具圖6 CC2530管腳圖第四章 小容量物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計 -小型智能超市系統(tǒng)設(shè)計4.1智能超市購物系統(tǒng)隨者人們消費水平的提高，大型超市購物越來越受到人們的青睞，可足每逢周末，超市收銀臺前長長的隊伍對 人們購物的心情和超市的效益產(chǎn)生極大的影響，而且有 時想買一樣?xùn)|兩，卻苦苦找不到地方。針對超市購物的上述不便.人們研究出一種智能超市購物車，它不僅能很快 指出想要購買商品的位置和具體信息，引導(dǎo)人們很快找到 商品,同時智能購物車還具有自動結(jié)賬、查詢等功能，大人 節(jié)省了購物的時問，使人們的購物輕松而愉快。4.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計本系統(tǒng)采用ATmegal28單片機為主控芯片,通過電子掃描槍將

24、商品的條形碼識別后傳給ATmegal28單片機，單片機把收到的條形碼信息通過串口傳輸給ZigBee模塊,ZigBee無線傳輸模塊將條形碼信息傳給PC機,PC機連接者ZigBee通過模塊負責(zé)商品信息的實時傳輸，在接收到條形碼信息后迅速通過數(shù)據(jù)庫查詢商品信息，同時將查詢的位息發(fā)送給ATmegal28單片機.ATmegal128單 片機在接收到PC機發(fā)來的商品信息后通過其另一個串口控制觸摸屏提示商品信息和消費總價。同時可以通過觸摸屏查詢商品打折信息和商品的以體位置。系統(tǒng)總體框如圖7所示。條形碼識別PC機觸摸屏控制ATmegal28單片機ZigBee無線模塊ZigBee無線模塊 圖7 系統(tǒng)總體框圖4.

25、3硬件電路設(shè)計與應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與應(yīng)用主要包括串口通信電路設(shè)計，ZigBee無線通信模塊應(yīng)用設(shè)計，串口顯示終端應(yīng)用條形碼掃描電路設(shè)計和紅外定位電路設(shè)計。4.3.1.串口通信電路設(shè)計 ATmegal28單片機是美國Atmel公司生產(chǎn)的髙性能、低功耗8位單片機，具有先進的RISC結(jié)構(gòu)。128單片機具有兩個可編程的串行USART,可以方便 地在顯示終端和無線傳輸模塊之間傳輸數(shù)據(jù)。 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口,遵循JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功 能，通過JTAG接口可以實現(xiàn)在線仿真調(diào)試和程序下載本文主要是通過ATme128單片機的兩個串口分別控制ZigBee無線模塊和觸摸屏。單片機和PC機通信時，由

26、于單片機輸人輸出電平是TTL電平，PC機配置的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，兩者的電器規(guī)則不同,要想進行通信必須要通過電平轉(zhuǎn)換,通常采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片進行轉(zhuǎn)換，電路連接電路圖如圖9所示。圖8 ATmegal28管腳圖圖9 串口電路轉(zhuǎn)換電路設(shè)計4.3.2 ZigBee無線通信模塊應(yīng)用本系統(tǒng)只需要PC機和各個ZigBee模塊之間通信,所以選擇點對點數(shù)據(jù)傳輸,點對點傳輸適合于ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何兩點之間的數(shù)據(jù)傳輸;數(shù)據(jù)透明傳輸 的接收方知道數(shù)據(jù)來來源的地址(增加最后2 byte);數(shù)據(jù)包 長度最大36 byte(數(shù)據(jù)區(qū)長度32 byte);如在一個網(wǎng)絡(luò)中 從301A節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)到51 2B節(jié)點

27、，應(yīng)當(dāng)發(fā)送FD 0A 51 2B 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10，其中FD是點對點數(shù)據(jù) 傳輸指令0A是數(shù)據(jù)長度,512B是目標(biāo)地址,地址512B收到的數(shù)據(jù)為發(fā)送數(shù)據(jù)和源地址。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以在一個單一網(wǎng)絡(luò)中容納65535個節(jié)點,完全可以滿足大型超市的購物笛求,由于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)采用了 CSMA/CA機制(帶有沖突避免的載波偵聽多 路訪問技術(shù)）。確保了多點發(fā)送，利用ACK信號盡量避免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。4.3.3 串口智能顯示終端應(yīng)用單片機通過串口和觸摸屏進行通信,迪文智能顯示 終端采用的是四線電阻式觸摸屏,觸摸按鍵就是在屏幕上 顯示一個按鈕的

28、圖標(biāo)，當(dāng)用戶點擊該圖標(biāo)時,該顯示終端 會通過串口向單片機發(fā)送一串十六進制數(shù),其中包含 觸換的位置坐標(biāo)，當(dāng)單片機收 到其坐標(biāo)后按預(yù)設(shè)的功能做出相應(yīng)的操作。觸摸屏所需圖片也是通過此軟件進行下載和配 發(fā)。4.3.4 條形碼掃描電路設(shè)計條形碼的信息通過電子掃描槍掃描后通過PS2口將倍息輸入到單片機，單片機通過外部中斷程序接收到通信 斷碼后將其轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)通過ZigBee模塊發(fā)送到PC機. 4.3.5 定位方案設(shè)計木文所采用的ZigBee尤線模塊使用的是CC2530芯 片,由于其強大的數(shù)據(jù)傳輸和沖突避免能力，其定位相對 復(fù)雜。針對本系統(tǒng)應(yīng)用的特點，采用的是紅外線室內(nèi) 定位技術(shù)，其定位原理

29、是:紅外線發(fā)射器發(fā)射調(diào)制的紅外 射線,通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進行定位，在本 系統(tǒng)中,在超布貨架上每隔3 m放置一個紅外發(fā)射器,每 個紅外發(fā)射器有固定的標(biāo)識ID,在智能購物車上和紅外 發(fā)射器同等高度安裝有紅外接收器，根據(jù)接收的紅外編碼 不同可確定消費者的具體位置及其相關(guān)信息。紅外發(fā)射可采用低功耗 的通用編碼芯片PT2262，PT2262可發(fā)出一個完整的編碼信信包括地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步3部分.本系統(tǒng)采用的是與PT2262配套的PT2272芯片進行硬件解碼,其相關(guān)原理圖如圖10、圖11所示。圖10 PT2262編碼電路 圖11 PT2272解碼電路設(shè)計4.4軟件設(shè)計1.主程序流程本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括中單片片機串通口通信程序、外 部中斷接收掃描數(shù)據(jù)程序、迪文串口顯示終端控制程序和 PC機數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計。主程序主要完成系統(tǒng)變量的初始化，通過電子掃描 槍掃描條形碼數(shù)據(jù)并通過ZigBee無線數(shù)傳模塊與PC機 建立通信，返回的信息在液晶顯示終端顯