突破瓶頸輕松設計zigbee應用系統(tǒng)研討

1、突破瓶頸 輕松設計ZigBee應用系統(tǒng)上網(wǎng)時刻：2008年11月26日 作者：吳線，嵌入式無線高級工程師 已有 3 位網(wǎng)友發(fā)表評論 HYPERLINK /ART_8800095375_1200_2308_0_0_eac9bd7d.HTM l 2#2 我來評論 歡迎您! 來自Baidu的用戶.您能夠點擊了解更多“ HYPERLINK /SEARCH/ART/zigbee.HTM?tracking_code=welcome t _blank zigbee”資訊。 HYPERLINK /register.do?fromwhere=SE_article t _blank 注冊點擊那個地點相關閱讀： H

2、YPERLINK /ART_8800112655_1100_2300_0_4300_db32c5f1.HTM?tracking_code=welcome t _blank 注重打造自主知識產(chǎn)權，把握物聯(lián)網(wǎng)進展機遇關鍵字： HYPERLINK /TECHTERM/ART/ZigBee.HTM ZigBee HYPERLINK /TECHTERM/ART/CC2591.HTM CC2591 HYPERLINK /TECHTERM/ART/CC2430.HTM CC2430 HYPERLINK /TECHTERM/ART/%C7%B6%C8%EB%CA%BD%C9%E8%BC%C6.HTM 嵌入式設

3、計 關鍵詞： HYPERLINK /TECHTERM/ART/ZigBee.HTM ZigBee HYPERLINK /TECHTERM/ART/CC2430.HTM CC2430 低功耗無線 HYPERLINK /TECHTERM/ART/%C7%B6%C8%EB%CA%BD%C9%E8%BC%C6.HTM 嵌入式設計 當前華爾街的金融風暴來勢兇狠，許多技術領域都感到陣陣寒風，然而具有綠色特點和節(jié)能特征ZigBee技術，卻在這波風暴中，依舊紅火，進展迅速。 HYPERLINK /ART_8800071483_1400_0_0_0_423863fd.HTM o 韓國信產(chǎn)部官員透露ZigBee在

4、韓國IT839打算中角色 ZigBee聯(lián)盟最近推出了最新ZigBee PRO技術，在自動跳頻處理，可靠網(wǎng)狀網(wǎng)絡多路徑自動路由選擇，大型復雜網(wǎng)絡，網(wǎng)絡安全等方面，取得了突破進展，使無線網(wǎng)絡功耗更低，運行更可靠。以TI/CHIPCON為代表的一批廠家，也陸續(xù)推出了完全免費ZigBee協(xié)議棧和一大批新的無線SoC芯片和系列擴展電路，這些芯片以低成本，微功耗為特征，加速了ZigBee技術的產(chǎn)品化和有用化的步伐，使ZIGBEE技術以越來越快的速度，開始融入我們生活的方方面面，也越來越快的進入各行各業(yè)，在節(jié)能，環(huán)保，數(shù)字家庭，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，工業(yè)自動化，健康照顧等等領域，大顯神通。據(jù)有關市場研究機構可能，到20

5、10年，全球將會銷售多達5億8千萬片ZigBee芯片。 一、突破ZigBee應用系統(tǒng)設計的瓶頸 ZigBee技術是建立在 HYPERLINK /ART_8800082078_1500_2308_0_4200_07f7e1a3.HTM o 北京威訊紫晶公布無線個域網(wǎng)介質層操縱軟件包 IEEE802.15.4國際標準上的一種自組織無線網(wǎng)絡技術，要緊的硬件基礎是一個符合IEEE802.15.4國際標準硬件收發(fā)器和一個微操縱器(能夠是任何8、16、32位內(nèi)核的微操縱器，國內(nèi)也稱為單片機)，軟件要緊是運行于單片機內(nèi)部的一套軟件，稱為ZigBee協(xié)議棧。 關于一個實際ZIGBEE應用系統(tǒng)的設計，設計者要緊

6、面對的技術難點有三個，通訊距離，高頻設計技術和無線軟件技術，這也是ZigBee技術走向應用的要緊瓶頸。 1、通訊距離問題，由于一般的ZigBee前端RF部分輸出大部分只有0DBM，點對點開闊地帶實際通訊距離只有幾十米，假如加上環(huán)境和阻擋因數(shù)，通訊距離還會縮水。盡管能夠通過中繼路由來解決，差不多上專門多應用依舊有困難，像無線點菜系統(tǒng)，棉田滴灌系統(tǒng)，安防系統(tǒng)，樓宇監(jiān)控，醫(yī)院應用，糧庫監(jiān)控，電力線監(jiān)控，井下定位等等，都需要比較長的通訊距離才能夠滿足需要。 2、ZigBee芯片工作在2.4GHZ和900MHZ的高頻率，硬件設計不可能繞開高頻設計和調(diào)試，需要的高頻設備如頻譜分析儀等，價格較高，也構成了一

7、定技術門檻。 3、為了實時處理復雜的無線網(wǎng)絡治理和路由，ZigBee軟件協(xié)議棧代碼比較復雜，同時涉及比較多的無線技術知識背景，掌握這些無線軟件需要比較多的時刻，加上協(xié)議棧在不斷升級，使用的微操縱器也在不斷變化中，也加長了開發(fā)和調(diào)試周期。 這些瓶頸，早差不多被相關廠家所重視，目前我們看到，專門多廠家差不多推出了各種比較完整的解決方法。關于ZIGBEE通訊距離的擴展，目前采納外部擴展和內(nèi)部增加放大器兩套方法，TI最近推出的 HYPERLINK /TECHTERM/ART/CC2591.HTM CC2591放大器芯片，確實是比較典型的外部擴展的方法，CC2591能夠和CC2430等ZigBee單芯片

8、完整結合，以特不低的成本，實現(xiàn)ZIGBEE通訊距離的擴展，圖一是CC2591原理和采納CC2591CC+2430設計的EZ-LBee模塊系列產(chǎn)品。 圖1 CC2591CC+2430設計的EZ-LBee模塊采納CC2591后，ZigBee網(wǎng)絡通訊距離能夠輕易在點對點開闊地帶通訊距離能夠達到600米以上，通過ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡的自動中繼路由，能夠容易實現(xiàn)微功耗下數(shù)十公里的網(wǎng)絡 通訊和無線傳感器網(wǎng)絡。 由于大量模塊化產(chǎn)品的出現(xiàn)，也就同時解決了第二個應用瓶頸，這些模塊只有大約1平方英寸大小(隨著工藝改進還會越來越小)，能夠使用AA電池供電，也特不容易集成到用戶系統(tǒng)中去。關于用戶使用而言，從模塊入手，

9、完全幸免的高頻設計和調(diào)試的問題，能夠將自己的要緊精力要緊集中到自己的應用系統(tǒng)設計。 而且由于目前的模塊，大多數(shù)在出廠時也配備了一套ZigBee串口通訊協(xié)議，這套協(xié)議將復雜的ZigBee應用，轉換為簡單的，具有ZigBee網(wǎng)絡功能的AT命令集，例如加入網(wǎng)絡，配置網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)收發(fā)等功能，都能夠通過單片機向串口發(fā)送簡單的操作命令來完成，用戶只要會單片機串口編程，無需要深入研究ZigBee協(xié)議棧，就能夠輕松使用ZigBee技術。如此就解決了第三個要緊的技術瓶頸。 二、標準產(chǎn)品和評估系統(tǒng)加快ZigBee應用系統(tǒng)集成 通過使用內(nèi)置ZigBee網(wǎng)絡功能長距離微功耗模塊，差不多解決了ZigBee技術走向實際應用

10、的要緊瓶頸，然而關于系統(tǒng)集成商和應用集成商而言，要在自己熟悉的行業(yè)，將ZigBee技術容易的集成到自己的系統(tǒng)中去，還會面臨2個其他方面的困難。一是評估困難，二是缺乏部件化的標準組件。 第一方面的困難是：ZigBee是一種全新的技術，系統(tǒng)集成商在開始進行評估時，缺乏必要的實際評估系統(tǒng)，因此無法實際觀測和了解ZigBee技術實際效果，如通訊距離，抗干擾能力，功耗，環(huán)境適應等，而且對如此的系統(tǒng)如何設計，也心中許多。 第二方面的困難是，缺乏標準的應用組件，能夠容易像搭積木一樣，迅速采納這些標準部件，構成自己需要的ZigBee系統(tǒng)。 事實上，標準產(chǎn)品，也能夠使用來作為快速評估系統(tǒng) ， 依照目前如此的實際

11、應用需要，許多廠家也陸續(xù)推出了各種ZigBee標準產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡和GPRS，WI-FI，以太網(wǎng)，藍牙等網(wǎng)絡的互聯(lián))，路由器，低功耗節(jié)點，也推出了各種應用評估系統(tǒng)。圖二和圖三是目前差不多上市的部分ZigBee標準產(chǎn)品： 圖2 典型的無線路由器，低功耗節(jié)點標準產(chǎn)品圖3 典型的無線網(wǎng)關產(chǎn)品這些標準產(chǎn)品差不多上“即插即用”產(chǎn)品，你能夠像搭積木一樣，在專門短時刻內(nèi)對ZigBee技術進行現(xiàn)場測試，也專門容易將這些標準產(chǎn)品集成到你自己的系統(tǒng)中去，實現(xiàn)一個長距離，微功耗的巨大網(wǎng)狀網(wǎng)絡和各種行業(yè)應用。 三、ZigBee應用系統(tǒng)設計的層次和實例 隨著ZigBee技術和無線傳感器網(wǎng)絡技術不斷向

12、更加寬敞的應用領域深入，假如是采納由淺入深的路徑，大概順序如下： 1、系統(tǒng)集成，在那個層次，要緊是要掌握ZigBee技術的應用特征，例如系統(tǒng)可靠性和網(wǎng)絡可靠性，通訊距離，抗干擾性能，低功耗性能等，使用標準產(chǎn)品和評估系統(tǒng)進行是比較好的進入點。 優(yōu)點：入門需要的時刻短，幾個小時或幾天。缺點：系統(tǒng)靈活性可能不夠，成本略微高一些。 2、采納模塊和自己的單片機系統(tǒng)組合設計，這要求對單片機技術比較熟悉，因此最好是采納自己熟悉的單片機，要緊工作是熟悉ZigBee AT命令集，如何通過AT命令集來操作復雜ZigBee無線網(wǎng)絡，由于不需要分析無線協(xié)議棧代碼和進行高頻設計，用戶能夠將要緊精力集中在自己的應用代碼開

13、發(fā)。 優(yōu)點：入門時刻是一星期或更短。(假如能夠使用帶有驅動源代碼的模塊開發(fā)系統(tǒng)，還能夠進一步縮短上手時刻)。缺點：需要在模塊后面，加上自己的微操縱器，成本稍有增加。 3、采納模塊或者直接使用ZigBee芯片進行自己的ZigBee應用系統(tǒng)設計。 假如不希望進行高頻設計，能夠從模塊開始，直接使用TI等公司提供的ZigBee協(xié)議棧源代碼和庫文件，自己進行應用代碼的編寫，然后直接下載到模塊進行調(diào)試，由于EZ-LBee如此的通用，開放，開源模塊的出現(xiàn)，使這種開發(fā)方法成為了可能。 因此，也能夠自己直接采納CC2430/CC2431等芯片，使用ZigBee開發(fā)系統(tǒng)，進行設計。 優(yōu)點：能夠實現(xiàn)單芯片化設計，最

14、終產(chǎn)品成本最低。缺點：需要對軟件和ZigBee協(xié)議棧進行消化和分析，也需要高頻設計方面的知識和經(jīng)驗，需要的時刻可能是數(shù)月或更長。 因此，我們也能夠將上述過程看成一個對ZigBee技術逐步深入的過程的不同時期，而這些時期，也是一個入門和熟悉ZigBee技術的漸進過程。 下面，我們就以一個實際應用系統(tǒng)設計例子，來看看如何實現(xiàn)應用系統(tǒng)評估設計全過程： 應用實例：ZigBee無線溫度傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng) 要緊功能： 對溫濕度進行無線測量、監(jiān)控、記錄。 應用對象：高層字樓、醫(yī)院、，成品庫、醇化庫、發(fā)酵庫、儲絲房、糧庫、煙草庫，溫室大棚等，需要對溫度，濕度進行監(jiān)控，而且布線困難的應用。 圖4 ZigBee無線溫

15、度傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)應用系統(tǒng)的評估和開發(fā)過程： 評估：采納評估系統(tǒng)，安裝電池，安裝PC監(jiān)控應用軟件，系統(tǒng)自動組網(wǎng)，PC軟件顯示出傳感器節(jié)點傳來的實時數(shù)據(jù)，10分鐘內(nèi)完成安裝，能夠方便進行通訊距離，可靠性等評估。 模塊級不外置微操縱器開發(fā)： 使用自己選擇的微操縱器接口 標準產(chǎn)品模塊，采納ZigBee模塊開放系統(tǒng)，在AT命令級不進行自己的軟件開發(fā)，下面是外置8051和STM32兩種ZigBee模塊開發(fā)平臺，軟件支持KEIL 8051和STM32位平臺。 圖5 外置8位和32位微操縱器ZigBee模塊開發(fā)系統(tǒng)模塊內(nèi)部軟件開發(fā)： 將模塊從應用系統(tǒng)或者模塊開發(fā)系統(tǒng)20腳插座取下來，直接插入C51RF-3-PK如此ZigBee開發(fā)系統(tǒng)的20腳插座，不需要任何硬件更改，就能夠直接采納IAR等軟件開發(fā)平臺和TI免費ZigB