浅析基于ARM和Zigbee的无线点餐系统

李天梅

一、系统方案选择

系统有三部分组成：ARM手持点餐终端、ZigBee无线网络、ARM显示终端。

1.ARM手持点餐终端

以ARM嵌入式处理器为核心，通过串口与ZigBee终端节点相连。对触摸屏点餐数据进行实时采集，通过ZigBee网络协议构成的星形无线网络传输点餐数据；客户或服务员通过点击ARM手持点餐终端的触摸屏即可选择菜肴，触摸屏显示菜肴信息，可供客户任意选择；同时点击触摸屏可查看或更改已点菜肴。

2.ZigBee无线网络

主要有ZigBee模块构成。系统的ZigBee无线网络主要包括协调器、终端节点。ZigBee协调负责建立网络，管理整个系统 ；ZigBee终端节点负责采集数据。

3.ARM显示终端

以ARM嵌入式处理器为核心，通过串口与ZigBee协调器相连。协调器实时接收无线网络数据，通过串口发送数据到ARM显示终端，ARM显示终端收到数据后，处理并通过液晶显示数据信息，即客户所点菜肴。

二、系统硬件设计

ARM硬件设计。

该部分所采用的处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微处理器，它的小尺寸特性为手持设备和其他普通应用提供了低价格、低功耗、高性能的解决方案。S3C2440A采用了ARM920T的内核，0.13um的CMOS标准宏单元和存储单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合对于成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构Advanced Micro controller Bus Architecture（AMBA）。

S3C2440A的突出特点是其核心处理器（CPU），是一个由Advanced RISC Machines 有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU（内存管理单元）、AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个都是由具有8字长的行组成。通过提供一整套完整的通用系统外设，S3C2440A可以有效减少整体系统成本，并无需配置额外的组件[8]。S3C2440A集成了以下片上功能。

●1.2V内核供电，1.8V/2.5V/3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电，具备16KB的I-Cache和16KB的D-Cache/MMU微处理器

●外部存储控制器（SDRAM控制和片选逻辑）

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

●4通道DMA并有外部请求引脚

●3通道UART（64字节TxFIFO和64字节RxFIFO）

●2通道SPI

●1通道IIC-BUS接口（多主支持）

●1通道IIC-BUS音频编解码器接口

●AC97解码器接口

●兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版

●2端口USB主机/1端口USB设备（1.1版），集成了USB控制器

●4通道PWM定时器和1通道内部定时器/看门狗定时器

●8通道10比特ADC和触摸屏接口，集成了ADC和触摸屏控制器

●具有日历功能的RTC

●相机接口（最大4096*4096像素的投入支持，2048*2048像素的支持，支持缩放）

●130个通用I/O口和24通道外部中断源

●具有普通，慢速，空闲和掉电模式

●具有PLL片上时钟发生器

本设计中，虽然选用了S3C2440作为ARM显示终端、ARM手持点餐终端的核心处理器，但只用了它的几个简单功能：串口通信、LCD显示、ADC采集，并且S3C2440集成了强大的片上功能，所以本设计不需要复杂、完整的ARM应用电路，只需在ARM最小系统外围添加所需电路即可，从而也降低了系统成本。本文采用ARM核心板加底板构成所需ARM模块，其中核心板集成了一个ARM最小系统，底板则是用户所需电路。ARM最小系统（核心板）它主要有下几部分组成。

CPU/ARM芯片（S3C2440A）；

电源电路、复位电路，晶振电路；

存储单元（FLASH和SDRAM）；

JTAG调试接口。

用户指示灯。

三、系统软件设计

1.ZigBee数据传输软件设计

ZigBee通信协议采用分层结构，节点通过在不同层上的特定服务来完成所要执行的各种任务。本系统采用TI提供的ZigBee2006协议栈Z-Stack，在IEEE 802.15.4标准物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）基础上增加了网络层、应用层和安全服务规范，是一种较好的无线传感网络组建方案。ZigBee设备类型按网络功能分为三种：协调器、路由器、终端。由于本系统采用网状网网络拓扑结构，所以三种都存在。协调器包含所有的网络消息，存储容量最大、计算能力最强。它的功能是发送网络信标、建立网络、管理网络节点、存储网络节点信息、收发信息、从节点被初始化为无信标网络中的终端设备。上电复位后，即开始搜索指定信道上的网络协调器，并发出连接请求。建立连接成功后，从节点将得到一个16位的网络短地址，并采用非时隙CSMA-CA机制，通过竞争取得信道使用权，各终端节点的实时读取和自己相连的串口数据，经过路由节点向主节点发送数据。主节点收到数据包后，液晶显示节点电池电量，同时通过串口给ARM发送数据，ARM接收到数据后显示在触摸屏上。

2.ARM液晶显示软件设计

ARM显示终端在本设计中，主要的功能是接收协调器串口输出的客户点餐数据信息、处理数据信息并在LCD上显示。

本产品的设计全过程，可以让我们初步了解ARM基本原理和應用，也让我们初步掌握ARM触摸屏的使用方法，同时也使我进一步弄懂了ZigBee协议，提高ZigBee应用于技术的实践操作技能，掌握ARM、ZigBee系统设计、研制的方法，培养利用ARM和ZigBee进行科技革新、开发和创新的基本能力。