随着人民生活水平的提高和生活方式的转变，餐饮业具有巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业。无线电子点菜系统是无线通信技术的典型应用，把无线技术用于餐饮业将会极大提高餐馆的工作效率和服务质量。
论文给出了无线电子点菜系统的完整的硬件平台的设计和实现方案。整个系统有主机端和移动端两部分组成，无线通信的双方依托一定的硬件平台，按照约定好的协议来实现数据交换。设计的硬件平台时，首先详细介绍了平台将要用到的一些芯片，然后使用Protel 99 SE设计出了系统的原理图和PCB(Print Circuit Broad,印刷电路板)图；在设计的硬件平台的基础上，依据所用芯片的编程原则，在Windows环境下，以C51语言为编程语言，开发出了无线通信系统的驱动程序来实现双方约定的通信协议。文中还附带简要介绍了用到的软件开发工具，以及系统的局限性，并提出了进一步改进的方案。
为了使整个系统更加完善，用Visual C++ 6.0开发了串口调试工具，实现了将远端数据发送到计算机并以窗口形式显示和通过窗口形式将计算机上的数据发送到远端，基本达到了论文的设计目的。

1.1 研究背景和意义

人类利用无线通信技术的历史已经有几千年了，古时候用的烽火台就是最原始的无线通信。但这时候的无线通信技术还只是处于萌芽阶段，只有到19世纪末意大利人马可尼发明无线电报开始，人类才真正开始大规模地利用无线通信技术[1]。近数十年来随着计算机技术和电子技术的发展，无线通信技术更是以日新月异的速度向前发展，它也成为了通信领域的一个重点研究方向。
现代的无线通信技术是建立在硬件电路的基础上的，因此微电子技术[2]的发展直接制约着无线通信技术的发展。回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今40多年以来，”从电路集成到系统集成”这句话是对IC产品从SSI（Small Scale Integrated，小规模集成电路）到VLSI（Very Large Scale Integrated超大规模集成电路）今天特大规模集成电路发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（System-on-a-chip）的过程。随着集程度的提高，芯片的体积能耗和成本在逐步降低。这也使电子产品向便携式和低端市场发展。
虽然微电子的发展历史已经有半个多世纪，但是射频芯片[1][2]的发展却是近几年的事。从分类上来看，射频芯片属于专用集成电路。目前国际上有很多专门生产射频芯片的公司，例如Nordic公司和Chipcon公司。这些芯片一般工作在免费频段，采用专门的调制解调技术，内部集成了很多电路。像Nordic公司的NRF2401芯片，它是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz medicine，工业、科学、医学）频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。
无线电子点菜系统是无线通信技术的一个典型应用。近些年来，随着人民生活水平的提高和生活方式的转变，餐饮业具有巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业。人们在消费过程中对服务质量也有了更高的要求，同时餐馆之间的激烈竞争也促进了无线通信技术在餐饮业中的应用。无线电子点菜系统的目的就是利用最先进的2.4GRF无线通信技术、嵌入式移动数据库技术[3][4]、以及触摸屏的掌上电脑技术, 为餐饮业走向全面数字化提供了完整的解决方案。该系统能够提高餐馆档次、提高效率、自动结账、避免人为错误、避免跑单、实时监控餐馆状况、提供各种各样统计信息、精简人手、管理库存、提高服务品质等，为餐饮行业带来崭新的管理理念与服务手段,优化业务流程,为客户提供更好的服务,实现企业价值最大化同时又使成本最低化,是餐饮行业向信息化发展的一个重要标志。由于使用无线技术通信，可以不用进行复杂的布线，这也大大降低了餐馆的建设成本，减少了对线路维护的开支。同时，无线通信的可以移动性也使服务员随时可以和吧台联系。
无线电子点菜系统基于目前很热门的技术–嵌入式技术[3]，依托一定的硬件平台。因此微电子技术的发展对系统的性能有很大的限制，目前微电子技术已经发展到了SOC（System On Chip，片上系统），集成度获得了极大的提高。同时，芯片的价格，体积和能耗进一步降低，这些都使无线电子点菜系统向移动化和大众化方向发展。可以说，随着微电子技术的进一步发展，无线电子点菜系统仍然有很大的发展空间。

1.2 无线通信技术的发展现状

按照发射功率的不同，无线通信技术可分为短距离无线通信技术和长距离无线通信技术，它们各自依托的硬件平台和通信协议也有很大不同。几种常见的长距离无线通信系统如GPRS系统和我国即将投入使用的3G系统，它们都有一些共同的特点：使用专门的频段，需要专门的公司进行运营。由于本系统要求传输距离有限，而且对成本有限制，因此长距离无线通信协议不在考虑的范围之内，下面就重点阐述几种常见的短距离无线通信协议：
爱立信在1994年开始研究一种能使手机与其附件（如耳机）之间互相通信的无线模块，4年后，爱立信、诺基亚、IBM等公司共同推出了蓝牙技术，主要用于通信和信息设备的无线连接。蓝牙工作频率为2．4GHz，有效范围大约在10m半径内。在此范围内，采用蓝牙技术的多台设备，如手机、微机、激光打印机等能够无线互联，以约1Mb／s的速率相互传递数据，并能方便地接入互联网。目前蓝牙技术开发重点是多点连接，即一台设备同时与多台（最多7台）其他设备互联。今后，市场上不同厂商的蓝牙产品将能够相互联通。
蓝牙技术的应用主要有以下3类：
1 语音／数据接入　是指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上，完成与广域网的连接。
2外围设备互连　是指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。
3 PAN(Personal Area Net，个人局域网)如图1所示，主要用于个人网络与信息的共享与交换。
蓝牙协议有以下技术特点：
（1）蓝牙工作在全球开放的2.4GHz ISM频段；
（2）使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道；
（3）一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；
（4）数据传输速率可达1Mbit/s；
（5）低功耗、通讯安全性好；
（6）在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角和方向要求；
正是由于蓝牙协议有以上特点，蓝牙产品涉及PC、笔记本电脑、移动电话等信息设备和A／V设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。蓝牙的支持者们预言说，一旦支持蓝牙的芯片变得非常便宜，蓝牙将置身于几乎所有产品之中，从微波炉一直到衣服上的纽扣。
但是蓝牙的传输距离比较短，而且蓝牙是一种还没有完全成熟的技术，尽管被描述得前景诱人，但还有待于实际使用的严格检验。蓝牙的数据传输速率也不是很高，在当今这个数据爆炸的时代，可能也会对它的发展有所影响。目前主流的软件和硬件平台均不提供对蓝牙的支持，这使得蓝牙的应用成本升高，普及难度增大。从以上各点综合考虑，蓝牙协议不适合本系统。
超宽带技术UWB（Ultra Wide band）是另一个新发展起来的无线通信技术。UWB通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。窄脉冲（小于1ns）产生极大带宽的信号。脉冲采用脉位调制（Pulse Position Modulation，PPM）或二进制移相键控（BPSK）调制。UWB被允许在3．1～10．6GHz的波段内工作。它主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高（大于100Mb／s）的LAN(Local Area Net，本地局域网)s或PANs。
军事部门已对UWB进行了多年研究，开发出了分辨率极高的雷达。直到2002年2月14日，美国联邦通信委员会才准许该技术进入民用领域。所以对于商业和消费领域，UWB还是新鲜事物。UWB有可能在10m范围内，支持高达110Mb／s的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。虽然说UWB技术的数据传输距离相比蓝牙技术已经获得很大提高，但是仍然不能满足本系统的技术要求。
Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术名称。这一名称来源与蜜蜂的八字舞。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
ZigBee协议的技术特点和应用前景将在下一章详细叙述。
红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输，传输速率最快可达16Mbps。IRDA将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在850nm至900nm之内。IRDA技术有以下特点：
（1）它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；
（2）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。
（3）主要是用来取代点对点的线缆连接；
（4）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；
（5）小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强
（6） 传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。
虽然目前IRDA技术发展已经很成熟，而且有很多公司的产品都支持这种协议。但是由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以它只能用于视距传输，传输距离比较短，因此也不适合本系统的技术要求。
综合比较以上各个短距离无线通信协议的技术特点和本系统的要求，只有ZigBee协议能基本满足要求。而且目前支持ZigBee协议的厂商比较多，技术发展也很成熟，可以作成低成本的嵌入式产品。

1.3 论文的研究内容

无线电子点菜系统的实现是建立在硬件电路的基础上的，为了降低误码率，提高频率资源的利用律，数据必须按照一定协议传输。在发送端，数据按照一定的格式编码，然后调制到一约定的频率后发送；接受端将接收到的信号经过解调和解码后，将数据还原。
本论文的研究内容主要有两部分组成：
1.经过讨论各种无线通信协议的特点和电子技术的发展现状，在此基础上，提出了基于ZigBee协议的硬件平台。并详细分析了平台组成部分各自的原理以及功能。
2.分析了平台的编程规则，开发出了相应的驱动程序。

本文对无线电子电菜系统的硬件设计进行了深入的研究，全文共分为五章，各章节的内容安排如下：
第一章介绍了本文的研究背景和各章节的内容安排情况。
第二章介绍ZigBee协议的详细内容和一种基于ZigBee协议的芯片。
第三章在上一章的基础上提出了自己的硬件平台，详细介绍了平台的组成部分和各自的功能。
第四章和第三章相对应的，主要讲了硬件平台的驱动程序以及PC机端串行口调试工具的开发，并简单介绍了相应的软件开发工具。
第五章是总结与展望。对本文工作进行了总结，并探讨可以进一步深入研
ZigBee协议是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。
ZigBee协议依据802.15.4标准[8][9]，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术，同时由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。

ZigBee协议同其它网络通信协议一样采用分层模型，对各层所实现的功能和在整个协议中起的作用做了明确的划分，每层为其上层提供一组特定的服务。ZigBee的协议架构大致如表2.1所列。

第二层 媒体访问层（MAC）

ZigBee协议虽然是基于标准的七层OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）模型[10]，但仅对那些涉及ZigBee的层予以定义。IEEE802.15.4-2003标准定义了最下面的两层：物理层和MAC。ZigBee联盟提供了网络层和应用层框架的协议。
相比于常见的无线通信标准，ZigBee协议套件紧凑而简单，具体实现的要求很低。以下是ZigBee协议套件的需求估计：硬件需要8位处理器，如广泛使用的80C51系列单片机[12]；软件需要32KB的ROM（Read Only Memory，只读存储器），最小软件需要4KB的ROM；网络主节点需要更多的ROM以容纳网络内所有节点的设备信息，数据包转发表，设备关联表，与安全有关的密钥存储等。
IEEE802.15.4标准在物理层设计中面向低成本和更高层次的集成需求，才用的工作频段分别为2.4 GHz和868/915 MHz。各个频段可以使用的信道数目分别为16、10、1，各自提供250kbps,40kbps和20kbps的传输速率，其传输范围介于10-100米之间。
为了避免干扰，在各个频段均使用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频技术)[13]，以化整为零方式将一个信号分为多个信号，再经由编码方式传送信号以避免干扰，这对大部分较低端的实现来说，直接序列的应用可以使模拟电路更加简单，具有更高的容错性能。
IEEE802.15.4标准在媒体访问层（MAC）方面，主要沿用无线局域网WLAN中IEEE802.11系列标准的CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance，载波监听多路访问与冲突避免)方式以提高系统的兼容性。这种MAC层的设计不但是多种拓扑结构网络的应用变得简单，还可以实现非常有效的功耗控制。
网络功能是ZigBee协议的重要特点，也是与其他无线局域网标准不同的地方。在网络层方面其主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并且具有自我组态与自我修复功能。在网络层中ZigBee协议定义了三种角色：第一个是网络协调器，负责网络的建立以及网络位置的分配；第二个是路由器，主要负责找寻建立以及修复信息包的路由路径，并负责转发信息包；第三个是末端装置，只能选择加入他人已经形成的网络，可以收发信息包，但是不能转发，不具备路由的功能。通常，路由器和网络协调器由全功能装置（FFD）实现，而末端装置由简化功能装置（RFD）实现。在组网方式上，ZigBee主要采用图2.1所示三种方式：其一为主从方式的星形网，它需要一个能负责管理和维护网络的网络协调器和不超过65535个从属装置；其二为簇形网络，它可以是扩展的单个星形网或者互连多个星形网络；其三为网状网（Mesh），网络中的每个FFD可以做为路由器，根据AD hoc网络路由协议来优化最短和最可靠的路径。

图2.1 三种网络拓扑结构

对于应用层，主要有三个部分：与网络层相连的应用支持（APS），ZigBee设备对象（ZDO）以及装置应用行规。ZigBee的应用层架构最重要的是已经覆盖了服务的观念。
Net，个人无线局域网）后，应用层的ZMO会发起一系列的初始化动作，先通过APS进行装置收寻以及服务收寻后，然后根据事先定义好的描述信息，将与其相关的装置或是服务记录在APS里的绑定表中；之后所有服务的使用，都要通过这个绑定表来查询资料的服务或者行规。而装置应用行规则是根据不同的产品设计出的不同的描述信息，以及ZigBee各层协议的参数设定。
安全层并非单独独立的协议，ZigBee为其提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件，并且集成了IEEE802.15.4标准的安全元素，用来保证MAC层祯的机密性，一致性和真实性。
另外ZigBee联盟也负责ZigBee产品互通性测试与认证规则的制定，让开发ZigBee产品的厂商有一个公开的场合，能够互相测试互通性。而在认证部分，ZigBee联盟一共定义了三种层次的认证，第一级认证物理层和MAC，与芯片厂有着最直接的关系；第二级认证ZigBee协议栈；第三级认证ZigBee产品。只有通过第三级认证的产品才能贴上ZigBee的标志，所以也称作ZigBee注册认证。

ZigBee协议是从WLAN发展过来的，经过近几年来ZigBee联盟成员[7]对标准的不断修改和完善，已经显示出了强大的生命力，但是本身还有一些缺点，这也限制了ZigBee协议的使用范围。
功耗低：由于ZigBee网络节点设备工作周期较短、收发信息功耗较低，并且采用了休眠模式（当不传送数据时处于休眠状态，当需要接收数据时由ZigBee网络中的协调器设备负责唤醒它们），可以确保两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间。避免了频繁更换电池或者充电，从而减轻了网络维护的负担 。
数据传输可靠性高：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。而且MAC层采用了完全确认的数据传输机制，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，从而从根本上确保了数据传输的可靠性，最大限度地降低信息损失的概率。
网络容量大：一个Zigbee网络可以容纳最多65536个从设备和一个主设备[14]，一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络。
时延小：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。

设备收索时延典型值（ms） 休眠激活时延典型值(ms) 活动设备信道接入时延(ms)

兼容性：与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络，采用CSMA-CA方式进行信道存取。为了可靠传递，提供全握手协议。
安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性，是网络安全得到有效的保障。
实现成本低：模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5~2.5美元，且Zigbee协议是免专利费的。
协议套件紧凑而简单：其具体实现的要求很低。Zigbee协议套件的需求估计：8位微处理器，如80C51[10]；全协议套件软件需要32K字节的ROM；最小协议套件软件大约4K字节的ROM。
802.15.4标准是ZigBee协议的基础，用它实现无线数据采集，主要有以下两个问题：
1、网络内传感器节点时钟需要同步，监控系统的多传感器信息融合时，上位机需要知道每个原始数据是何时采集的，采样的触发要求每个节点有统一的时钟；
2、其通信速率较低，而且又受到接口通信速率的限制，加之受纠错码的编码效率影响，真正的数据发送量是很低的。
解决此问题可以通过如下的途径： 传感器节点采用DSP处理器，尽可能在传感器节点一级多做些数据处理工作，尽量减少原始数据的发送量，只发送有用信息。例如，对于平稳状态的原始数据可以不发送到上位机中，只发送可疑状态前后的原始数据，这样就大大减少了数据的通信量。
ZigBee协议特别适合数据吞吐量小，网络建设投资少，网络安全要求较高，不便频繁更换电池或者充电的场合，预计将在消费类电子设备，家庭智能化，工业控制，医疗设备控制，农业自动化和无线点菜系统等领域获得广泛的应用。
消费类电子产品和家庭智能化将是ZigBee技术最有潜力的市场，家庭可以联网的设备包括电视，录象机，PC外设，儿童玩具，游戏机，门禁系统，窗户和窗帘，照明设备，空调设备和其他家用电器等。家用设备引进ZigBee协议后将极大改善人们的居住环境和舒适度。
在工业控制领域，利用传感器和ZigBee网络，可是数据的自动采集，分析和处理变得更加容易；可以作为决策辅助系统的重要组成部分，例如危险化学成分的检测，火警的早期检测和预报，高速旋转机器的检测和维护。这些应用不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新，重点在于低功耗，可最大限度地延长电池的寿命，减少ZigBee网络的维护成本。
在医学领域，利用传感器和ZigBee网络可以准确，实时地监测每个病人的血压，心率等情况，有助于医生快速做出反应，减少医生查房的工作负担，特别适合对重，危病患者的监护和治疗。
在现代农业中，利用传感器可以将土壤温度，氮浓度，PH值，降水量，气温，气压和采集信息的地理位置经由ZigBee网络传送到中央的控制部分，使农民能及早而且准确地发现问题，从而有助于保持并提高农作物的产量，减少发生灾害的概率。
本系统是将ZigBee协议用于餐馆的无线点菜系统，这样能够提高餐馆档次、提高效率、自动结账、避免人为错误、避免跑单、实时监控餐馆状况、提供各种各样统计信息、精简人手、管理库存、提高服务品质等，为餐饮行业带来崭新的管理理念与服务手段,优化业务流程,为客户提供更好的服务,实现企业价值最大化同时又使成本最低化,是餐饮行业向信息化发展的一个重要标志。

2002年8月ZigBee联盟成立时Honeywell，Invensys,三菱电器，摩托罗拉和飞利浦等国际上知名的大公司就是ZigBee协议的支持者。目前，ZigBee已经吸引了上百家芯片研发公司和无线设备制造公司，并且不断有新的公司加盟这一联盟。现在国际上有很多公司生产基于ZigBee协议的芯片，芯片的集成度也越来越高。例如挪威的Nordic公司的nRF系列芯片，还有Chipcon公司的无线数据传输芯片等。各个公司的芯片原理基本相同，编程规则大致相同，因此选用Nordic公司的nRF2401，下面详细叙述一下nRF2401芯片的特点。
nRF2401无线收发一体芯片和蓝牙一样，都工作在2.4GHZ自由频段，能够在全球无线市场畅通无阻。nRF2401支持多点间通信，最高传输速率超过1Mbit/s，而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用SOC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是，nRF2401没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是，nRF2401比蓝牙产品更便宜。所以nRF2401是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。
nRF2401的引脚排列如图2.2（顶视图）所示。它采用5mm×5mm的24引脚QFN封装。nRF2401的主要特点如下：

(1)采用全球开放的2.4GHZ频段，有125个频道，可满足多频及跳频需要；
(2)速率（1Mbps）高于蓝牙，且具有高数据吞吐量；
(3)外围元件极少，只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路；
(4)发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置；
(5)电源电压范围为1.9-3.6V，功耗很低；
(6)电流消耗很小，-5dBm输出功率时的典型峰值电流为10.5mA；
(7)芯片内部设置有专门的稳压电路，因此，使用任何电源（包括DC/DC开关电源）均有很好的通信效果；
(8)每个芯片均可以通过软件设置最多40bit地址，而且只有收到本机地址时才会输出数据（提供一个中断指示），同时编程也很方便；
(11)采用ShockBurst TM模式时，能适用极低的功率操作和不严格的MCU执行；
(12)无需外部SAW滤波器；
(14)带有数据时隙和数据时钟恢复功能。
nRF2401的内部结构原理及外部组成框图如图2.3所示，下面介绍其工作原理。

图2.3 nRF2401的内部结构原理及外部组成框图

ShockBurst TM发射主要通过MCU接口引脚CE、CLK1和DATA来完成。当MCU请求发送数据时，置CE为高电平，此时的接收机地址和有效载荷数据作为nRF2401的内部时钟，可用请求协议或MCU将速率调至1Mbps；置CE为低电平可激活ShockBurst TM发射。
ShockBurst TM接收主要使用MCU接口引脚CE、DR1、CLK1、DATA来实现。当正确设置射频包输入载荷的地址和大小后，置CE为高电平可激活RX。此后便可在nRF2401监测信息输入200μｓ，若收到有效数据包，则给MCU一个中断并置DR1为高电平，以使MCU 以时钟形式输出有效载荷数据，待系统收到全部数据后, nRF2401再置DR1为低?此时如果CE保持高电平，则等待新的数据包。若CE置低电平，则开始接收新的序列
nRF2401的 DuoCeiver TM[17]技术为RX提供了两个独立的专用数字信道，因而可代替两个单独接收系统。图4所示是DuoCeiver TM同时双接收信道结构图。 nRF2401可以通过一个天线接口从相隔8MHZ的两1Mbps接收机上接收数据。同时将两个数字信道的输出反馈到两个单独的MCU接口。具体的两个信道如下:

应当说明的是,数字信道2的频率只有在比数字信道1的频率高出8MHZ时，才能保证正常接收。

第三章 基于ZigBee协议的硬件系统的设计及实现
目前，51系列单片机非常流行，而且资料众多，因此选用51系列单片机作为开发板的MCU，通过附加一定的外围电路后，来和无线数据传输模块进行通信，实现数据的无线传输。

STC89C58RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰，高速，低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。
4. 用户应用程序空间32K字节
6. 通用I/O口32个，复位后为： P1/P2/P3是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/ 仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片
10.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用
11.外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
使用这种单片机做开发板，最大的优势就在于它支持ISP，这样不用购买昂贵的编程器/ 仿真器，直接通过串口线就能实现在线编程。而且内部集成了看门狗和Flash，简化了PCB板的制作。指令代码与51单片机兼容，这样可以用常用的51单片机软件开发工具开发驱动程序。

3.2 开发板的各个组成部分原理图以及功能

整个开发板是由单片机最小系统和它的一些外围电路组成，单片机最小系统做为整个开发板的控制中心，控制各个外围电路协调工作，完成系统设计的功能。整个系统原理图见附录2，下面详细叙述各个组成部分的原理及各自实现的功能。原理图由Protel 99SE[18][19]绘制。
3.2.1 单片机最小系统组成电路

单片机最小系统是整个开发板的控制中心，它由电源，复位电路和晶振组成。电源采用5V供电，晶振为12MHZ。为了便于调试，将P0.4-P0.7和发光管相连，发光管为共阳极连接，这是因为开发板初上电或者或者复位后，所有的I/O口均为高电平。由于不使用外部存储器，因此将EA接高电平。为了方便调试和降低成本，因此选用USB（Universial Serial Bus,通用串口总线）方式供电。USB的即插即用特性，使对开发板供电非常方便。图3.1所示为单片机最小系统。
图3.1 单片机最小系统
3.2.2 串行口电平转换部分
Equipment，数据通讯设备)定义的物理接口。RS-232采用非平衡连接(又称为单端线路)，在这个线路中，信号电压加到一条导线上，所有的信号电压都使用一个公共的接地线。为了提高抗干扰能力和增加传送距离，RS一232的每个脚线的信号和电平规定采用负逻辑电平，DC(-15一5V)规定为逻辑”1″,DC(+ 5-+15V)规定逻辑”0″, DC(-5一+5V规定为过渡区)。由于单片机的输入、输出电平为TTL电平，与 PC机RS-232标准串行接口的电气规范不一致，因此要实现单片机与PC机之间的数据通读，必须进行电平转换。选用的电平转换芯片为MAX232，它的工作电压为+5V，和单片机的工作电源相同。
由于STC89C58RD+单片机支持ISP下载，因此通过这个串行口既可以用来和PC机通信，又能将程序下载到单片机，不用购买昂贵的编程器。图3.2所示为串口电平转换部分。
图3.2 串口电平转换部分
由于单片机复位后，各个引脚输出都为高电平，因此选用共阴极的LED数码管。每个数码管的使能端com1,com2,com3,com4分别接到P1.0,P1.1,P1.2,P1.3，当向使能端输出低电平，即可选通相对应的数码管。74LS244为三态输出的八组缓冲器和总线驱动器,选用的四位八段数码管本身已经集成了译码器，这样既简化了线路的连接，又降低了错误发生的概率。图3.3为LED部分。

3.2.4 开发板和无线数据传输模块接口部分
这一部分有两部分组成：由于nRF2401的工作电压为1.9V-3.6V，工作电压超过3.6V就会烧坏芯片。而开发板的电源为5V，因此为了使系统工作，必需要有5V电平转换为3.3V电平的部分。为了实现这一过程，选用LM1117-MAX3.3作为核心芯片。LM1117是一个低压差电压调节器系列，其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。LM1117提供电流限制和热保护，电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。LM1117系列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252 D-PAK封装；此外为了使两个模块直接相连，将P2口的部分引脚用排针引到一起，排针间距为 100mil,标准 DIP 插针。图3.4为开发板和无线数据传输模块接口部分，图3.5为5V电平转3.3V电平部分。
图3.4 开发板和无线数据传输模块接口部分

键盘部分用来实现人机通信。有四个按键开关构成，分别为S5(P3.3/INT1), S6(P3.4/T0), S7(P3.5/T0), S5(P3.2/INT0),正常情况下均为高电平。当键按下后，输出为低电平。由于四个键盘的组成一样，这里只画出了S5的电路图。图3.6为键盘部分。

3.3 无线数据传输模块

通过仔细的比较和反复的论证后，决定选用nRF2401芯片作为无线模块的核心芯片，它的特点在上一章已经详细论述，这里不在重复。nRF2401芯片的典型应用电路如图3.7所示。

从图11可以看出，只需要很少外围电路就可以组成无线数据传输模块。
它与开发板的接口电路为图3.8
(1) VCC脚接电压范围为 1.9V~3.6V之间，不能在这个区间之外，超过3.6V将会烧毁模块。推荐电压3.3V左右。
(2) 除电源 VCC 和接地端，其余脚都可以直接和普通的 5V 单片机IO 口直接相连，无需电平转换。当然对 3V 左右的单片机更加适用了。
(3) 硬件上面没有SPI的单片机也可以控制本模块，用普通单片机IO口模拟SPI不需要单片机真正的串口介入，只需要普通的单片机IO口就可以了，当然用串口也可以了。
(4)6脚，12脚为接地脚,需要和开发板的逻辑地连接起来。
图3.8 无线数据传输模块与开发板的接口电路

3.4 无线数据传输模块和开发板的PCB图设计

PCB板是一块绝缘材料，在表面合理安放各种电子元件，并安排连接电子元件引脚间的铜膜导线，在不同的表面间有连接不同表面的铜导孔。
随着电子技术的不断发展进步，PCB在复杂程度和应用范围方面都有了长足的进步，按复杂程度来分，可以将PCB板分为3类：1.单面印刷电路板；2.双面印刷电路板；3.多层印刷电路板。为了方便布线，本系统所用的开发板和无线数据传输模块均为双层印刷电路板。
PCB的生成主要由四个过程组成：其一是原理图的生成；其二是根据已经生成的原理图产生对应的网络表，网络表是PCB图和原理图的纽带；第三步是新建一个PCB文件，并导入网络表；第四步是将合理布局元件，并用导线将元件的引脚连起来。
将开发板的原理图按照以上的步骤生成相应的PCB图。如图3.9所示：
在PCB图设计的所有过程中，原理图在上一节已经生成。网络表的生成也比较简单。由于PCB图上使用元件的封装来代表元件，因此原理图中各个元件都要明确有自己的封装方式，而且在绘制PCB图前必须将用到的封装所在的封装库调入。否则，在调入网络表的过程中将会出现元件丢失的错误。

开发板上主要用到两个封装库：Advpcb.ddb和Miscellaneous.ddb.另外由于USB电源接口，电源开关，键盘和四位八段数码管没有对应的封装，因此需要使用元件库编辑器建立新元件封装。图3.10为键盘封装，图3.11为USB封装，图3.12为开关封装，图3.13为四位八段数码管封装。

图3.12 开关封装 图3.13 四位八段数码管封装

各个元件的封装的引脚的序号必须和原理图中引脚的序号保持一致，不然将会在调如网络表过程中出现管脚丢失的错误。
下面再重点分析一下布线的过程。
布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。本系统的PCB布线为双面布线，布线的方式有两种：自动布线及交互式布线。但由于自动布线效果不好，往往实际的效果和预计效果有很大的出入，因此全部使用交互式布线。布线过程中充分考虑到如何降低元件字之间互相的干扰。
首先根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线。同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角。
由于采用双层设计，因此不可避免地将会使用到过孔。过孔太多，沉铜工艺稍有不慎就会埋下隐患。所以，设计中应尽量减少过线孔。此外，应该合理布置电源滤波/退耦电容：一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容，但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的，布置这些电容就应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。
3.4.2 无线数据传输模块的PCB图
由于无线数据传输模块的核心芯片工作在2.4GHZ，因此在设计PCB图时对干扰的控制要格外重视。在PCB设计时，必须考虑到各种电磁干扰，注意调整电阻、电容和电感的位置，特别要注意电容的位置。
nRF2401的PCB为双层板，底层一般不放置元件，顶层的空余地方敷上铜，这些敷铜通过过孔与底层的地相连。nRF2401的供电电源应通过电容隔开，这样有利于给nRF2401提供稳定的电源。在PCB中，尽量多打一些通孔，使顶层和底层的地能够充分接触。nRF2401模块的PCB如图3.14所示。
图3.14 无线数据传输模块的PCB图

第四章 硬件驱动程序和串行口调试工具
驱动程序是硬件电路的灵魂，没有驱动的硬件电路是没有用的。STC89C58RD+是51类单片机，可以像开发其他51单片机驱动一样开发它的驱动程序。单片机软件开发平台选择比较流行的Keil uVision2，因为现在关于Keil uVision2软件的资料很多，这样上手就会很快。
串行口调试工具是用来将PC机上的数据通过串行口发送到单片机，和PC机接收从单片机发送过来的数据。选用Visual C++ 6.0来开发串行口调试工具，Visual C++ 6.0是微软公司推出的一款优秀开发工具，代码紧凑，运行速度快，而且比较适合低层开发。

整个数据传输系统有两部分组成：与PC机相连的开发板为主机端，它不能移动，接收从机端发送过来的数据，并向从机端发送指令；可以移动的为从机端，它由开发板和无线数据传输模块组成。由于两端的地位和功能不同，因此对应的驱动程序也不同。
使用Keil uVision2开发硬件驱动程序，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持，PLM，汇编和C语言的程序设计，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。51 的编程语言常用的有二种，一种是汇编语言，一种是 C 语言。汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂，而 C 语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，而且 C 语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。对于开发周期来说，中大型的软件编写用 C 语言的开发周期通常要小于汇编语言很多。综合以上C语言的优点，在开发时选择了C51语言.
4.1.1 主机端硬件驱动程序
主机端的硬件驱动程序主要有两种功能：实现开发板通过串行口和PC机通信；实现开发板通过某些I/O口和无线数据传输模块进行通信。
STC89C58RD+单片机的串行口是一个全双工通信接口，即能同时进行发送和接收，它可以作UART用，也可以作为同步移位寄存器用，其祯格式和波特率可以通过软件编程来设置，在使用上非常方便。
STC89C58RD+单片机串行口的工作方式和波特率由控制寄存器SCON和特殊功能寄存器PCON组成。
串行口控制寄存器SCON：

特殊功能寄存器PCON：

串行口可以通过软件设置四种工作方式，各种工作方式的数据格式和波特率均有所不同，这四种工作方式如下：
当设定SM1、SM0为00时，串行口工作于方式0，在方式0下，RXD为数据输入/输出端，TXD为同步脉冲输出端，发送或接收的数据为8位，低位在前，高位在后，方式0的波特率固定震荡频率的1 /12,也就是每一机器周期传送一位数据。方式0可以外接移位寄存器，将串行口扩展为并行口，也可以外接同步输入/输出设备。发送完毕后，硬件自动将TI置1。再次发送数据前，需要软件将TI位清0。
REN为1时，单片机允许接收数据。RXD为数据接收端，接受数据保存到SBUF接收缓冲器中。发送完毕后，硬件自动将RI置1。再次接收数据前，需要通过软件将RI清0。
当设定SM1、SM0为01时，串行口工作方式1。方式1为波特率可变的8位异步通信方式，由TXD发送RXD接收，一帧数据为10位，1位起始位（低电平），8位数据位（低位在前）和1位停止位（高电平），波特率取决于定时器 的T 溢出率（1/溢出周期）和波特率的选择位SMOD。
当设定SM0、SM1为10或11时，串行口工作于方式2或方式3，这两种方式都是9位异步通信，仅波特率不同，适用于多机通信。在方式2或方式3下，数据由TXD发送RXD接收，1帧数据为11位，1位起始位（低电平），8位数据位（低位在前），1位可编程位（第9位数据，用作奇偶校验或地址/数据选择），1位停止位（高电平）。与方式1相比，多了一位可编程位，发送时，第9位数据为TB8，接收时，第9位数据送入RB8。
通过以上单片机串行口各种工作方式的比较，由于使用一个开发板和PC机进行单独的通信，因此工作方式1比较适合系统的要求。通过设置合适的波特率和帧格式，来实现开发板和PC机之间准确的数据传递。
由于PC机和单片机的处理速度的不同，PC机给开发板发送数据时，单片机采用中断的方式进行数据接收。通过软件设置单片机的传输属性参数为”9600，N，8，1″，来实现和PC机端串行口传输速率同步。开发板向PC机发送数据时，采用查询方式，这样可以节省单片机有限的资源。
开发板还要通过专门的接口和无线数据传输模块进行数据交换，由于系统设计为点对点通信，因此只使用了nRF2401一个信道。nRF2401的数据传输方式为同步传输，因此使用普通的I/O口通过软件方式模拟SPI方式传输。
nRF2401有四种工作模式：收发模式，配置模式，空闲模式和关机模式[16][17]。工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三个引脚决定，详见表4.1。

前文已经讲过有关nRF2401的收发方式，这里重点讨论一下它的配置方式。nRF2401的所有配置工作都是通过CS、CLK1和DATA三个引脚完成，把其配置为ShockBurstTM收发模式需要15字节的配置字。
ShockBurst TM的配置字可以分为以下四个部分：
（1） 数据宽度：声明射频数据包中数据占用的位数。这使得nRF2401能够区分接收数据包中的数据和CRC校验码；
（2） 地址宽度：声明射频数据包中地址占用的位数。这使得nRF2401能够区分地址和数据；
（3） 地址：接收数据的地址，有通道1的地址和通道2的地址；
在配置模式下要保持PWR_UP引脚为高电平，CE引脚为低电平，配置字从最高位开始，依次写入nRF2401。在CS引脚的下降沿，新送入的配置字开始工作。
开发板通过串行口和PC机交换数据的流程图如下：
图4.1 开发板和PC机通过串行口交换数据的流程图
开发板通过IO口和无线数据传输模块进行数据交换的流程图为图4.2。

图4.2开发板通过IO口和无线数据传输模块进行数据交换的流程图

4.1.2 移动端驱动程序
移动端的开发板的结构和PC机端的开发板的结构完全相同，但由于它不需要和PC机通信，只需要和无线数据传输模块进行通信。因此相对另一端的驱动简单一些。具体编程规则在上一节已经详细叙述，这里不再多说，具体的程序是PC机端程序的一部分。

4.2 串行口调试工具

串行口调试工具是用微软公司的visual c++6.0[20][21]开发的。几乎所有世界级的软件，从业界领先的Web浏览器到面向任务的企业应用，都是使用Microsoft Visual C++开发系统来开发的。要用C++来开发Windows和Web上的高性能应用程序，Visual C++是效率最高的首选工具。Visual C++ 6.0在不牺牲灵活性、性能和控制力度的同时，给C++带来了更高水平的生产效率。它具有可视化的界面，封装了大量的类，使界面制作变的很简单，使用它可以方便快捷地开发Windows环境下的应用程序。visual c++6.0专门为串行口通信提供了Mscomm[20][21]控件，使用该控件程序员不必花时间去了解比较复杂的API函数，通过简单修改控件的属性和使用控件提供的方法就可以实现对串口的配置，完成串口发送和接收数据。
4.2.1串行通信的基本原理
串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。 在Windows环境下，串口是系统资源的一部分。 应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。32位下串口通信程序可以用两种方法实现：利用ActiveX控件；使用API通信函数。在本次课程设计中，所用到的是MFC的MSComm控件，下面先将这个关键的控件做一下简单的介绍。
Control（以下简称MSComm）是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，为应用程序提供串行通信功能，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。MSComm控件在串口编程时非常方便，其实际上是调用了API函数，但我们不必再了解复杂的API函数就可控制串行通信。通信的过程，实际上是对属性的操作和对控件事件的响应。
在Windows操作系统中，串行通信采用”事件通知”方式，支持数据按块传送。进行通信时，Windows开辟一个用户定义的输入输出缓冲区，每接收一个字符就产生一个低级硬件中断，串行驱动程序立即取得控制权，并将字符放入输入数据缓冲区，然后将控制权返还正在运行的应用程序。如果输入数据缓冲区满了，驱动程序用当前定义的流控制机制通知发送方停止发送数据。发送数据也采用类似的处理方式，应用程序将需要发送的数据放入输出数据缓冲区，串口每发送一个字符就产生一个低级硬件中断。
Visual C++ 6.0通信控件Mscomm提供了功能完善的串口数据的发送和接收功能，Mscomm 控件具有两种处理方式：一是事件驱动(Event－driven)方法，一是查询法。
1）事件驱动方式。当通信事件发生时，MSCOMM控件会触发OnComm事件，调用者可以捕获该事件，通过检查其CommEvent属性便可确认发生的是哪种事件或错误，从而进行相应的处理。这种方法的优点是响应及时、可靠性高。
2）查询方式。在程序的每个关键功能之后，可以通过检查CommEvent属性的值来查询事件和错误。如果应用程序较小，这种方法可能更可取。例如，如果写一个简单的电话拨号程序，则没有必要每接收1个字符都产生事件，因为惟一等待接收的字符是调制解调器的”确定”响应。
在使用MSCOMM控件时，1个MSCOMM控件只能同时对应1个串口。如果应用程序需要访问和控件多个串口，那么必须使用多个MSCOMM控件。
在VC++中，MSCOMM控件只对应着1个C++类–CMSComm。由于MSCOMM控件本身没有提供方法，所以CMSComm类除了Create（）成员函数外，其他的函数都是Get/Set函数对，用来获取或设置控件的属性。MSCOMM控件也只有1个OnComm事件，用来向调用者通知有通信事件发生。
MSCOMM控件有许多很重要的属性，限于篇幅只给出几个较为重要和常用的属性。

Settings 以字符串形式表示的波特率、奇偶校验、数据位
PortOpen 通信端口的状态，打开或是关闭
InputMode 接收数据的类型：0为文本；1为二进制

（5）清空功能函数源代码
总的程序流程图如图4.4所示
图4.5是PC机通过端口1向单片机发送数据时候的图型界面。进入界面后，首先要进行根据连接的串行口选择要初始化的端口，然后使用键盘在发送缓冲区内输入一系列的字符。等单片机开发板上电后，单击发送按键将数据发送出去。
图4.6是PC机通过串口接收单片机发送过来的数据时候的图形界面。在缓冲区接收的数据为二进制形式，程序内已经将这些二进制转化为字符串在界面上显示。
图4.7是串行口调试工具初始运行时候的图形界面。
事件驱动方式时，由计算机直接管理，字节之间不可控，而且单片机串行口和PC机串行口速率差别较大，接收程序一定要精心合理的设计，才能使传输稳定可靠,否则很容易出现意想不到的问题。在调试过程中，如果不小心将串行口调试工具的波特率和开发板串行口的波特率设置为不同，就会出现错误。程序中已经将串行口的波特率设置为9600bps，这样可以避免错误。
图4.5通过端口1进行发送时候的图型界面

图4.6 通过串口接收时候的图形界面
图4.7 串行口调试工具的运行界面

通过这次毕业设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。
首先在毕业设计刚开始的调研阶段，我学会了怎么通过各种方式查询相关的资料。通过对这些资料的学习，我大致了解了无线通信的发展现状以及未来的发展趋势，认识到目前无线通信方面的各种各样的协议，以及它们之间的竞争。了解了无线通信方面的先进技术，这些都为我未来的学习指明了方向。
我毕业设计主要涉及硬件和软件两个方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。首先在硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。基本掌握了Protel 99 SE设计原理图和简单的PCB图的方法，并设计了一个单片机最小系统。通过开发板的设计和硬件搭建的过程，使我对51系列单片机的接口有了更深层次的理解，熟悉了一些单片机常用的外围电路的引脚和连接方法，如LED数码管，键盘等。
在软件方面，通过串行口调试工具的开发，我基本掌握了Visual C++ 6.0的使用方法，加深了对类封装的理解。通过开发板驱动程序的开发，使我熟练掌握了Keil uVision2，熟悉了51系列单片机内部的寄存器和编程规则，以及如何控制外围电路。
当然，由于单片机功能的局限性，当面对很复杂的系统时像无线点菜系统，单片机就不太合适。这是因为单片机的引脚过少，能够使用操作系统过于简单，不能进行复杂的工作调度，也不能驱动复杂的外围电路，因此使用单片机完全实现点菜系统的要求比较困难。
近几年来，处理器已经发展到32位机，尤其是以ARM(Advanced RISC Machines)为内核的32位处理器受到越来越多嵌入式开发人员的青睐。ARM处理器支持复杂的嵌入式操作系统，例如Win CE,UClinux等。可以进行复杂的功能调度，而且能够驱动比较复杂的外围电路例如触摸屏等。这样使用ARM处理器和嵌入式操作系统，配合嵌入式移动数据库技术，更能完成点菜系统的要求。所以，毕业设计也给我将来的学习指明了一个方向。
单就本论文而言，主要完成了以下工作：
1.在ZigBee协议的基础上，以51系列单片机为处理器，配合一定的外围电路构建了硬件开发平台。
2.用C51语言为硬件部分编写驱动程序，并用Visual C++6.0开发了串口调试工具。

目前，无线通信的各种技术呈现百花齐放的局面。但是随着经济的发展，人民需求的提高，无线通信技术依然有很大的发展空间。在以下方面仍然有很长的路要走。
1随着IP（Internet Protocol，网际协议）技术的发展，无线通信网和IP网有融合的趋势。尤其是多媒体信息需求的增加，多媒体信息对实时性要求不高的特点，使得利用无线通信网传输多媒体信息成为一大热门。
2随着人民生活水平的提高，生活方式的转变，无线通信技术必然向移动化和便携化方向发展。
3由于无线频谱资源有限和无线通信传输信道的特殊性，使得如何提高频谱资源的利用率以及提高抗干扰能力成为未来很热门的研究方向。
4 现代微电子技术发展迅猛，摩尔定理仍然有效，集成电路技术已经发展到SOC，32位的ARM处理器已经得到了广泛的应用。因此在未来越来越复杂的嵌入式系统开发中，32位处理器和嵌入式操作系统将得到更广泛的应用。

本文主要从以下几个列举对APM的认识：

-为什么要用APM工具，APM工具的价值在哪里；

-什么样的APM工具适合于传统金融业；

-如何用好APM工具；

-APM工具与大数据之间的探讨

注：文中APM的一些解释来自互联网运维大牛的干货，比较零散，不一一列举出处。

1、什么是APM工具，它的分类有哪些

APM，应用性能管理，通过对关键业务系统进行监测、告警与优化，不断改善业务可靠性与稳定性，为客户提供良好的服务，提升核心竞争力。

最早的APM主要是网络为中心，对基础设备的性能数据进行收集与加工，并提供给企业客户，相当于提供一种事后数据的简单处理与告警监控功能。随着APM市场的发展，目前的APM工具在性能监控的基础上有了进化，更加关注于运维数据分析，比如客户端到端的体验情况怎么样？性能瓶颈在哪里？而且当前的APM工具以数据分析为中间实现了更好的可视化，更快更精准预警，更强的问题关联定位等特性。

2、为什么要用APM工具，APM工具的价值在哪里

我们运维人员经常会遇到这样一些场景：

-客户投诉系统慢了或无法访问；

-看资源、查日志、查数据库；

-找开发、找客服、找业务、找客户问情况；

-偶发性？无法定位或定位不准？应急方案？重启试试？

上述场景在运维当中很普遍，遇到上面的困难后往往会完善监控提高故障告警及时率，通过额外代码开发量增加各种各样的日志格式，完善手册、培训、应急演练等等方式去提高故障应急处理能力。

APM的出现可以改善上面提到的繁琐的运维工作，提高应用运行质量：

于IT管理层：用户体验可量化，并建立以用户体验的考核体系，并与同业的性能体验比较可以发现自身差距并进行优化，提升客户满意度；

于IT运维人员：实现了以应用运行情况分析为核心的运维，提高运维价值，对运维数据可视化，更快发现、更准确定位、更精准的做出应急决策；

于业务：掌握用户体验关键业务的关系，提高业务决策。

3、什么样的APM工具适合于传统金融业

根据应用性能监控的目标不同，APM工具主要可以分为2大类，一类是客户端、一类是服务端：

以下是听云技术副总裁吴静涛对上述几类APM工作的定义：

主动模拟拨测：主动式监控，客户端监控。主要通过覆盖全面的监测网络，部署自动化的监测工具。

页面插入代码：被动式、客户端监控。主要通过在客户端浏览器插入JavaScript代码以采集最终用户的性能体验，W3C推出了Web性能API标准，现在已经可以做大非常细粒度的监控。

客户端插件采集：因为移动端应用有多种方式，原生应用、Hybrid App以及Web App，因此监控的方式也多样化，有通过手机浏览器自动拨测、嵌入SDK、HTML5页面内插件、JSBridge等方式。

服务端旁路：部署定位后通过SPAN，TAP旁路应用访问流量进行Sniffer，解析网络报文后再进行各类TCP协议分析和性能采集（NPM）。它的优点是非侵入式，对生产影响最小，缺点是难以适配多种协议，无法定位到问题代码等。

应用服务器端代理：通过在应用代码中埋点来实现性能监控BCI（ByteCode Instrumentation)技术。优点是可实现代码级的监控，缺点是它是侵入式的，对性能有轻微影响。

对于传统的金融企业，在系统性能分析与监控上我们经常会面临以下困难：

-规模越来越大，运维成本越来越大：我们部署了大量应用系统，这些应用系统的架构往往是100个系统就有100个架构，涉及的开发团队各异，我们希望有一些更方便的方式进行系统性能分析与监控，比如不需要应用改造、有简单的可视化配置、不影响现有系统的性能等；

-我们有监控工具实现应用可用性的监控，但对于应用性能我们运维能力很弱：我们部署了大量从基础设施、服务器硬件、系统服务、应用服务可用性的监控，但是对于应用在数据中心内运行得到底快不快并不知情，更不用说客户体验方面的性能问题，我们希望在应用性能监控方面可以更快发现、更接近客户体验；

-运维的量在增加、人员在减少，我们需要一个更加自动化的性能分析能力：以应用性能告警为例，它应该包括从数据采集、分析、告警、辅助定位、应急等能力，这就需要我们在应用性能分析过程中需要有告警动态基限自动学习能力、自动告警、高度可视化、渠道节点关联的能力，以此来提高运维人员的性能分析能力；

针对上述的问题，再看看上面提到的5个APM工具的比较：

-主动模拟拨测：适合于网络问题的带来的问题，是采用样本监控分析的方式，更适合互联网应用，是主动监控方式。

-页面插入代码：侵入式，需要在浏览器上嵌入代码，是被动监控方式。

-客户端插件采集：侵入式（需要开发部门配合），需在页面代码中插入插件，可以实现代码级的监控，效果依赖开发部门的支持。

-应用服务器端代理：侵入式，需要开发部门配合，可以实现代码级的监控，效果依赖开发部门的支持。

-服务端旁路：非侵入式，运维部门便可以推广使用，能获得服务及应用、交易级别的监控；

综上，基于传统金融企业现存系统多，IT运维开发能力相对弱的现状，服务端旁路的APM工具更适合优先引入解决企业应用系统的性能问题。

下面的议题主要从服务端旁路APM工具进行分析.

4、如何用好APM工具

在IT企业内部，我们会发现有一些好的工具因为没有用好而被废弃，有些可能是因为工具本身不满足预期需求，有些可能是因为人员变动；有些则可能推广使用慢导致技术过时；对于APM工具也同样会有这样的问题，那么应该如何将APM工具使用好呢？

在讲如何使用好APM工具前，我先简单讲讲从IT运维向IT运营分析的转型，即通过监控的分析，更快、更准确的发现问题；通过应用性能分析提前发现潜在问题，并提供可视化的分析工具降低故障定位时间、提升用户体验；通过大数据平台提供更深入的运维、业务数据分析，指导运维、业务的决策。基于IT运营分析的定位，APM工具的使用目标可以考虑以下：

-整合一个可视化的应用性能面板，方便运维技术人员、运维管理人员、应用运营人员在任意时间看到应用性能情况，包括：应用服务是否可用；应用交易量、成功率等维度指标是否正常；应用是否变慢等等；同时，应用性能面板还能监控到服务节点到节点之间的运行性能。

-以应用系统为节点，将应用系统的运行情况是否健康通过综合的分析抽象出来，而不需要运维人员通过复杂的方式整合分析某个应用系统性能是否正常；

-对关键的渠道类应用系统的性能问题进行关联配置，提供更快的告警，并提供问题定位的辅助手段，提高故障应急解决效率，实时的知道甚至预测何时可能出现问题，在用户还没有察觉前解决问题。如果做得更好的话，APM还能提供故障自愈的功能；

-提供多维、自定义的应用系统运行性能报表与实时交易级的数据监控，提供给不同层面的人员；

-为大数据分析提供数据，不仅从运维角度看数据，还要从业务角度看数据，通过APM工具将业务数据、性能信息进行整合，提供大数据平台分析，进一步挖掘指导业务的数据；

对于上述的目标，建议采用以下方式用好工具：

（1）应用可用性：以应用服务为节点，判断应用服务是否崩溃，实现了交易服务级的监控告警；

（2）应用间交易错误：对业务接口的致命异常报错信息，以及异常整体信息进行汇总分析并进行告警；

（3）网络请求响应时间：至少实现数据中心内部服务节点间的网络请求响应耗时分析，对出现短板的节点性能问题进行告警；

（4）自动故障定位：通过对交易流的数据进行采集并关联，自动判断触发告警的根源节点，并告警问题原因；

（5）利用好动态告警阀值：根据历史数据快速学习告警阀值，自动调整告警阀值在不同时间、不同接收者的设置；

（6）复合告警指标：设置更为符合业务特点的告警指标；

（1）一笔业务从开始到结束将经过多个节点，比如一笔秒杀业务缓慢，可能是秒杀系统应用、数据库、中间件的性能问题，也可能是关联系统的性能问题，也可能是资源、带宽、运营商的问题。用好APM，就要将重要的渠道系统进行完整的配置，实现端到端交易追踪，反映每一笔业务在各自应用服务节点中实际经过的路径，各路径所消耗时间、处理结果，运维人员可以按需找到交易的处理情况进而判断交易问题出现在什么地方；

（2）完成重要交易的配置整合后，需要结合分析策略，以及前面提到的精准告警结合起来，实现自动告警、问题定位的分析；

 （1）工具的功能再强大，如果难上手的话将很容易被抛弃，所以需要针对不同的人员提供多维度的可视化信息展示，并溶合在日常运维工作过程中；

（2）可视化的信息展示，包括报警信息的查看与处理、实时交易检索与整体分析的报告、以及工具的后台简易的配置功能。

5、如何与传统监控融合

传统金融企业内部肯定会有很多关于监控的工具，这些工具通过一定时间的积累，为企业各种应用系统定制了监控指标及自动化监控解决方案，构成了企业IT运行情况最重要的一面镜子。

而APM工具往往是采用一种通用的方案进行开发，它更适用于一些监控、分析方案比较通用的运维场景，同时传统监控工具在服务器、硬件、系统软件等方面的数据采集也更优于APM工具。

所以APM工具是现有企业里监控系统的一个补充，补充监控系统在应用业务级、客户体验、故障定位、性能运行情况等方面的监控。另外，APM工具的成本也推荐主要用于重要的渠道类应用系统。

6、与大数据之间的探讨

服务端旁路的APM工具中，往往可以获取以下信息：

-交易报文类的信息：返回码、交易码、操作码、成功率、渠道标识、交易响应率、交易笔数、响应时间、流水号、金融交易里的金额、账户等关键数据

-网络通讯信息：丢包、TCP重传、带宽、连接成功率

-系统软件信息：数据库、中间件使用响应、并发、连接数情况

从上述获取的数据来看，APM己经初步具备了向大数据提供数据来源的基础，APM采集的这类数据相比应用日志的数据有以下优势：

-采集数据的同时不影响应用系统性能

-采集的数据格式更为统一规范

这些数据可以梳理应用架构、服务访问关系、应用交易指标变化、交易追踪等数据分析，将有助于IT运维向IT运营分析转型。

但如果要让APM工具为大数据提供更多业务级的数据，以此为业务分析支撑、风险控制等提供帮助，还需要APM工具更进一步，比如为应用系统提供一些简易的服务，让应用系统更为简易的提供交易级的数据。

  新浪微博产品分析

此次产品分析主要想明白三个问题：

    本文主要从战略层、范围层、结构层、产品功能、交互细节、总结这六个方面来进行论述的。其中，范围层、结构层、产品功能、交互细节都是基于战略层提出的定位的前提下进行分析的。

    微博是一款为大众提供娱乐休闲生活服务的信息分享和交流平台。 由于社交与媒体上的模糊定位，很多时候让大家很困惑，微博到底是用来干什么的？所以，在对微博进行分析和研究之后，谈谈自己对微博的“社交”和“媒体”属性定位的理解。

     我们都知道新浪微博是一个互联网老产品。在还没有微信，陌陌等一类社交细分软件出来时，微博成了一个集大成者。后来，随着越来越多的细分社交软件出现，所以从社交这块来看，新浪微博的位置，变得极其尴尬，以至于让人怀疑，它到底是用来做什么？

     在说出我对新浪微博现在的社交定位，我们先来看一下现在细分微博职能的那些软件，以及其产品存在的功能特点：

1.社区性质，封闭性强，专门主题深入交流。

2.消息传播及时性弱，时效性不强

基于此，对于新浪微博社交，我理解饿的定位为——陌生人兴趣“轻”社交。

那么这个“轻社交“主要有三层意思。

    指的是区别于像微信，陌陌这样频繁的信息及时交流。而是指的在微博上，通过评论，转发回复，或是更高级带有那么一些IM性质的私信来完成的轻社交行为。这个社交行为，并不是单纯的是获取新的社会深入交往关系。顶多算是一个互相关注的一个互动行为。

    有别于百度贴吧这样的专门主题深入交流。“轻”也指的是浅层次的话题互动。并且话题可以是多方面的，现在的微博里面活跃的也主要是这几块：

   （1）明星粉丝之间的互动。这里就牵涉到了那些为明星打榜，刷名次，还有明星的话题提问与粉丝互动回答问题等等行为，这个中间会产生大量的转发，评论私信等行为。

   （2）生活百科微博粉丝数较高类。比如现在微博上有一些植物达人，还有一些热心的各个领域的专家，还是会在微博上面活跃。（比如我所关注的8000多粉的植物达人“辰山帮看君”，313万粉的“博物杂志”。）这些人和粉丝之间的互动很强烈，会通过转发粉丝的微博来互动。

   （这两点来说，其实就算不上是社交，只是一种互动行为而已，但是这种互动行为，也只有在微博上才会有，因为只有微博上有这样大量的名人明星存在，这里是用户最能接近她们，感受到她们真实存在的地方，这点是不可替代性点。）

（3）兴趣圈的互动。微博上面有很多兴趣团。比如说二次元（2015年，微博泛二次元用户达到1.1亿。较上年增长21.9%。其中核心二次元用户达到1400万），欧美圈，影视圈。这些人一旦圈内有什么消息，她们会通过微博及时发出，比如影视资源链接，圈内名人的在其他社交软件动态等等。并且她们会相关的兴趣爱好者进行平凡的互动。她们看中的就是微博所带有的媒体属性有关——传播速度快，及时性，以及发布消息操作路径短，所需时间短。这一点恰恰是贴吧，知乎所没有的特性。

     作为传统的社交关系中一个重要的联系了解彼此之间——“发自己的状态” 已经很少在微博上有了。一个不争事实——新出现的社交软件的分流，让偏重资讯社交的微博，感受到来自微信那偏重熟人、即时社交的压力，也导致了微博的活跃用户数下降。特别是从一开始就用微博的那些老用户。

     现在的大多数普通用户（指的是普通大众，并不是某一领域的权威人士）微博发状态，已经很少会大量的陌生人来关注，反而是想要关注，甚至需要花钱来推广。相反导致的就是，微博被人当作是一个树洞——发表自己的生活状态，不需要别人来关注。（这个是我在调研中发现的一个现象）

    基于以上分析，新浪微博社交可以理解的定位为——陌生人兴趣“轻”社交。

    对于微博的社交属性，它的定位就是“轻社交”。我认为也不需要再过多的投入和更加功能来完善社交定位，因为已经有其它的社交软件已经可以去细分其职能了。而且，微博的发展更加便向于媒体这块。

    传统的媒体，都是由专门的组织来传递信息。比如电视，报纸，又或者是现在的各大新闻门户网站。在这里，用户充当的是只是单方面的获取信息。

而微博的出现，它打破了传统媒体的局限。微博发展到现在，一方面，还是有大量的传统媒体进入充当传播信息者，其次就是广大群众也可以通过“发博”来传递信息，也可以说是人人都可以成为自媒体。另一方面，微博还提供了一个公共讨论平台，这个平台上，每个人都可以发表自己对某一事件的见解（微博话题讨论）。同时因为其“微”的属性，它是比较适合碎片化时间来获取信息的。

     于此，关于微博的媒体属性，我想把它定位为——碎片化的个人信息定制平台＋公众网络发言平台。

    说出此定位后，其实可以发现现在有很多的产品完全可以替代微博的这个属性。诚然，微博发展到现在，确实有很多用户因为其现存的一些缺点，还有其他产品的出现，导致很多用户活跃度下降，以及一批优质用户的流失。

    然而事物总是在不断发展的，新的一批人走了，还是会有另一批人进来。一个产品要想一直保存活力，一直留在市场，那么就要去不断去研究变化的用户，不断的适应新用户的特点去更新迭代。

    下面我就抽取调研中，基于微博媒体属性，大家提到的比较多的竞品来对比分析一下微博在其中所占有的优势，还有其存在被替代性的缺点（这个缺点是通过调研得到的）

　　　　　　　　　　　　　　 产品功能的对比分析

“随时随地发现身边事”

个性化订阅自己感兴趣的新闻节目。比如zaker，今日头条，网易新闻客户端

“在小的个体，也有自己的品牌”

服务推送，个人企业的宣传运营

1.大批名人明星，媒体组织。消息的最源头，由本人发表。（这是微博最具有竞争力的资源）

2.每个用户既是信息的传播者和发布者。每个用户是双向关注。

各种媒体组织编辑发文。

1.主要面向媒体，政府，企业以及名人

2.微信用户中，只有拥有公众号的用户才是资讯的发布者。发布者和接受者是单向关系

1.及时性：一条信息可以立刻发表出来，简单快捷。

2.传播范围广速度快：关注人与被关注直接的转发，还可以通过实时热搜，热门话题榜被发现。是公开广泛传播

3.自主性：每个人都可以迅速成为信息发布和传播者。

4.微博，140字内容精简，更适合碎片化时间。

1.内容上：严肃认真，都是经过团队编辑，语言严谨。

2.篇幅一般为中长篇，专业性更强，且学术性评论多。

3.分类更为完善。类别更多。

1.互动性：弱，更多的是单向输出，用户接受信息。

2.及时性：每天推送数量有限，不能随时推送。

3.信息传播是私密的朋友圈的闭环内传播

4.内容上更多的是中长篇内容，偏向于博客文章。文章内容比较干货。

1.篇幅较短，很难说明一些事情

2.内容真实可靠性不强。

3.营销广告太多，消息鱼龙混杂

4. 信息分类不够明朗

1.需专门下载一新闻app，转移成本较大

2.单方面输入内容较多，评论得到的回应较少

3.缺少一个发言的入口

1. 作为一个社交软件产品，微信平台只是一个附属的功能。

3.获取信息的路径较长

4．关注内容多了，看不完

5．很难与平台的发布者互动交流。

6.微信内容不容易去辨别信息的真实性且存在一种不安全感。

     经过对比分析可以很明显的看出，对于个性化信息定制，微博占有的优势并不占下风。而且微博现在也已经开放了140字限制和发布“头条新闻”的功能。所以说，对于微博未来发展往个性化信息定制是很占有优势的。

     此次产品分析的就是在个性化定制信息的前提下，以资讯为主，社交为辅的产品定位来结合用户体验来分析其的范围层，结构层，框架层，还有表现层的优缺点，及提出相应的改进意见。

从微博公布的2015年用户发展报告中可以看出：

   总体：截止2015年9月30日，微博月活跃用户数为2.22亿人次，并且在不断的增长。

   24以后年龄段的男性用户占比相对较高。

   拥有大学以上高等学历的用户是微博的主力用户，占比高达76%；

    我们从这里可以看到有将近一半的微博用户每天都会使用微博，媒体发微博的频次会在中午和晚上。这里其实可以发现一个典型的用户使用场景。在本文的后面会说明。

    经过用户分析收集到的数据，可以明显的看到微博的用户群体在像年轻化发展。这里也可以看出，微博这一款老的产品，在那个之前信息past时代，微博上的内容还比较纯粹，优质用户多，氛围较好。

但是现在的微博，活跃人数的年轻化，其产生的话题娱乐，关注度也不一，我认为这其实是两代人的代沟问题。所以说，活跃度下降，用户粘性不高。我认为很大一部分指的是那些80后的人，由于处于一个努力奋斗的阶段，大家都有要做的事情。然后，关于微博上面火热的话题内容——娱乐明星，社会幽默，使这样一批人不在关注这个内容。因为这些东西不能让它们获取最有价值的东西。（身边很多人，包括我自己在内，之前都是微博的高粘性用户，但是现在刷微博的时间少了，因为自己处于一个争分夺秒的时期，有自己要做的事情，那么在微博上花费的时间就少了，但是还是会在有那么一些空暇的时间集中去看一看，或者去寻找资源）

     总之，这里又谈到了关于用户的心里定位。微博的定位对于大众来说就是娱乐打发无聊的时候又能够获取自己想要有价值的信息的平台 。同时微博也是一个获取资源的一个工具。（比如在微博上面搜索电影资源，获取相关物品的评价），即使微博上有严肃媒体报道，但是他们还说会选择更加严肃的产品来获取社社会新闻，因为更加有，且更加沉浸，有效率；以及微博的消息定位造成（微博上面的新闻偏向于平民大众话的日常）导向造成的。

为了更好的了解微博在人们心中的定位，我带着从个性化信息定制平台及其相关功能的角度去去做了一些调研。在调研过程中，也发现了很多新的的问题。

    不过这里我没有将那些名人明星以及微博大号加入。原因有两点，一是自己接触不到，二是他们这些人的目的性十分的明确，并且用户黏度十分强。明星是为了宣传自己，营销号是为了盈利，微博这样一个用户庞大的平台，他们是不会错过的。所以这些人不再我的建模之内

主要特点：微博使用年限长，平台转移成本大。

主要特点：注重内容、偏向于在获取娱乐搞笑信息的时候，也可以在碎片化的时间获取一些额外的碎片化知识。

最大的特点是：微博名人明星对她们吸引力特别大，且此类用户群建模偏向于00后。

（基于以上人物建模，还有调研的到的了解到的人们在刷微博时的行为，我这里写了一个场景建模故事。这个主要是针对第二类人建的。调研的人中大部分是这类人群，并且从微博的用户分析数据中也显示拥有大学以上高等学历的用户是微博的主力用户，占比高达76%。）

最后到场景这里，牵涉到用户活跃度和用户粘性，我还是想重点说一下，Wi-Fi环境的重要性。因为Wi-Fi环境下，用户微博刷微博的频率会更高，这里也可以从之前的用户刷微博的频次是在中午和晚上有相呼应。这是由于微博的信息展现形式是多样的——图片，视频。（“用户方面，对视频、照片和主要意见领袖内容的旺盛需求正继续推动微博的流量迅猛增长。这方面的一个例子是，2015年9月微博上的日视频浏览量较上年同期增长9.7倍。”）

所以，微博在一直在优化用户体验，从前版本的点击连接看视频，到现在直接可以将视频连接在首页，这些都是微博在投入研发成本。并且随着微博视频的优化的投入增多，视频的观看体验也越来越好。

（这里来看看微博的架构图）

 可以很明显的看出微博的信息架构是，这样广而宽。

    为什么会导致这样的结果呢？也是和微博产品扩张，提供的服务越来越丰富有关，这也是不得不面对的。

    新浪微博信息结构设计更偏向于信息扁平化设计，入口特别多，当然，个人认为这个是和其商业链生有关，有些信息的浅显层级就是为了促进转化率。

   但是作为手机移动端，屏幕的限制，广而宽的结果特别容易增加用户的选择成本，并且容易让用户对产品核心功能的迷失。

    对于核心功能的使用来说，有些地方确实值得改进，在不动摇商业链生的前提下，把一些信息进行优化组合，减少信息层级，使信息获取的路劲变短，把一些用户关心的内容更加突出，获取信息更加有效率。这里我会在后面讲交互细节的时候详细说明。

    从前面分析的微博信息架构可以看出，微博提供的功能和服务特别多，那么哪些功能是微博的核心功能呢？从信息个性化定制和公众网络发言平台的角度看，新浪微博现在产品现在目前的核心功能其实还是围绕微博的一个最原始的本质——信息展开。

    同时也可以从微博的口号“随时随地分享新鲜事”变为了“随时随地发现新鲜事，可以看出新浪微博的产品定位转向偏离了之前的社交属性，由分享，这样一个主动的行为转变为发现这样一个被动的接受信息行为。

    因此从这一点出发，新浪微博的产品属性，从现在来看可以区分为两个方向，当然，微博的现阶段产品也有存在这个两个方向上已有的功能，表格如下：

    个人信息化定制的一个主要问题就是能够让用户容易发现那些他值得关注的人。同时也是为了过滤那些无用，过于无聊的信息。

    所以在这一点上新浪微博的“找人”机制需要足够优化，因为现在新浪微博上的人鱼龙混杂，如何保证用户能够快速获取那些提供优质用户是一个关键。这里微博提供的一个好友关注动态从侧面解决了一些问题。

    那么下一部的功能，就是如果让用户在关注这么多信息中，不迷失，不遗漏，这个地方非常高兴的是微博有这样一个关注人分组的功能。但是，我想这个功能还要继续优化的空间。

    本部分主要回答的是前面提出的三个问题中的“新浪微博用户体验真的很差吗”，因此我找了微博之前的一些迭代产品来对比分析。

    分析完之后，我发现总体来说，微博的用户体验并没有大家说的那么糟糕，（其实在产品分析之前，我也认为微博额体验很糟糕），但可以从这个历代版本迭代图，可以看出来微博的用户体验设计是在不断的完善和优化，并且产品的架构形态，其实也是在结合着商业目标在不断变动。从这个角度上看，其实微博的体验是在不断提升的

    总体来说，5个版本都是平行空间tab滑动切换内容。从v2.8~v.4.5这些版本中，可以看到，采取的是5个标签，并且还有一个“更多”来展现信息不够全面的部分。由于之前版本的具体tab内容我没有找到，这里也不好来评估它的分类的合理性。但是我发现之前淘宝的tab标签也是最后有一个“更多”，不知道是不是当时设计的一个流行趋势。

   Tab的细节方面，这里一个值得关注的地方就是“广场”这个tab。

在v2.8中更多的“…”其实和前面三个icon图标的一致性不是很强。为了避免产生认知符合和做到一致性，所以它将更多“…”用了类似广场的icon，而把广场换成了搜索“放大镜”的icon。而之后v4.5~v5.0的变化，把“广场”改为了“发现”，我认为这里和它的产品意识形态，产品的定位改变有关——“随时随地发现身边事”。这里做到了设计和产品的识形态保持一致性。从这里我们可以感受到细节的重要性，产品大局观改变，小到icon,文案也是要随着变化的。所以对于gui，这里应该就是他们设计思考的地方吧。

     再来看v5版本后，tab的一个重大变化就是导航栏变成了舵式导航栏，就是在标签导航的基础上加上了一个“＋”这是用户在微博上输出自己内容对应的功能。

在v2.8   ～v4.1版本中，可以发现用户的输出入口（发微博）是在标题栏上，那里有一个“”的icon。但是随着微博的产品迭代以及用户需求的增多甚至说到本质上的商业链接，把这样一个入口换成“＋”确实是比较符合需求的。

     首先是“定位”周边的icon取消，我想这里还是和其产品的意识形态改变有关吧。

     再便是是刷新”的icon取消换成“下拉刷新”。这个交互设计的改变，其实充分分析了当下手机操作特点——触摸。下拉刷新更加符合人的心里行为状态——一种无意识时的状态。下拉简单手势，容易记忆，下并且拉比点击更加有效率。

     最后便是分组。分组的功能很早就有了，那个时候的功能也比较简单，现在的功能比之前要更加强大，更加贴近和解决了用户的现实需求。比如“悄悄关注”，“特别关心”，还有是微博定位摇摆不定新增的“好友圈”。

    由一页翻到底，用线条分割信息的展现，变为了卡片式单独展现每个人的微博内容。微博的内容展现比较多，比如图片，视频等等。采用卡片式的信息承载容器，可以将信息分割，让更复杂的信息以这种形式展现而不会破坏整体视觉。同时也更加符合移动的交互手势。

在使用了卡片式设计后，微博的信息层级结构要更加清晰。大家可以看到在v4.1的版本中，用户的头像，微博发表时间，还有评论，转发这些信息都是零散分布的，用户的视觉对焦是多点的。然而到了v4.5版本之后，可以明显的看出，它们的视觉流是处于典型的F型，用户的视觉焦点落在了卡片的主题内容上。并且将转发，评论，和点赞这些常用的两个功能放大在底部。点赞和评论，这些强关联的行为，更新后将其放在了一起。在这里也可以看出费茨定律的巧妙运用。

总之，微博的总体上的用户体验是在提升的。

这里主要是从用户体验的角度来分析现在的微博。出发点也还是带着之前战略层里提出的定位，以及后面对应的功能点——分组，展开分析。发现微博存在的一些用户体验问题，以及提出个人的改进意见。

    首先，从整体的导航结构上看，微博还说采用的是舵式标签导航，从前面的微博历代产品变化，到今天这么一个“沉重的产品”这个结构似乎是最合理的结构了。

微博的首页，消息，的架构符合结构一致性原则。状态导航栏＋搜索框＋主页面。

    首页采用的是沉浸式卡片的信息展现形式，前面历代产品分析说了，这里就不多阐述了。 不过说到在这里，我突然想起调研的时候，在问到为什么不选择其他新闻客户端的时候，她说了的这个地方，说因为微博上有很多图片，还有视频，其他软件是没有的。确实是，在这样一个短短卡片信息里，它承载了文字，图片，视频于一体，这样的信息形式多样话的支持，相比也是微博吸引用户的一个潜在的重要原因吧。

     大家看到这个首页可能会没有看到搜索框，但是，当你下拉刷新的时候，它的搜索框就会出来，在这里大家可以快速搜索微博或者消息里面的人。看起来是一个很人性化的设计，但是这各功能应该是属于专家用户才会去发现。因为在下拉的时候它才会注意到，但是大家在刷新的时候，视觉内容应该关注的是内容。

因为在我调研的过程中，几乎很少人有注意到这个搜索框。大家如果要搜索内容的话，会直接去第3各tab去搜索。因为第三个tab的icon搜索放大镜，更加符合认知。

     大家在刷微博的中途会出现这个好友关注人动态（见上图二）并且，在整个屏幕中它已经占据了大部分的空间，这样其实对于正在处于沉浸式阅读的体验下，是十分干扰和用户的。对于为什么会出现在这里的原因，我想一个是为了活跃粉丝之间互相关注度，在一个可能是商业上得考虑。但是这里的好友推荐其实在首页已经有一个icon入口了。

    第一种方案是是撤销，不要重复推荐。第二种方案是是减少信息占用空间，重新优化设计，不要打断用户的体验阅读。就如同图三的设计。

图三一个广告的推荐，但是我认为他是一个比较合理的设计。一个是它的推荐应该是分析了用户关注人的习惯，进行定点定向的推荐，这样很有可能促进转化率。再一个是它的信息展现结构和关注人的信息展现上结构一致，虽然多了关注按钮和推荐按钮女，但是它的整体差别化不大，并没有打断体验阅读。

（3）首页左上角的icon

    点击进入此icon详情页，发现子页面的内容却存在着题文不符的情况，存在严重的认知负荷，以及信息流混合的状态。

好友关注状态，那么认知上应该内容是好友所关注的人，可是进入之后看到却是“可能感兴趣的人推荐”，“你赞过他的微博的人”的推荐。甚至，刷了下半天，中途又冒出来了“建议开启定位服务”“建议开启通讯录”。而真正是关注人的动态刷了一会才出现。

所以，这里我的改进意见是：

第一种方案：将“感兴趣的人”“赞过的人”，“可能感兴趣的人”“可能喜欢的大咖”这些做成一个子导航放在标题栏下方。

第二种方案：将“关注好友人的状态”这个文案换掉。把好友二字去掉，增强内容的一致性。同时优化一下信息流，将关注人的动态有限放在最前方。

  接着是好友关注动态的这个“…”icon，这个地方我一开始以为会是分享之类的，但是进入发现，仅仅是一个“刷新”按钮和“返回首页”。

    可以把“刷新：可以直接做成一个icon放在外面，而不是把层级加深。这样就减轻了用户操作路径，更为直接和便捷。

    着重分析分组这块的内容。因为站在信息化个人定制的角度，如何把海量关注人信息全部收入囊中，这个是个很大的问题。当然，微博这里有这样一个分组的功能。

    刚刚开始，我们在一开始关注那个人时，微博会自动弹出一个pop up的分组框。

    我认为微博的这个pop up 的打断应该算得上是一个贴心的。首先是它的数据信息的预判能力强，关注后，会有一个推荐加入的组，这个组是微博自己创立的，这里就为那些选择困难症的用户解决了问题。在一个就是它的选择权还是给了用户，在此框的最下方，会有一个“＋新建分组”。

     再就是使用分组功能，这个地方就是在微博首页的 标题栏上，也就是点击你的姓名那里会出现一个下拉框。其实在调研的过程中发现，有一部分人是不太知道这个地方还可以点击的，除了那个小红点的出现提示之外。

所以我认为，作为一个信息个性化定制的这样一个前提定位，以这样一个掩藏型的功能来达到那样一个目标，我认为在体验和效率上都不能达到一个很好的状态。至于如何更好的展现，我仍然在思考这个问题。

    重新编辑好友分组的时候，微博有提供了几种方法，但是每个设计却都有它的不完美或者说体验不佳的地方。要么操作路径较长，要么就是层级掩埋深，用户找不到方向。由或者是信息展现的位置容易被用户忽略。

第一个是通过点击关注人头像进入。

   这个方法的使用场景通常是用户在某一组中发现此用户类别出错，进而点击其头像进入。 

第二个方法是通过总关注人来变动。

   这个方法是在调研中发现的，大家会通过这个路径来整理分组。可以发现的是此操作路径十分长。

所以在此建议，可以在图一处加一个编辑分组。或者在图二处的分组列表上加入“编辑分组”，以此缩短操作路径。

第三个是点击首页我的昵称出现分组列表编辑分组。

    这个路径对于那些经常使用分组功能的人来说，是最常用的一种。操作路径也短。

    但是在这里有一个小的细节问题，那就是进入第三个界面时（图三）。

    建议把标题栏的“分组管理”改成小组名字。或者把分组名称放到用户上方。虽然在上一部操作中，用户已经选择了组类别，但是考虑到移动设备的环境，很容易被干扰，当用户从干扰中状态回来时，在看到这一幕的信息时，是一开始看到那些分组用户，会容易迷失的自己刚才编辑的是那一组。

其次就是右上方的“更新“这里存在一个严重的认知符合。点击之后，也没有任何状态反馈。后来才明白。原来是刷新小组的人员变动。

建议在点击刷新后，给一个状态反馈——已更新组内成员。或者直接把更新机制添加在“更多成员” 这个按钮上。

第四个是直接在点击在标题栏下方的编辑分组。

这个方法应该是所有方法中最为快捷的方法，但是也存在很多问题。应该是个专家用户的功能。因为它很容易被用户忽略。

首先是，当一打开微博的时候，这个分组管理是没有显示的。下拉刷新中，它也是隐藏的，然而刷新结束后，刚好那个“反馈状态”遮住了它。

并且现实情况是，用户在刷新的时候，用户的视觉焦点是关注的刷新的内容，视线和动作更本不会停留，在此标签上。所以说，此功能虽然最为快捷，但是却是最容易被用户忽略。

   总的来说，为了让用户获得更加准确的信息，这个分组是值得进一步深思的。

    这个tab3，通通过用户调研发现，大家常用的功能安优先级排列就是搜索，实时热搜版，热门话题，热门微博。其他的功能几乎很少用到。

    这里就主要说说热搜榜，很多人都会在看完首页之后，来看看实时热搜榜，获取最新的网络动态。但是这里，层级会有点深，对于边缘用户来说，这里不容易被发现。

（7）Tab我（信息分组）

和“发现”一样，“我”里面有很多附加功能。采取的是这种列表list结构，让信息的可拓展性更加强。如果和微信的发现做对比的话，其实微博很多功能都外露。一眼看上去，觉得很烦杂。

我认为，这里微博可以将信息做进一步分类和聚合，让list条目更加少。

    在这里需要吐槽一下的就是新版本更新后的会员中心出现的位置，这里很容易造成用户的误操作。因为原来这里点击资料栏就可以进入个人主页，而会员出现后，总是会进入会员中心。虽然会员中心也有这样一个查看主页的功能，但是对于已经形成路径依赖的用户来说，这里的改变需要适应。

     个性化信息平台＋公众网络发言平台，可能是一个发展方向。当然，从微博的更新来说，也有这样的一个趋势。然后，至于那些广告，运营方面的事情，真正考虑到用户需求和商业目标平衡的问题。这个问题是一个永恒思考的话题。

     我做了一些调研，还有从知乎等网站上去收集了一些关于新浪微博的一些评价，下面再来看看那些现在依旧存留在微博，以及离开微博的原因：

一个熟悉好友少的自我状态发表树洞 。

对热门话题发表自己的想法的吐槽地。

1.广告多，营销大号占据大部分话语权。

3.热门话题被营销号占据，社会实事消息变得少

4.社会资讯的收集，社交交友还有其他，完全可以被一些更好的专门化的软件给替代。

找各种相同爱好者。二次元圈，欧美圈，国产圈，韩剧圈，很多人都活跃在微博上。

获取各圈的最新动态，大家分享各种资源。

认为贴吧等比较适合低龄用户。

兴趣导向为主。只关注，小众内容原创优质的内容的人

自动蔽屏大v，名人明星营销号。

对于追星一族来说，微博是最接近偶像，获取偶像动态的一个地方。

快速了解获取社会或者网络上的消息。

其实现在的微博是一个集大成的产品。就如同它一开始的产品DNA一样，社交加媒体，它是共存的。也就因为它这样一个共存的特点，也就如离开微博的人说，广告，营销，信息的随意性，多方位功能的可替代性，让微博逐步失去了它最开始的光芒。加上微信在这一时期，微信的“火”起，让大量社交用户关系转移。同时，微博是一开始的定位两边摇摆不定，加上随着微博的商业变现关系，在某些用户体验方面也确实差强人意。

    不过，不得不说，广告，营销，是微博用户流失的一大部分原因。尤其是2013年和阿里采取了战略合作关系之后，微博更是沦为淘宝的前前方宣传战场。各种广告，僵尸粉。用户体验一度引来大量的吐槽。

   但是有这些广告，营销这也是无奈之举并且也是一个正常的发展之道。

   首先，微博一直在困顿于商业模式的探索，而新浪本实质就是一个商业化的公司。大家看一份数据现实： 2015年新浪和微博的截至9月30日第三季度未经审计的财务报告中显示微博的收入在新浪公司的总收入中占比为55%。其次，新浪公司总体86%的成本开支体现在了微博运营和功能开发的投入上

   所以说，如果微博长期不盈利的话，那么公司的发展能力会降低，甚至会威胁到生存。因此，尽快选择最佳的商业模式和盈利模式，是微博的当务之急。

和阿里的合作，正好各取所需。然而，确实和阿里合作之后，微博的盈利状况发生了转变，下面是我收集的微博财务营收状况和阿里的一些关系：

无盈利，哪有成本来投入研发，去投入更多资金去改善用户体验？所以从这个角度看微博的广告，真的是生存所必须存在的。并且会长期存在：新浪董事长曹国伟表示：“步入2016年，微博将继续通过移动广告产品的多元化，提升广告效率以及拓展客户群来实现业务增长力。”

    如何在盈利的基础上，更好的顾及用户体验，是一个永远值得思考的问题。当然微博也确实在不断改善用户体验，从之前分析的产品历代迭代中可以发现。

    并且大家可以看到在2015后，微博的盈利好转，。大家可以感受到的就是，微博上虽然还是存在广告，但是相比之前要好了许多。这个其实也是和微博的投入有关的。

    微博CEO王高飞表示：“去年以来，微博一直对信息流算法进行优化。除了让用户基于关注关系获取信息外，微博还通过对用户浏览习惯的分析，在信息流中推荐其可能感兴趣的内容，从而提高用户消费信息的效率。”

其实这个推荐机制引入后，微博的信息传播将更加贴合用户，这里也是在加强微博的媒体属性。

上图是CNNIC在4月8号对微博广告影响做的一个调查统计，其实也可以看的，现在的大部分微博用户对广告已经不在那么在意了。 

    终上所有所述，本次产品分析的主题也是围绕微博的个性化定制和公众发言平台展开的。但是前面一直没有数据来证明其合理性。这里在此引用：3月的微博财务报表分析也可以看出这一点变化的优势：

1、微博月活用户净增6000万，较2014年多了1300万；

（目前，国内其他新闻APP中，最高的月活也只有1亿左右，而且互动性均弱于微博。）

2、微博移动端月活用户接近2亿；

3、微博移动端日活用户达9400万，同比增长46%；

微博移动端的日活用户增速达46%，高于微信（微信2015年前三个季度月活用户平均增长38%）。

4、用户信息流互动率提高24%。

（微博移动端日活跃用户占比达到89%。这意味着，微博的移动化转型已平稳收官）

于此同时，微博015年向自媒体开放运营32个垂直领域，并上线头条文章，这也除是在UGC之外，为了供应更加充足的优质内容。这里也强力验证了微博在强化媒体属性。

同时也可以在CNNI的社交报告中，也可以看出微博在媒体职能上的优势。

    最后的最后，所以说到微博是否真的会走向衰退。我认为，在确立了商业模式的情况下，抓好产品的定位，保持现在的轻社交，着重发展媒体。认真研究现存微博用户的特点，考虑如何设计和运营，增强用户粘性，再结合商业价值，变现。

    我今天在这里的分析，也只是冰山一角。

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