大連東軟信息學(xué)院高職畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目論文題目：基于Zigbee無線控制小車的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)系所：電子工程系專業(yè)：嵌入式系統(tǒng)工程學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)教師：導(dǎo)師職稱：講師完成日期：2013年4月25日大連東軟信息學(xué)院DalianNeusoftUniversityofInformation大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要IV基于Zigbee無線控制小車的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)摘要隨著社會的飛速發(fā)展，對于無線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笤絹碓酱?。近幾年來，IEEE802.11無線局域網(wǎng)絡(luò)的普遍使得無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越重要，也有越來越多的相關(guān)應(yīng)用和產(chǎn)品出現(xiàn)。但是，大多無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對于低功耗和遠(yuǎn)距離通訊有比較高的需求。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。本項目實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee技術(shù)無線遙控小車。無線模塊基于TI德州儀器公司的CC2530芯片。它集成了性能優(yōu)良的RF收發(fā)器和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KBRAM和許多其它強(qiáng)大的功能。并且它還具有休眠模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。PC與ZigBee模塊之間通過串口通信，收發(fā)小車運(yùn)行指令。模塊之間通過ZigBee無線進(jìn)行通信，通信距離在遮擋的情況下，可達(dá)3km。ZigBee模塊通過集成的51內(nèi)核的4個IO，控制驅(qū)動模塊L298N，從而控制小車電機(jī)使其前后左右運(yùn)行。本項目還可以通過4個按鍵來遠(yuǎn)程控制小車前后左右的4種狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Zigbee，無線傳輸，低功耗，CC2530大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractDesignandImplementationofZigbee-basedWirelessControlCar

AbstractWiththerapiddevelopmentofsociety,forwirelesscommunicationsanddatatransmissiondemandisgrowing.Inrecentyears,widespreadIEEE802.11wirelesslocalareanetworktechnologymakeswirelessnetworksmoreandmoreimportant,thereareagrowingnumberofrelatedapplicationsandproductsappear.However,mostoftheWi-Fitechnologyforlowpowerconsumptionandlong-distancecommunicationhasarelativelyhighdemand.ZigBeetechnologyisashort-range,low-complexity,low-power,low-rate,low-costtwo-waywirelesscommunicationstechnology.Mainlyusedfordatatransferbetweentheshortdistance,lowpowerconsumptionandthetransmissionrateisnothigh,andvariouselectronicdevicestypicallyhaveperiodicdataapplications,data,andintermittentlowlatencydatatransmission.TheprojectachievedatechnologybasedonZigBeewirelessremotecontrolcar.WirelessmodulebasedonTITexasInstrumentsCC2530chip.ItintegratesaprogrammableflashmemorywithexcellentperformanceRFtransceiverandanindustry-standardenhanced8051CPU,system,8KBRAMandmanyotherpowerfulfeatures.Anditalsohasasleepmode,thesystemmakesitespeciallyadaptedtoultra-lowpowerrequirements.ZigBeemodulebetweenPCandserialcommunication,sendandreceivecommandstorunthecar.BetweenmodulescommunicateviaZigBeewirelesscommunicationdistanceinthecaseofocclusionofupto3km.ZigBeemodulewithintegrated51core4IO,controldrivermoduleL298N,therebycontrollingthemotortorunthecarallaround.Theprojectcanalsofourbuttonstoremotelycontrolfourstatesallaroundthecar.Keywords:Zigbee,WirelessTransmission,LowPowerConsumption,CC2530大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章項目概述 11.1項目背景 11.2項目簡介 11.3應(yīng)用范圍 2第2章項目實(shí)施方案 32.1概述 32.1.1無線遙控的選擇 32.1.2ZigBee內(nèi)核介紹 32.2開發(fā)環(huán)境 42.3硬件設(shè)計 42.3.1硬件系統(tǒng)框圖 42.3.2主要芯片介紹 52.4軟件設(shè)計 8第3章項目實(shí)施過程 103.1硬件實(shí)現(xiàn)過程 103.1.1硬件設(shè)計應(yīng)用環(huán)境簡介 103.1.1硬件實(shí)現(xiàn)步驟 103.1.3硬件電路設(shè)計 113.2軟件實(shí)現(xiàn)過程 143.2.1IAR開發(fā)環(huán)境介紹 143.2.2系統(tǒng)主要程序 143.3調(diào)試過程 183.3.1硬件調(diào)試 183.3.2軟件調(diào)試 183.3.3調(diào)試過程中問題和解決的方法 18第4章項目成果 204.1硬件成果物 204.1.1硬件電路圖 204.1.2硬件實(shí)物圖 214.2軟件成果物 22第5章結(jié)論 23參考文獻(xiàn) 24致謝 25大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-第1章項目概述1.1項目背景ZigBee技術(shù)是一種提供控制或傳感器等電子元器件之間無線連接的無線通信技術(shù)。其主要特點(diǎn)是成本低、傳輸距離短、數(shù)據(jù)傳輸速率低及省電。ZigBee這個名字來源于蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈傳遞哪里能找到食物源之類的信息。ZigBee的特點(diǎn)是低復(fù)雜度、近距離、低數(shù)據(jù)速率、低功耗、自組織、低成本。主要適用遠(yuǎn)程控制和自動控制的領(lǐng)域，可以嵌入許多設(shè)備。簡單的說，ZigBee就是一種廉價的，近距離，低功耗的無線可以組網(wǎng)的通訊技術(shù)。一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的功耗、復(fù)雜度以及系統(tǒng)成本都有所增加。ZigBee技術(shù)構(gòu)建在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上。ZigBee和IEEE80的關(guān)系就如同WiFi和802.11的關(guān)系一樣，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)僅定義了物理層PHY和媒體訪問控制層MAC的規(guī)范，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足商業(yè)應(yīng)用的要求，因此ZigBee聯(lián)盟成立了，在802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上制定了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層規(guī)范。隨著社會的飛速發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)水平大幅度提升。生活水平也在大幅度的提高，追求個性化、自動化，追求充滿樂趣，追求快節(jié)奏的生活方式，生活家居要求一種智能化、人性化，家居要求的檔次越來越高。智能電子在智能家居產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，促使家庭實(shí)現(xiàn)了智能化、現(xiàn)代化、居住環(huán)境舒適化、以及安全化。改變了人們的生活習(xí)慣、提高了人們的生活質(zhì)量。智能家居的逐漸發(fā)展已經(jīng)給人們帶來了全新的感受，智能化家居已經(jīng)成為了一種趨勢。智能家居的前景就像家用電器和手機(jī)電腦一樣，是一個極具發(fā)展?jié)摿Φ臐摿π袠I(yè)，需要一個慢慢興起的過程。它將成為中國在未來的至少幾十年里的主流行業(yè)之一，必將為人們提供一個方便,安全,舒適,高效和節(jié)能的生活環(huán)境,相信在不久的將來,會有成千上萬的中國家庭成為智能家居的使用者。然而ZigBee技術(shù)是專用于家庭智能控制的無線通信技術(shù)，具有低功耗，低成本，網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)，非常適合家居環(huán)境中，在智能家居中具有很大的發(fā)展前景，也具有很重要的地位。1.2項目簡介本程序應(yīng)用ZigBee技術(shù)無線控制小車。首先，PC通過串口給ZigBee模塊1發(fā)送指令。然后，ZigBee模塊1無線發(fā)送給ZigBee模塊2數(shù)據(jù)，模塊2通過8051的4個IO控制驅(qū)動模塊。驅(qū)動模塊通過電源模塊供電，從而控制小車電機(jī)。本項目還可以通過4個按鍵來遠(yuǎn)程控制小車前后左右的4種狀態(tài)。1.3應(yīng)用范圍ZigBee技術(shù)是一種低成本、低復(fù)雜度、近距離、低速率、低功耗的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。ZigBee技術(shù)的應(yīng)用范圍是非常很廣泛的，包括建筑自動化、消費(fèi)電子產(chǎn)品（電視與音響的萬用遙控器,無線鍵盤、滑鼠、搖桿，玩具）、工業(yè)控制、醫(yī)療（對病患、設(shè)備及設(shè)施進(jìn)行醫(yī)療和健康監(jiān)控）、智能家居（空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制器,燈光、窗簾的自動控制）。第2章項目實(shí)施方案2.1概述2.1.1無線遙控的選擇隨著時代的發(fā)展無線通訊技術(shù)迅猛發(fā)展，使人們的工作效率和生活質(zhì)量有了極大地提高?，F(xiàn)如今比較成熟的無線通信技術(shù)有，ZigBee、藍(lán)牙、紅外、WiFi。紅外技術(shù)是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸通信的技術(shù)，是第一個實(shí)現(xiàn)無線個人局域網(wǎng)的技術(shù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信陳本低廉。并且它的體積小、連接方便、使用簡單。由于紅外線發(fā)射的角度小所以，它的傳輸安全性能很高。紅外傳輸?shù)牟蛔阒幘驮谟谒且暰鄠鬏?，兩個通訊設(shè)備的角度必須對準(zhǔn)，中間不能有任何物體的阻隔。然而，ZigBee、藍(lán)牙、WiFi技術(shù)就沒有此限制，并且不受墻壁的阻隔。藍(lán)牙技術(shù)是一種低功耗、低成本的無線接口，能在較近的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信和操作。但是藍(lán)牙最大的缺點(diǎn)就在于傳輸?shù)姆秶欠浅Ｓ邢薜摹Ｋ{(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等。它的一般有效范圍大概在10米左右，并且藍(lán)牙的抗干擾能力不強(qiáng)，傳輸信息的安全性不高等問題也是限制藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主要因素。WiFi技術(shù)是一種可將個人電腦，手機(jī)等終端以無線方式相互連接的技術(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以幫助用戶查詢E-mail，Web和流式媒體的相互關(guān)聯(lián)。它提供了用戶可在任何有熱點(diǎn)地方快捷上網(wǎng)的途徑。但是它的缺點(diǎn)是功耗太大，抗干擾能力不是很強(qiáng)。ZigBee技術(shù)是一種低功耗、低成本、低復(fù)雜度、近距離的雙線無線通訊技術(shù)。主要應(yīng)用于距離短、功耗低并且傳輸率不高的電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。相比于紅外技術(shù)，ZigBee技術(shù)具有巨大的網(wǎng)絡(luò)容量。于藍(lán)牙相比ZigBee具有更方便、慢速率、功耗低、費(fèi)用低并且信息安全性高等優(yōu)勢。相比于WiFi，ZigBee的低功耗和低成本有很大的優(yōu)勢，這也是ZigBee最引以為豪的地方。2.1.2ZigBee內(nèi)核介紹ZigBee內(nèi)核CC2530集成了一個增強(qiáng)型的51單片機(jī)。ZigBee=單片機(jī)+無線模塊。增強(qiáng)型的8051內(nèi)核使用的是標(biāo)準(zhǔn)的8051指令集。它比標(biāo)準(zhǔn)8051執(zhí)行指令更快，因?yàn)槊總€指令周期就是一個時鐘，而標(biāo)準(zhǔn)的8051每個指令周期是12個時鐘，以及它消除了總線狀態(tài)的浪費(fèi)。除了速度提高提高之外，增強(qiáng)型8051內(nèi)核還包括結(jié)構(gòu)上的改善。它有第二個數(shù)據(jù)指針和一個擴(kuò)展18源的中斷單元。8051內(nèi)核的對象代碼兼容的是標(biāo)準(zhǔn)的8051微控制器。即對象代碼使用8051的內(nèi)核上執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的8051的編譯器和匯編器編譯，他們的功能基本上是一樣的。然而，因?yàn)?051的內(nèi)核使用了和許多其他的8051類型不同的指令時序，所以帶有時序循環(huán)的已經(jīng)有的代碼需要一些改動。而且，因?yàn)橄翊卸丝诤投〞r器的外設(shè)單元和其他8051的內(nèi)核不同，包括外設(shè)單元的SFR的指令使用時不能正確的運(yùn)行代碼。閃存預(yù)取默認(rèn)不是使能的，但是提高了CPU高達(dá)33%的性能。這一設(shè)置的代價是功率消耗略有增加，但是因?yàn)檫@樣更快，大多數(shù)情況下提高了能源消耗。閃存預(yù)取可以在FCTL寄存器中使能。8051CPU結(jié)構(gòu)的存儲有四個不同的空間。8051具有有獨(dú)自的存儲空間來用于數(shù)據(jù)存儲和程序存儲。CODE：它是一個具有只讀功能的存儲空間，它用于程序的存儲。這個存儲空間的地址是64KB。DATA：是一個讀/寫功能的存儲數(shù)據(jù)空間，它可以間接或直接被一個具有單周期的CPU指令來訪問。這個存儲空間地址的是256字節(jié)。DATA存儲空間比較低的128字節(jié)它可以間接或直接尋址，具有較高的128字節(jié)它只能間接的尋址。XDATA：是一個讀/寫的存儲數(shù)據(jù)空間，它的訪問通常需要4到5個CPU的指令周期。這個存儲空間地址是64KB。而且訪問XDATA存儲器比訪問DATA存儲器慢，因?yàn)镃ODE和XDATA的存儲空間是共享CPU內(nèi)核上的同一個通用的總線，所以XDATA訪問的可以不和來自CODE指令的預(yù)取并行執(zhí)行。SFR：是一個讀/寫存儲空間的寄存器，它可以被一個CPU指令來直接訪問。這個存儲空間具有128個字節(jié)。關(guān)于地址是能被8整除的SFR寄存器，它的每一位都還可以進(jìn)行單獨(dú)尋址。在8051結(jié)構(gòu)中這四個存儲的空間是分開的，然而在設(shè)備中具有重疊的部分，用來減輕DMA硬件的調(diào)試和傳輸操作的負(fù)擔(dān)。2.2開發(fā)環(huán)境硬件環(huán)境：筆記本電腦，USB轉(zhuǎn)串口下載線，電源線。軟件環(huán)境：Windows7系統(tǒng)，IAR集成開發(fā)軟件。AltiumDesigner電路繪制軟件。2.3硬件設(shè)計2.3.1硬件系統(tǒng)框圖本項目的整個系統(tǒng)采用CC2530芯片，復(fù)位電路，時鐘電路，無線發(fā)送電路，驅(qū)動模塊，電源模塊，比較器模塊等模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。CC2530CC2530復(fù)位電路CC2530CC2530復(fù)位電路復(fù)位電路無線發(fā)射電路無線發(fā)射電路復(fù)位電路無線發(fā)射電路無線發(fā)射電路時鐘電路時鐘電路時鐘電路時鐘電路電源模塊電源模塊PC發(fā)送指令PC發(fā)送指令電機(jī)驅(qū)動模塊電機(jī)驅(qū)動模塊圖2.1硬件系統(tǒng)框圖2.3.2主要芯片介紹1.CC2530CC2530是基于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4GE上的一個片上系統(tǒng)解決方案。它的特點(diǎn)是以非常低的材料成本組成一個強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530芯片結(jié)合了RF收發(fā)器，增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)置可編程的閃存器，8KBRAM和許多其他的強(qiáng)大模塊功能。CC2530有很多的運(yùn)行模式，可在特定的情況下調(diào)節(jié)成最適合的運(yùn)行模式，以降低它的能源消耗。CC2530引腳如圖2.2所示。圖2.2CC2530引腳CC2530的中斷控制器提供了18個中斷源。它分為六個中斷組。CC2430具有21個數(shù)字I/O口引腳，P0、P1、P2.它們都是8位I/O口。每個口都可以單獨(dú)設(shè)置為通用I/O或外部設(shè)備I/O.除了兩個高輸出口P1_0和P1_1之外，其余均用于輸出。2.L298N本項目為驅(qū)動4個直流電機(jī)采用的是L298N驅(qū)動芯片。L298N芯片需要操作的口有4個輸入口IN1、IN2、IN3、IN4，2個使能端EN1、EN2，以及4個輸出口OUT1、OUT2、OUT3、OUT4。4個電機(jī)分為兩組控制，IN1、IN2控制一個電機(jī)以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。IN3、IN4控制另一個電機(jī)。如表2.1控制直流電機(jī)的邏輯真值表。L298N在Multiwatt15和PowerSO20封裝中是一個集成單片電路。它是一個高電壓、高電流全雙橋驅(qū)動器，采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制，它可以驅(qū)動一些電感負(fù)載如繼電器、電磁閥、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。每個橋的射極連接在一起，相應(yīng)的外部終端可用于連接外部的傳感電阻器。有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作。L298N引腳如圖2.3所示。表2.1控制直流電機(jī)的邏輯真值表輸入輸出Ven=HC=H；D=L正轉(zhuǎn)C=L；D=H反轉(zhuǎn)C=D制動Ven=LC=※；D=※沒有輸出，電機(jī)不工作注：其中C、D分別為IN1、IN2或IN3、IN4；L為低電平，H為高電平，※為不管是低電平還是高電平。圖2.3L298N引腳下面介紹L298N各個引腳的功能如表2.2所示。表2.2引腳功能PowerSO符號功能115219SENSINGASENSINGB這個兩端是和地連接用電流來檢測電阻。2345OUT1OUT2這兩個兩腳是A驅(qū)動器的輸出端，用來把負(fù)載連接起來。46Vs電機(jī)的驅(qū)動電源的輸入端。5779IN1IN2輸入的信號是TTL電平信號，用來控制A驅(qū)動器的開關(guān)611814EnableAEnableB使能控制.輸入TTL電平信號；低電平時驅(qū)動器不能工作。81，10,11,20GND接地端912Vss端口0電源輸入10121315IN3IN4輸入TTL電平信號，來控制驅(qū)動器的開關(guān)13141617OUT3OUT4這兩個兩腳是B驅(qū)動器的輸出端，用來把負(fù)載連接起來。3.LM339因?yàn)楸卷椖繎?yīng)用的芯片CC2530IO的輸出信號電壓為3.3V，而驅(qū)動芯片L298N的輸入信號電壓為5V，如果輸入信號的電壓是3.3V，驅(qū)動芯片就接收不到輸入的信號。所以需要一個放大器LM339。LM339芯片是一個類似于增大不可調(diào)節(jié)的運(yùn)算放大器。每一個比較器都有一個輸出端和一個輸入端。有兩個輸入端口，一個稱謂相同輸入端，用“+”號表示。另一個稱為反相輸入端，用“-”號來表示。當(dāng)用來比較兩個電壓時任意一個輸入端加一個固定的電壓作參考電壓，另一端加一個等待比較的電壓信號。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端電壓時，輸出端截止，電路相當(dāng)于開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時，輸出端飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。當(dāng)兩個輸入端電壓差別大于10mV時就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是非常適合的。LM339引腳如圖2.4所示。圖2.4LM339引腳圖2.4軟件設(shè)計本項目的軟件設(shè)計應(yīng)用的是ZigbeeBasicRF代碼。TI公司提供了BasicRF代碼。它主要包括IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包收發(fā)功能但是卻并沒有應(yīng)用到協(xié)議棧。它只是讓兩個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)簡單的通信，簡而言之就是BasicRF包含了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的一個小部分而已。因?yàn)槭屈c(diǎn)對點(diǎn)通信，就有2個節(jié)點(diǎn)。一個發(fā)送端一個是接收端。2.4.1軟件系統(tǒng)框圖首先是發(fā)送端的流程圖如圖2.5所示。開始 開始配置basicrf配置basicrf初始化GPIO口初始化GPIO口初始化UART口初始化UART口初始化硬件抽象層射頻初始化硬件抽象層射頻配置設(shè)備ID信道配置設(shè)備ID信道應(yīng)用層發(fā)送函數(shù)應(yīng)用層發(fā)送函數(shù)檢測按鍵檢測按鍵圖2.5發(fā)送端流程圖下面是接收端口流程圖如圖2.6所示。開始開始 配置basicrf配置basicrf初始化GPIO口初始化GPIO口初始化UART口初始化UART口初始化硬件抽象層射頻初始化硬件抽象層射頻配置設(shè)備ID信道配置設(shè)備ID信道應(yīng)用層接收函數(shù)應(yīng)用層接收函數(shù)圖2.6接收端流程圖第3章項目實(shí)施過程3.1硬件實(shí)現(xiàn)過程3.1.1硬件設(shè)計應(yīng)用環(huán)境簡介AltiumDesigner是以前Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一款一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行于基于Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把電路仿真、原理圖設(shè)計、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€、PCB繪制編輯、設(shè)計輸出和信號完整性分析等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計者提供了全新的設(shè)計解決方案，使設(shè)計者可以輕松進(jìn)行設(shè)計，熟練的使用這一軟件使設(shè)計者電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。

Altium公司以前是Protel公司由NickMartin創(chuàng)于霍巴特塔斯馬尼亞州，它開發(fā)基于PC機(jī)的軟件。最初的DOS環(huán)境下的PCB設(shè)計工具在澳大利亞得到了電子業(yè)界的廣泛接受，在1986年中期，Altium通過經(jīng)銷商將設(shè)計軟件包出口到美國和歐洲。隨著PCB設(shè)計軟件包的成功。AltiumDesigner是集成平臺下的一個軟件，提供了一個完整的環(huán)境把為開發(fā)電子產(chǎn)品，所需要的工具全部都整合在了一個應(yīng)用軟件中，它包含了所有設(shè)計電路時所需要的工具。而且可對AltiumDesigner工作環(huán)境加以制作，以滿足用戶的各種不同的需求。完全兼容Protel199se、Protel198等，并且對Protel199se環(huán)境下創(chuàng)建的DDB文件具有導(dǎo)入功能。它的所有文檔均可以存放在本地硬盤或網(wǎng)絡(luò)上的任何地方，不需要和工程文件存放與同一個目錄AltiumDesigner還可以支持多種語言，如中文、英文、日文、法文等。3.1.1硬件實(shí)現(xiàn)步驟硬件實(shí)現(xiàn)步驟分為3步：1.元件焊接焊接前一定要對購買的元器件進(jìn)行測量如電容電阻，在電路板上裝焊時要按照從小到大的先后順序來焊接，無論是單片機(jī)還是別的器件都是貼片，需要使用夾子來輔助焊接過程。在焊接時，要注意每個器件的正負(fù)極。如果出現(xiàn)錯誤，一定要防止電烙鐵長時間抵在PCB板上導(dǎo)致局部過熱燒壞周圍器件。2.整板測試整板測試是在元件裝焊完成后，在上電測試前對電路板進(jìn)行的檢查。整板測試需要對每個器件的引腳，焊點(diǎn)進(jìn)行檢查，一方面是用萬用表檢查器件是否有虛焊，是否有器件過熱損壞或者焊盤脫落，另一方面是對器件是否根據(jù)設(shè)計要求的擺放要求一致。整板測試一般是從先從電源和GND，再從每個器件引腳順序測試。3.上電功能測試上電測試是調(diào)試的核心部分也是最容易檢測出錯誤的地方，系統(tǒng)的劃分來看，硬件系統(tǒng)分為，電源部分，主控部分，所以測試也是應(yīng)該從電源部分開始，給系統(tǒng)連接電源之后，燒入測試代碼，觀測系統(tǒng)是否正常工作，同時還需要注意系統(tǒng)中容易燒壞的器件有沒有過熱情況，如果有的話，應(yīng)該先關(guān)電，再查看是否電容電阻安裝錯誤，如果沒有問題，就可以進(jìn)行軟件的調(diào)試了。3.1.3硬件電路設(shè)計1.USB轉(zhuǎn)串口電路圖PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232USB接口轉(zhuǎn)換器，它提供一個RS232全雙工異步傳信通訊裝置與USB功能接口連接方便的解決方案。PL2303內(nèi)部有振蕩器、USB功能控制器、USB收發(fā)器和UART，它可以完成轉(zhuǎn)換的RS232信號以及只需要外接幾個電容就可以轉(zhuǎn)換成USB信號。它作為RS232/USB雙向的轉(zhuǎn)換器，一方面從RS232外設(shè)接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)的格式傳回主機(jī)；而另一方面它把主機(jī)接收到的USB數(shù)據(jù)，并把它轉(zhuǎn)換成RS232信息的流格式來發(fā)送到外設(shè)。器件會自動完成這些工作，開發(fā)人員不需要考慮固件的設(shè)計。如圖3.1所示。圖3.1USB轉(zhuǎn)串口電路圖2.電機(jī)驅(qū)動電路電機(jī)驅(qū)動電路主要應(yīng)用于L298N芯片。它能夠驅(qū)動兩個電機(jī)，由CC2530芯片中8051內(nèi)核發(fā)給L298N的4個IN1至IN4控制口，再由L298N的4個OUT口輸出信號發(fā)送給電機(jī)如圖3.2。圖3.2電機(jī)驅(qū)動電路3.電源電路因?yàn)轵?qū)動電機(jī)的電壓是12V，而L298N驅(qū)動芯片所需要的電壓是5v。所以，需要5V和12V電壓。不穩(wěn)定12V電源得到穩(wěn)定5V可以用線性穩(wěn)壓器7805，也可以用開關(guān)穩(wěn)壓器如LM2576，如果對電源的輸出電流要求不高，選用7805比較簡單，如果輸出電流較大，最好選用開關(guān)電源以提高轉(zhuǎn)換效率。LM2576是一個正向的低壓降穩(wěn)壓器，是一個單片集成電路。它提供了降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的各種功能，能驅(qū)動為3A的負(fù)載，并且有非常良好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)能力。它的固定輸出電壓有3.3V，5V，12V，15V還有可以調(diào)整輸出的型號。LM2576只需要4個外部器件的支持，有TTL關(guān)斷能力，低功耗待機(jī)模式，使用可用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)電感，有熱關(guān)斷及電流限制保護(hù)。本電源電路首先通過整流橋把交流電變成脈動的直流，再由濾波電路減小脈動，最后再經(jīng)過穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)壓的電流如圖3.3所示。圖3.3電源電路4.時鐘電路時鐘電路顧名思義是給單片機(jī)提供穩(wěn)定的波特率的模塊，如同一個鐘表內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的動力來源一樣。時鐘電路由晶振組成，時鐘電路如圖2.13所示Y1為競爭，一般51系列單片機(jī)需要的晶振周期在1.2到12Mhz之間，有時還可以打到24Mhz或者更高的平率。在單片機(jī)的管腳連線時連接XOSC_Q1和XOSC_Q2管腳。一般的晶振是由兩個電容和一個石英組成。在把競爭連接到XOSC_Q1和XOSC_Q2管腳后，晶振會產(chǎn)出內(nèi)部震蕩提供單片機(jī)所需要的時鐘頻率。如圖3.4時鐘電路。圖3.4時鐘電路5.復(fù)位電路復(fù)位電路在單片機(jī)系統(tǒng)中屬于最小系統(tǒng)的一部分，是單片機(jī)系統(tǒng)主要構(gòu)成部分之一，程序不正常運(yùn)行就可以選擇進(jìn)行復(fù)位。在51系列單片機(jī)中復(fù)位電路都連接在RST引腳，當(dāng)單片機(jī)RST高電平時，單片機(jī)便是復(fù)位狀態(tài)。單片機(jī)I/O口都輸出為高電平，單片機(jī)復(fù)位電路可以選擇按鍵復(fù)位或者上電復(fù)位，復(fù)位電路電路圖如圖2.12所示本設(shè)計采用的按鍵復(fù)位，通過按下S1按鍵后導(dǎo)通連線，使RST端高電平，按鍵成為單片機(jī)復(fù)位的手動開關(guān)，實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路的基本功能。如圖復(fù)位電路3.5。圖3.5復(fù)位電路3.2軟件實(shí)現(xiàn)過程3.2.1IAR開發(fā)環(huán)境介紹本項目軟件開發(fā)主要應(yīng)用于IAR開發(fā)環(huán)境，Zigbee開發(fā)的過程中除了必要的硬件模塊外，同樣也離開不了軟件。IAREmbeddedWorkbench是IARSystem公司開發(fā)的一個集成開發(fā)環(huán)境。它具有入門容易、使用方便以及代碼緊湊等很多優(yōu)點(diǎn)。IAR有個非常強(qiáng)大的編輯器和命令行實(shí)用程序。1.首先生成一個新的工作區(qū)。選擇主菜單File->New->Workspace生成新的工作區(qū)。2.生成新項目選擇主菜單Project->CreateNewProject。3.把所需要的文件夾加入到Workspace中，再向文件夾中添加你所需要的一些源文件。4.編寫代碼結(jié)束后，點(diǎn)擊Make按鈕。最后點(diǎn)擊下載按鈕，把程序下載到芯片中。3.2.2系統(tǒng)主要程序1.發(fā)送端主程序發(fā)送端主程序主要是完成對BasicRF的配置，GPIO口的初始化，UART口的初始化，硬件抽象層射頻的初始化，設(shè)置設(shè)備的ID、信道，循環(huán)檢測按鍵狀態(tài)和發(fā)送函數(shù)。程序代碼如下。voidmain(void){uint16i=0;basicRfConfig.panId=PAN_ID;basicRfConfig.ackRequest=FALSE;LED_GPIO_Init();initUART();if(halRfInit()==FAILED){HAL_ASSERT(FALSE);}halMcuWaitMs(350);basicRfConfig.myAddr=Device_ID;basicRfConfig.channel=0x0B;halRfSetTxPower(2);//HAL_RF_TXPOWER_4_DBMwhile(1){appTransmitter();if(key_1==0){UART_RX_Buffer[0]='A';UART_msg_left=1;appTransmitter();}if(key_2==0){UART_RX_Buffer[0]='B';UART_msg_left=1;appTransmitter();}if(key_3==0){UART_RX_Buffer[0]='C';UART_msg_left=1;appTransmitter();}if(key_4==0){UART_RX_Buffer[0]='D';UART_msg_left=1;appTransmitter();}if(key_5==0){UART_RX_Buffer[0]='F';UART_msg_left=1;appTransmitter();}if(key_1==1&&key_2==1&&key_3==1&&key_4==1&&key_5==1){UART_RX_Buffer[0]='F';UART_msg_left=1;appTransmitter();}}}2.接收端主程序接收端主程序主要是完成對BasicRF的配置，GPIO口的初始化，UART口的初始化，硬件抽象層射頻的初始化，設(shè)置設(shè)備的ID、信道，循環(huán)檢測接收函數(shù)。程序代碼如下。 voidmain(void){basicRfConfig.panId=PAN_ID;basicRfConfig.ackRequest=FALSE;LED_GPIO_Init();initUART();if(halRfInit()==FAILED){HAL_ASSERT(FALSE);}halMcuWaitMs(350);basicRfConfig.myAddr=Device_ID;basicRfConfig.channel=0x0B;halRfSetTxPower(2);//HAL_RF_TXPOWER_4_DBMwhile(1){appReceiver();}}3.發(fā)送函數(shù)程序發(fā)送函數(shù)式把數(shù)據(jù)通過basicRfSendPacket函數(shù)打包發(fā)送給接收端。代碼如下。 staticvoidappTransmitter(){if(UART_msg_left>0){if(basicRfInit(&basicRfConfig)==FAILED){HAL_ASSERT(FALSE);}basicRfReceiveOff();halMcuWaitMs(100);do{Status=basicRfSendPacket(Device_ID,(uint8*)&UART_RX_Buffer,UART_msg_left);}while(Status);Uart_Send_Package(UART_RX_Buffer,1);LED1_GreenBoard=~LED1_GreenBoard;//ToggletheLED1UART_msg_left=0;}}4.接收函數(shù)程序接收函數(shù)主要是通過basicRfReceive函數(shù)循環(huán)檢測有沒有包從發(fā)送端發(fā)出，如果接收成功就把接收到的包解包，并把信息發(fā)送給IO口。代碼如下。staticvoidappReceiver(){int16rssi;if(basicRfInit(&basicRfConfig)==FAILED){HAL_ASSERT(FALSE);}basicRfReceiveOn();while(!basicRfPacketIsReady()){}if(basicRfReceive((uint8*)&RF_RX_Packet,MAX_PAYLOAD_LENGTH,&rssi)>0){if(RF_RX_Packet[0]=='A'){LED2=~LED2;IN1=1;IN2=0;IN3=1;IN4=0;}if(RF_RX_Packet[0]=='B'){LED2=~LED2;IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;}if(RF_RX_Packet[0]=='C'){LED2=~LED2;IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=0;}if(RF_RX_Packet[0]=='D'){LED2=~LED2;IN1=0;IN2=0;IN3=0;IN4=1;}if(RF_RX_Packet[0]=='F'){LED2=~LED2;IN1=0;IN2=0;IN3=0;IN4=0;}}//basicRFrecieve();}5.串口發(fā)送程序本程序也可以用串口來發(fā)送指令。PC把指令通過UART口發(fā)送給發(fā)送端模塊，然后發(fā)送端模塊在把指令發(fā)送給接收端模塊。代碼如下。 voidUart_Send_Package(constuint8*Data,uint16len){uint16i;volatileuint8Rdy=0;UTX0IF=0;for(i=0;i<len;i++){U0DBUF=Data[i];while(1){Rdy=UTX0IF;if(Rdy==1)break;}UTX0IF=0;}}#pragmavector=URX0_VECTOR__interruptvoidURART0_ISR(void){charuartdat;uartdat=U0DBUF;UART_RX_Buffer[UART_RX_Buf_Wt_Ptr++]=uartdat;if(UART_RX_Buf_Wt_Ptr>=UART_BUFFER_Len)UART_RX_Buf_Wt_Ptr=0;UART_msg_left++;URX0IF=0;}3.3調(diào)試過程3.3.1硬件調(diào)試在做嵌入式項目中系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是必不可少的步驟。本項目硬件有4個模塊組成，具體調(diào)試步驟由以下幾個部分組成。1.檢查電路任何電子電路組裝好，在通電調(diào)試之前，都必須通過硬件邏輯設(shè)計圖來認(rèn)真的檢查各個模塊之間的連線是不是有錯誤，按照一定的順序逐一的對應(yīng)檢查。核對元器件的型號，特別要注意查看電源是否接錯，電路的連接是否有短路和斷路，二極管方向和電解電容的極性是否結(jié)反，并且還要查看元器件是否焊接牢固。2.通電觀察做好上述步驟之后，可通電觀察。通上電之后，觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙，元器件發(fā)燙，有異味等。如果有上述現(xiàn)象，應(yīng)立刻關(guān)閉電源，查出問題并解決后可重新打開電源，繼續(xù)觀察。如果沒有問題后，在檢測下有電源引腳的器件的電壓是否正常，沒有問題說明電路已經(jīng)正常工作。3.綜合檢查如果上述問題解決后，可把程序下載到模塊中。觀察得出的結(jié)果是否與預(yù)測的結(jié)果相同。3.3.2軟件調(diào)試硬件調(diào)試完成之后，接下來要進(jìn)行軟件調(diào)試。程序編寫好了之后，分別把兩個程序通過IAR軟件下載到2個Zigbee模塊中。之后通過觀察模塊上的LED燈的顯示，來查看發(fā)送模塊是否成功發(fā)送了數(shù)據(jù)和接受模塊是否成功接受了數(shù)據(jù)。3.3.3調(diào)試過程中問題和解決的方法本項目在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)接收端的Zigbee模塊向驅(qū)動模塊發(fā)送的指令，驅(qū)動模塊沒有接收到。經(jīng)過電路連接的檢查和檢查元件的焊接沒有問題之后。再通過查閱資料發(fā)現(xiàn)。Zigbee模塊中CC2530芯片的IO口輸出電壓為3.3V，而驅(qū)動模塊中的L298N芯片的輸入信號電壓為5V。所以L298N接收不到信號，驅(qū)動模塊不工作。經(jīng)過和同學(xué)的共同研究，加入了一塊放大芯片LM339。它是個比較器，把3.3V的輸入轉(zhuǎn)換為5V的輸出。這樣L298N就能接收到信號，驅(qū)動電路也可以正常工作了。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第4章項目成果4.1硬件成果物4.1.1硬件電路圖本項目硬件部分包括Zigbee模塊，驅(qū)動模塊，電源模塊等。項目的硬件原理圖如圖4.1所示。圖4.1硬件原理圖4.1.2硬件實(shí)物圖利用Zigbee模塊來控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。硬件實(shí)物圖如圖4.2和4.3所示。圖4.2硬件實(shí)物圖（a）圖4.3硬件實(shí)物圖（b）4.2軟件成果物本項目我們利用IAR軟件進(jìn)行軟件的代碼編程。如圖4.4是發(fā)送端模塊代碼的實(shí)現(xiàn)，圖4.5是接收端模塊代碼的實(shí)現(xiàn)。 圖4.4發(fā)送端模塊代碼圖4.5接收端模塊代碼第5章結(jié)論經(jīng)過了這幾個月的努力學(xué)習(xí)，初步的認(rèn)識了ZigBee技術(shù)的工作原理和它如何在現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際應(yīng)用并且實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計的基本要求。在做項目項目的同時也提高了編輯文檔的能力，制作流程圖的能力，查閱書籍的能力，以及編寫代碼的能力。雖然在做項目的時候，也出現(xiàn)了大大小小的問題。但是，通過請教老師咨詢同學(xué)，把這些問題逐步一點(diǎn)一點(diǎn)的解決了。比如，CC2530芯片IO口輸出信號的電壓是3.3V，而驅(qū)動芯片L298N的信號輸入引腳的電壓是5V。所以，信號很難輸入到L298N芯片中。通過和同學(xué)的共同研究后，加入了