一種基于ZigBee網絡的電子席卡系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于ZigBee網絡的電子席卡系統，它的組成包括：顯示節點(1)，網關節點(2)，GPRS網絡(3)，Internet網絡(4)，控制中心計算機(5)和參加會議人員的手機(6)，其特征在于：控制中心計算機(5)通過，GPRS網絡(3)和Internet網絡(4)傳輸信息至網關節點(2)，顯示節點(1)組成ZigBee網絡，接收并顯示網關節點(2)的信息，同時控制中心計算機(5)通過GPRS網絡(3)，Internet網絡(4)可將會議的相關內容和通知信息發至參加會議人員的手機(6)上。本實用新型的電子席卡系統，ZigBee網絡具有靈活的網絡架構，適合不同形狀的會議室，ZigBee網絡功耗低；可以無限次的使用，提高了效率，降低了成本，解決了傳統席卡的缺陷和不足。
【專利說明】
-種基于Z i gBee網絡的電子席卡系統
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種會議辦公系統，尤其設及一種放置在會議桌上的席卡，可W 通過無線通訊方式修改顯示內容和顯示方式的無線電子席位牌W及會議材料和通知。
【背景技術】
[0002] 在當今信息急速增長的時代，各企事業單位內外部信息交流都愈加頻繁，也隨之 帶來各種形式的會議交流活動，如：企業間的商務談判、政府間的重大事件討論與決策、各 類學術與技術交流、企業間內部事務匯報等。席位牌是會議交流活動時放置于會議桌上顯 示與會者信息的裝置。傳統的席位牌存在W下不足:1)限于席位牌的尺寸，可W顯示的信息 較少;2)更換顯示內容，需要重新打印、安裝，不方便。電子席位牌的出現克服了上述不足， 但是也帶來了新的不便：1)采用有線通訊方式，修改顯示內容的時，需要移動電子席位牌， 逐個修改，不僅操作麻煩，且效率低下；2)采用有線通訊和采用電源線供電，增加了會場布 置的工作量，浪費了人力、物力。因此，需要一種可W方便快捷修改顯示內容和顯示方式的 席位牌。本實用新型采用Zi濁ee無線通信網絡，實現會議辦公系統。 【實用新型內容】
[0003] 針對上述技術問題，提出如下解決技術方案：
[0004] 1) -種基于ZigBee網絡的電子席卡系統，它的組成包括：顯示節點1，網關節點2， GPRS網絡3，Internet網絡4，控制中屯、計算機5和參加會議人員的手機6，其工作過程:控制 中屯、計算機5通過，GPRS網絡3和Internet網絡4傳輸信息至網關節點2,顯示節點1自己組成 ZigBee網絡，接收并顯示網關節點2的信息，同時控制中屯、計算機5通過GPRS網絡3， Internet網絡4可將會議的相關內容和通知信息發至參加會議人員的手機6上。
[000引 2)顯示節點1組成為LED顯示模塊7、ZigBeeCC2530模塊8和電源模塊9， ZigBeeCC2530模塊8接收網關節點2傳輸的信息，L邸顯示模塊7顯示接收到的信息，電源模 塊9為顯示節點1的組成模塊提供電源。
[0006] 3)網關節點2組成為GPRS模塊13、微處理器10、顯示器11、觸摸屏12和 Zi濁eeCC2530模塊8和電源模塊9，GPRS模塊13作為微處理器10的輸入端，顯示器11、觸摸屏 12和ZigBeeCC2530模塊8作為微處理器10的輸出端，電源模塊為網關節點2的組成模塊提供 電源。
[0007] 4)微處理器10為DSP或ARM32位微處理器。
[000引本實用新型有如下積極技術效果：
[0009] 1.本實用新型的電子席卡系統，其顯示節點與顯示節點W及顯示節點與網關節點 之間的通信ZigBee協議進行通信，ZigBee網絡具有靈活的網絡架構，適合不同形狀的會議 室，ZigBee網絡功耗低；
[0010] 2.控制中屯、通過向Internet網絡和GPRS網絡向網關節點發送命令和數據對顯示 節點進行控制和管理，控制中屯、可W遠距離控制網關節點；
[0011] 3.可w設置顯示內容、修改顯示內容、字體、顏色、背景圖片、顯示方式，其中顯示 方法包括滾動顯示和一直顯示。顯然，本實用新型所述的電子席卡系統具有節能環保，人性 化、多樣化、個性化顯示的特點，靈活方便，可W無限次的使用，提高了效率，降低了成本，很 好地解決了傳統席卡的缺陷和不足；
[0012] 4.在網關節點上可W實現觸摸屏式的會議內容查詢方式，可W進行會議資料的下 載。
【附圖說明】
[0013] 圖1是基于Zi濁ee的電子席卡系統圖。
[0014] 圖2是網關節點組成圖。
[0015] 圖3是顯示節點組成圖。
[0016] 圖4是SIM900A外圍電路。
[0017] 圖5是3.3V轉換到5V硬件電路。
[001引圖中：1為顯示節點，2為網關節點，2為GPRS網絡3,4為Internet網絡，5為控制中屯、 計算機5，6為參加會議人員的手機，7為Lm)顯示模塊，8為Zi濁eeCC2530模塊，9為電源模塊， 10為微處理器，11為顯示器，12為觸摸屏，13為GPRS模塊。
【具體實施方式】
[0019] 下面監護附圖來說明本實用新型的具體實施。
[0020] 1.電子席系統的工作過程
[0021 ]電子席系統的組成如圖1所示，其工作過程:控制中屯、計算機5通過，GPRS網絡3和 Internet網絡4傳輸信息至網關節點2,顯示節點1自己組成ZigBee網絡，接收并顯示網關節 點2的信息，同時控制中屯、計算機5通過GPRS網絡3，Internet網絡4可將會議的相關內容和 通知信息發至參加會議人員的手機6上。其中顯示節點1可W設置顯示內容、修改顯示內容、 字體、顏色、背景圖片、顯示方式，其中顯示方法包括滾動顯示和一直顯示。在網關節點上可 W實現觸摸屏式的會議內容查詢方式，可W進行會議資料的下載。
[0022] 2.顯示節點
[0023] 2.1顯示節點的定位方法
[0024] PDM(P)定位在傳感網中嵌入式空間來描述節點的位置，從一個節點（錯節點或非 錯節點巧Ij錯節點測量估計值在線性系統中來定位它的坐標。假設存在Μ個錯節點，節點Si 在Μ維的嵌入式空間中的坐標用估計值矢量來表示：
[002引 Pi= {pii，pi2，···，piM}T
[002引Pij表示節點巧Ij節點j的估計測量值，Pij = 0。整個嵌入式空間可W用一個MXM的 估計矩陣來表示為：
[0027] p=化，P2，...，Pm]
[0028] 地理距離矢量表示為：
[00 巧]
[0030] lu表示節點i到節點j的地理距離。則地理距離矩陣表示為：
[0031] L=[Li，L2，...，Lm]
[0032] PDM定位算法主要思想是構建一個最優線性轉換Τ(稱為PDM)，提供一個從估計矩 陣P到線性矩陣L的影射關系。未知節點在獲得一個估計矢量后，就可W利用運種映射關系 來計算它的距離矢量，從而計算節點的位置坐標。T是一個MXM的矩陣，T的每一行通過最小 化方差來得到。
[0033]
[0034] ai，L2，...，LM]=T[Pi，P2，...，PM]
[0035] 通過最小方差得到行矢量：
[0036] =辟(戶尸7 )-1
[0037] 在非奇異分解中，由于在測量中可能存在噪聲等干擾，使得包含小的接近于0的非 奇異值，PDM定位算法中采用拋棄小的非奇異值的方法來解決運個問題。
[0038] 2.2選用〇：2530射頻模塊
[0039] Zi濁ee CC2530選用CC2530射頻模塊，DSP 11選用TMS320F2812處理器作為中屯、處 理器，具有高性能、低功耗、低成本特點，其指令處理速度可W高達300兆指令/秒，能滿足 無線傳感器網關節點的高速傳輸要求，和保證工作穩定性。
[0040] 2.3顯示節點采集字模信息
[0041 ] Windows支持設備字體和GDI字體。設備字體是輸出設備固有的，GDI字體存儲在硬 盤文件中。GDI字體包括點陣字體、筆劃字體W及化ueType字體Ξ種類型。從字庫文件中可 W直接得到點陣字體的字模，而筆劃字體和TrueType字體是矢量字體，無法直接得到它們 的字模，必須將運兩種字體點陣化，W獲得所需要的字模。市場上現有的字庫忍片大多提供 不超過32*32點陣的字庫，而與會人員姓名的字體大小通常至少為100*100,現有字庫無法 滿足，所W需要管理系統將輸入的文字轉換成字模信息。本系統采用從Windows的矢量字體 中提取字模的方法來采集字模信息。
[0042] 首先在主界面上設置文字在LCD液晶屏顯示的位置，然后點擊"添加字模"按鈕進 入采集字模信息子界面。如圖4所示，為了防止誤操作，子界面只有"選擇字體"按鈕可選。使 用字體對話框(FontDialog)控件，選擇所需要的字體、字形、大小、效果、顏色、字符集等參 數。
[0043] 在"輸入文字"中輸入文字后，使用TextRenderer類的測量文本MeasureText方法 測量字的像素大小。本系統字模信息存儲采用16進制存儲，由于字模信息1位代表1個點，1 字節代表8個點，為了存儲信息不串行，調整字的寬像素為8的整數倍。然后將字按位圖形式 繪于與調整后字等像素大小的位圖上，按行按列地讀取位圖每個點的顏色信息，若讀取到 的顏色與字體顏色一致，表示此點是字的組成部分，則此點對應的二進制數據記錄為"Γ， 反之，此點對應的二進制數據記錄為"0" 。在獲取字的所有二進制數據后，按照點陣字庫 裸數據的存儲方式轉換為16進制存儲，并顯示在"字模數據"TextBox中。最后使用panel控 件重繪取字模圖，字模信息為1處，用字體顏色的畫筆畫小矩形，為0處，用白色畫小矩形。3. 網關節點
[0044] 3.1SIM900A 外圍電路
[0045] 本系統采用SIM900A來完成GPRS無線通信功能，通過UART接口與LPC1778主忍片連 接，主忍片將需要傳輸的協議通過UART發給SIM900A，然后由SIM900A往外發出，工作方式簡 單、可靠。SIM900A的工作電壓為3.2V~4.8V;在AT指令中選擇TCP或者IP通訊協議；有 42.8化PS的最大上行、85.化bps的最大下行速率；自帶SIM卡接口。GPRS無線通訊模塊的外 圍電路設計如圖4所示，主忍片的TXD、RXD引腳分別與SIM900A的RXD、TXD相連接;通過主忍 片的10 口控制驅動電路來使能SIM900A;用10 口開控制SIM900A的復位。
[0046] 3.2微控制器選型
[0047] 目前，基于ARM核的微控制器具有低功耗、高性價比的優勢，遍及各個領域，是嵌入 式系統的主流。本系統的微控制器承擔系統的大部分功能，其選擇主要考慮性能、功耗、片 內資源等方面。因此選擇了執行速度快、片內資源比較豐富的ARM微控制器。目前市場上有 很多種類的ARM微控制器，選擇微控制器的型號需要綜合考慮W下幾個因素：
[004引1)ARM內核結構的選擇
[0049] ARM Codex-M3內核是一個小管腳數目、面向低成本W及低功耗應用，并且具有中 斷響應能力和極高運算能力的處理器內核。相對于ARM7內核，它采用了先進的ARMv7架構和 Thumb-2指令集;具有帶分支預測的Ξ級流水線和8段存儲器保護單元(MPU); W醒I的方式 取代了FIQ/IRQ的中斷處理方式;其中斷延遲最大只需12個周期；帶睡眠模式。電子席卡無 需使用Linux等嵌入式操作系統，因此無需選擇帶有MMU功能的ARM忍片。綜上所述，本系統 選用基礎內核小、速度快、功耗低、價格便宜的ARM Codex-M3內核。
[0050] 2)系統工作頻率的選擇
[0051] 系統的工作頻率很大程度上決定了微控制器的數據處理能力。ARM Codex-M3內 核的微控制器工作頻率可達lOOMHz，處理速度為1.25MIPS/MHZ，功耗僅為0.19mW/MHz，已經 能夠滿足電子席卡的要求。
[0052] 3)片內資源的選擇
[0053] 根據系統的功能需求，電子席卡要求有：
[0054] (1)嵌入式處理器需要通過串口進行在系統編程（ISP)調試，也需要通過串口與管 理終端進行信息交互，因此微控制器需要2個UART接口；
[0055] (2)電子席卡需要存儲圖片和字模信息，因此需要信息存儲器來存儲數據。Flash ROM和SD卡均通過SPI方式與微控制器通信。顯示節點的觸摸模塊也采用常用的SPI方式與 微控制器通信。因此微控制器需要3個SPI接口；
[0056] (3)嵌入式處理器需要通過W太網與管理終端進行信息交互，因此微控制器需要1 個W太網功能接口；
[0057] (4)電子席卡需要使用并口 7寸LCD液晶屏顯示圖片和文字，因此微控制器需要具 有豐富的I/O端口。
[0058] (5)批量生產的產品成本控制非常嚴格，所選擇的微控制器需要具有較高的性價 比。如果微控制器供應商能提供全方位的技術支撐，將大大縮短研發周期。
[0059] 綜合考慮W上因素，系統選用NXP公司的LPC1768微控制器，它是一款基于ARM Codex-M3內核的微控制器。結合系統的功能需求和LPC1768的特性，詳解如下：
[0060] (1化PC1768工作頻率可達lOOMHz，使用12M化的外部晶振，滿足系統的實時性要 求；
[0061 ] (2化PC1768具有512KB片上Flash程序存儲器和64邸片內SRAM數據存儲器，可W實 現一定規模的程序編寫和進行高性能的CPU訪問；
[0062] (3化PC1768外設資源豐富，包含4個UART接口、SPI接口、2個SSP控制器(可用于SPI 接口）、W太網MAC帶RMII接口、4個通用定時/計數器、看口狗定時器、和多達70個通用I/O管 腳，滿足電子席卡的設計需求；
[0063 ] (4) LPC1768支持JTAG協議，方便程序的下載和調試。
[0064] 3.3電源電路
[0065] 電源電路的設計十分重要，它主要用于給系統提供所需電能。考慮到電子席卡采 用+5V電源供電和系統中不同忍片所需電壓的要求，將供電電壓分為+5V和+3.3V兩個等級。
[0066] 系統設計通過使用SPX1117-3.3貼片忍片將巧V電壓轉換為+3.3V電壓。SPX1117- 3.3為一個低功耗、高效率、正向電壓調節器，具有很低的靜態電流。滿負載時，其低壓差僅 為1. IV，還有過流及溫度保護。輸出電流減少時，靜態電流會隨著負載變化，并提高了效率。 其中C35、C36用于去除電源的紋波，達到穩定輸出電壓的作用。3.4時鐘電路
[0067] 微控制器LPC1768包括內部R訝辰蕩器、主振蕩器和RT訝辰蕩器3個獨立的振蕩器。在 忍片上電或復位時，LPC1768自動選擇內部RC振蕩器作為系統的時鐘源，運使得系統能在沒 有外部晶振的情況下運行;也可W通過軟件方式修改時鐘源選擇寄存器，選擇主振蕩器(外 部晶體振蕩器)作為CPU的時鐘源，主振蕩器工作在IMHz~24MHz頻率下。考慮到UART、SPI接 口、W太網接口等資源的應用，電子席卡選擇精度更高的主振蕩器作為時鐘源。
[0068] 主振蕩器時鐘電路采用12M化的晶體振蕩器，晶振Y1并聯于時鐘管腳X1、X2兩端， 電容C32、C33構成一個回路，確保晶振能夠正常工作。
[0069] 3.5復位電路
[0070] 復位是指將計算機系統中的硬件邏輯歸位到初始狀態，比如使計算機的寄存器恢 復到默認值或讓處理器跳到第一條指令處執行程序等。微控制器在工作時經常會受到各種 各樣的干擾，或者由于軟件設計存在缺陷，容易出現異常狀況，如死鎖狀態、程序跑飛，使系 統不能正常工作。為了使系統能可靠運行，本系統設計了兩個復位電路，外部復位電路和看 Π 狗復位電路。
[0071] 選用CAT811_EUS-T作為外部復位忍片，它采用手動復位方式，并具有電壓檢測功 能。將LPC1768的克厲屏"引腳與外部復位忍片CAT811_EUS-T的瓦療引腳連接。手動短接 JP2，使?涼引腳為低電平，則引腳輸出為低，使LPC1768復位。CAT811_EUS-T的預置闊 值為+3.08V，當LPC1768的電壓低于+3.08V時，減輸出為低，運樣就起到了監控微控制器 電壓的作用。電容C37起到濾波作用，增加忍片的抗干擾能力。
[0072] 看口狗的作用是在微控制器進入錯誤狀態后的一定時間內復位。LPC1768內置有 看口狗部件，無需外圍輔助電路，用程序設計喂狗操作。當使能看口狗時，系統程序就需要 在溢出周期內及時喂狗(重裝口狗定時器的定時值）。如果沒有及時喂狗，說明硬件模塊發 生錯誤或者程序進入了某個死循環，看口狗就將觸發系統復位。
[0073] 3.6調試電路
[0074] 在系統開發階段，需要通過調試電路對系統進行仿真、調試。本系統設計了兩種調 試電路:在系統編程(ISP)調試電路和JTAG仿真/調試器編程調試電路。
[0075] 在系統編程（ISP)是通過Boot裝載軟件W及UART0串口對片內Flash存儲器進行編 程/再編程的方法。在系統編程（ISP)調試電路，手動短接肝巧Ij地，使LPC1768的P2.10引腳 為低電平，忍片復位后即進入ISP狀態，就可w通過UARTO燒寫程序。由于P2.10在復位后處 于高阻模式，提供上拉電阻R34，使該引腳的狀態穩定。
[0076] 3.化0)液晶屏模塊設計
[0077] 根據功能需求，系統選用群創公司的AT070TN927寸16位并口 LCD液晶屏作為顯示 屏，顯示控制忍片選用晶口科技有限公司的TFT真彩色液晶屏顯示控制忍片SSD1963。 SSD1963可提供1215k字節帖緩存，配有不同寬度并行接口總線來從微控制器接收圖形數 據，最大支持864 X 480 X 24位圖顯示。
[007引目前，LCD屏顯示功能最常用的兩種連接方式為:MCU模式和RGB模式。MCU模式控制 簡單方便，無需同步信號，數據可W先存到忍片內部GRAM后再往屏上寫，但由于耗費GRAM， 難W做到大屏；RGB模式控制比較復雜，但適合大屏顯示。本系統顯示功能采用MCU連接模 式，8080模式，16位數據位傳輸，連線分別為：ZCZ)_CS (片選）、LCD_RS(寄存器選擇）、 LCD民D、ICO_ 和16根數據線。
[0079] 觸摸控制忍片選用TI公司的TSC2046忍片。它是一種四線觸摸屏控制器，也是典型 的逐次逼近寄存器型A/D變換器，其結構W電容再分布為基礎，包含了取樣/保持功能，支持 SPI通訊，具有低功耗和高速率等特征。觸摸功能采用SPI方式連接，可W使響應速度更快， 靈敏度更高，微控制器LPC1768與觸摸控制器TSC2046間的通訊時間大大減少，提高了工作 效率。連線分別為：GS (片選）、MIS0、M0SI、SCK、TP_INT (中斷）。
[0080] LC的夜晶屏采用5V電源供電，而LPC1768采用3.3V電源供電，兩者電平不匹配，不能 直接相連，且液晶屏采用16位數據位傳輸，因此選用TI公司的SN74ALVC164245忍片，作為電 平轉換忍片。它是具有Ξ態輸出的16位2.5V(A端)至3.3V(B端)或3.3V(A端)至5V(B端）電 平雙向轉換收發器，主要用于數據總線之間的異步通信。
[0081] 如圖5所示，本系統選用3.3V轉5V功能。為了確保在開機或關機時忍片處于高阻抗 狀態，輸入輸出使能引腳應通過上拉電阻接電源。1DIRJDIR引腳用來控制電平轉換方 向。
[0082] 為了合理充分利用LPC1768的I/O引腳功能，針對LCD顯示，LPC1768采用8位數據位 傳輸方式。而IX的夜晶屏采用的是16位數據位傳輸方式，所W需要數據鎖存器來鎖存先到的 8位數據，再和后到的8位數據組成16位數據，傳輸給LCD屏。數據鎖存器選用飛利浦公司的 7化V573PW忍片。它是八進制D型透明鎖存器，低電壓娃柵CMOS器件；設有8個獨立D型鎖存 器，輸出端都帶有Ξ態口。鎖存使能LE和輸入輸出使能通用于所有內部鎖存器。LE為高， 允許所有D鎖存器動作，更新它們的狀態;為低，保持8位數據不變。為低，輸出鎖存信號； 為高，輸出處于高阻狀態。運類Ξ態輸出電路，不僅能使輸出負載和鎖存器得到有效的隔 離，還能使忍片在微控制器的總線傳輸電路中得到方便的應用。
【主權項】
1. 一種基于ZigBee網絡的電子席卡系統，它的組成包括：顯示節點（1)，網關節點（2)， GPRS網絡(3)，Internet網絡(4)，控制中心計算機(5)和參加會議人員的手機(6)，其特征在 于:控制中心計算機(5)通過GPRS網絡(3)和Internet網絡(4)傳輸信息至網關節點（2)，顯 示節點（1)組成ZigBee網絡，接收并顯示網關節點（2)的信息，同時控制中心計算機(5)通過 GPRS網絡(3)，Internet網絡(4)可將會議的相關內容和通知信息發至參加會議人員的手機 (6)上。2. 根據權利要求1所述的電子席卡系統，其特征在于:所述的顯示節點（1)組成為LED顯 示模塊(7)，ZigBeeCC2530模塊(8)和電源模塊(9)，ZigBeeCC2530模塊(8)接收網關節點（2) 傳輸的信息，LED顯示模塊(7)顯示接收到的信息，電源模塊(9)為顯示節點（1)的組成模塊 提供電源。3. 根據權利要求1或2所述的電子席卡系統，其特征在于:所述的網關節點（2)組成為 GPRS模塊（13)，微處理器（10)，顯示器（11)，觸摸屏（12)和ZigBeeCC2530模塊(8)和電源模 塊（9)，GPRS模塊（13)作為微處理器（10)的輸入端，顯示器（11)，觸摸屏（12)和 ZigBeeCC2530模塊(8)作為微處理器（10)的輸出端，電源模塊為網關節點（2)的組成模塊提 供電源。4. 根據權利要求3所述的電子席卡系統，其特征在于：所述的微處理器（10)為DSPS ARM32位微處理器。
【文檔編號】H04L29/08GK205451707SQ201620011942
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月4日
【發明人】秦亞杰, 朱建良
【申請人】南京理工大學