Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)、產(chǎn)品以及應(yīng)用詳解

精品文檔-下載后可編輯Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)、產(chǎn)品以及應(yīng)用詳解一.ZigBee概析

Zigbee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。ZigBee,在中國被譯為"紫蜂",它與藍(lán)牙相類似.是一種新興的短距離無線技術(shù).這一名稱于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

Zigbee聯(lián)盟于2022年成立，當(dāng)協(xié)議發(fā)展到2022版時(shí)，各層協(xié)議都已經(jīng)趁于完善。Zigbee網(wǎng)絡(luò)適用于區(qū)域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可通過網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，與以太網(wǎng)/GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫連接，完美實(shí)現(xiàn)低成本遠(yuǎn)程監(jiān)控等應(yīng)用……簡(jiǎn)單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。

與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè)ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感氣直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無線連接。

Zigbee特點(diǎn)：

①自動(dòng)組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)容量大。Zigbee網(wǎng)絡(luò)可容納多達(dá)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)之間都可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。網(wǎng)絡(luò)有星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在有模塊加入和撤出時(shí)，網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)修復(fù)功能。

②網(wǎng)絡(luò)時(shí)延短。Zigbee的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需要3～10s、WiFi需要3s。

③模塊功耗低,通訊速率低。模塊有較小的發(fā)送接收電流,支持多種睡眠模式,一個(gè)10AH的電池,在Zigbee水表中可使用8年.Zigbee通訊速度可達(dá)250Kbps,適合用于設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊，不太適合用于聲音、圖像的傳送。

④傳輸距離可擴(kuò)展。舉例DIGI的XBEE增強(qiáng)型模塊，相鄰模塊通訊距離可達(dá)1.6Km,有效距離范圍內(nèi)的模塊自動(dòng)組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)可自由通訊,這樣傳輸距離得到了擴(kuò)展.

⑤成本低。Zigbee模塊工作于2.4G頻段,故只需要先期的模塊費(fèi)用,無需支付持續(xù)使用費(fèi)用.若采用豐寶代理的DIGI公司的Zigbee模塊,則可無需再次開發(fā),通過TTL的RX,TX便可進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送接收,大量減少了產(chǎn)品開發(fā)周期,獲得了更好的市場(chǎng)先機(jī).

⑥可靠性好,安全性高。Zigbee具有可靠的發(fā)送接收握手機(jī)制,可靠地保證了數(shù)據(jù)的發(fā)送接收,另Zigbee采用AES128位密鑰,保證數(shù)據(jù)發(fā)送的安全性。

Zigbee與其它技術(shù)的簡(jiǎn)單比較

市面上Zibee產(chǎn)品當(dāng)前主要有三種:

1.Zigbee模塊,所有與Zigbee相關(guān)的設(shè)計(jì)都已經(jīng)做好了,客戶通過接口發(fā)送接收數(shù)據(jù),并可使用模塊多種附加功能,如遠(yuǎn)程的A/D,I/O自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能,I/O輸出功能等.使用這種產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是:使用簡(jiǎn)單,開發(fā)周期短,已驗(yàn)證的應(yīng)用協(xié)議使保證了通訊可靠性.如DIGIXBEEmodule.

2.ZigbeeRFIC+MCU,提供Zigbee協(xié)議棧.使用這種產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)就是成本相對(duì)較低,劣勢(shì)就是需要熟悉Zigbee架構(gòu),調(diào)用底層協(xié)議,所以開發(fā)周期長,需要有高頻電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn).如TICC2420+MSP430.

3.內(nèi)含RF的MCU,優(yōu)勢(shì)成本低,電路設(shè)計(jì)相對(duì)較少.劣勢(shì)是需要熟悉Zigbee底層協(xié)議,開發(fā)周期長.如FreescaleMC1322X.

二.DIGI的Zigbee產(chǎn)品介紹:

下面以DIGI的產(chǎn)品為例，作應(yīng)用舉例分析。在分析前，先對(duì)DIGI的產(chǎn)品作一下介紹。DIGI的Maxstrem產(chǎn)品按組網(wǎng)方式分,主要有二種：

①點(diǎn)對(duì)多模塊,支持有效距離范圍里的模塊數(shù)據(jù)通訊,優(yōu)點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)延時(shí)短,網(wǎng)絡(luò)設(shè)置簡(jiǎn)單.

②組網(wǎng)模式:Zigbee2022Zigbee2022DIGIMESH。有效距離范圍里同設(shè)置的模塊會(huì)自動(dòng)加入到網(wǎng)絡(luò)里,并可與網(wǎng)絡(luò)中的任意模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊.優(yōu)點(diǎn)是:模塊自動(dòng)組網(wǎng),這樣距離可得到擴(kuò)展.

所有模塊都有普通型(室外明視距離100M)和增強(qiáng)型(室外明室距離1.6KM)兩種.若需要距離更遠(yuǎn)的模塊,還可以選用DIGIXtend產(chǎn)品(距離遠(yuǎn)達(dá)64KM).

模塊優(yōu)勢(shì):

①是可支持多種協(xié)議的平臺(tái),

②功耗低.發(fā)送接收電流小,支持多種睡眠方式.定時(shí)喚醒,管腳喚醒等.

③多種模塊附加功能供客戶使用.如多路10位A/D,I/O輸入輸出功能,I/O變化監(jiān)控并發(fā)送功能,支持遠(yuǎn)程和本地的監(jiān)控.

④可靠的數(shù)據(jù)發(fā)送接收.具有重發(fā),加密等多種機(jī)制.

⑤使用簡(jiǎn)單,開發(fā)時(shí)間短.通過TTL的TX,RX來發(fā)送接收數(shù)據(jù).通過命令等遠(yuǎn)程監(jiān)控.值得一提的是,DIGI還在Zigbee協(xié)議基礎(chǔ)上,做了更實(shí)用可靠的DIGIMESH協(xié)議,縮短了網(wǎng)絡(luò)延遲,提高了路由沖突損壞等問題時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通訊可靠性.與Zigbee的協(xié)調(diào)器路由器終端的結(jié)構(gòu)不同,DIGIMESH網(wǎng)絡(luò)中各點(diǎn)都是對(duì)等的,簡(jiǎn)化了的網(wǎng)絡(luò),除可完成Zigbee一樣的卓越通訊功能外,還支持網(wǎng)絡(luò)中模塊的同步睡眠與喚醒,為低功耗解決方案.

三Zigbee應(yīng)用

Zigbee+GPRS實(shí)現(xiàn)大范圍的遠(yuǎn)程監(jiān)控：

如ZigBee農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)：

可通過以太網(wǎng)或手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備，往GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令，使大棚內(nèi)的作物生長在適宜的溫濕度下。XBEE+MCU,監(jiān)控棚內(nèi)溫濕度等信息，并實(shí)時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到與GPRSDTU（GPRS終端，可使用WD2022）相連的XBEE模塊，模塊收到數(shù)據(jù)后通過串口發(fā)送到GPRSDTU,通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到指定的GPRS接收設(shè)備?？梢允鞘謾C(jī)或電腦等設(shè)備。移動(dòng)設(shè)備也可以通過網(wǎng)絡(luò)，將控制命令發(fā)送到GPRSDTU,GPRSDTU（可使用WD2022）接收到命令，通過串口線將數(shù)據(jù)發(fā)送到XBEE模塊，傳送到指定大棚內(nèi)，開啟相關(guān)設(shè)施。因要考慮功耗等原因，推薦使用可運(yùn)行DIGIMESH同步睡眠喚醒功能的XBEE模塊。

系統(tǒng)特點(diǎn):

①利用了XBEE的遠(yuǎn)程數(shù)字I/O.在智能化程度高的溫室里,需要對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的開啟開關(guān)等操作,而XBEE恰好提供了這種功能.可使用遠(yuǎn)程參數(shù)修改命令,輕松完成設(shè)備的遠(yuǎn)程操作.

②XBEE的低功耗.在有些地區(qū)的溫室內(nèi),因無供電設(shè)施,則需要系統(tǒng)設(shè)備工作于低功耗下.兩節(jié)高能電池,可供模塊工作近二個(gè)月.而GPRSDTU可使用高能鋰電池或鎳氫電池,如8AH電池,也可供設(shè)備工作近二個(gè)月.

③XBEE組網(wǎng).將各大棚的溫濕度等情況,通過XBEE集中收集到一起,然后通過GPRS發(fā)送出去.因模塊具胡自動(dòng)組網(wǎng)功能,被監(jiān)控范圍可足夠大.

3.極短的開發(fā)周期.GPRSDTU(如望聯(lián)WD2022)提供232接口,XBEE模塊接轉(zhuǎn)換板后也提供232,所以只要直接接一起.通過GPRS的設(shè)置,然后就可以通過電腦以太網(wǎng)或手機(jī)GPRS或手機(jī)短信,接收到溫室當(dāng)前工作情況,和控制溫室內(nèi)設(shè)備了.

四.Zigbee的前景

在藍(lán)牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(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，而工業(yè)自動(dòng)化，對(duì)無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強(qiáng)烈，而且，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過人們長期努力，ZigBee協(xié)議在2022年正式問世。另外，Zigbee使用了在它之前所研究過的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議HomeRFLite。長期以來，低價(jià)、低傳輸率、短距離、低功率的無線通訊市場(chǎng)一直存在著。自從Bluetooth出現(xiàn)以后，曾讓工業(yè)控制、家用自動(dòng)控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，

但是Bluetooth的售價(jià)一直居高不下，嚴(yán)重影響了這些廠商的使用意愿。如今，這些業(yè)者都參加了IEEE802.15.4小組，負(fù)責(zé)制定ZigBee的物理層和媒體介質(zhì)訪問層。IEEE802.15.4規(guī)范是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率（250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術(shù)，用于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)和對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。它是ZigBee應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)。ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。主要用于近距離無線連接。它依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在