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ZigBee及其开发平台简介--以网蜂(WeBee)公司制造的开发板为例

1.ZigBee简介

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、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。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。

相信大部分人开始时会以为ZigBee是一种无线通信模块,我一开始也是这么的认为,所以当初我第一次拿到ZigBee开发板时,第一时间找它上面的MCU,还真想知道用什么单片机来控制这东西,找了半天没发现,一头雾水。最后才发现,原来我们CC2530芯片上集成了8051内核,你没看错,我也没打错,里面集成了一片增强型的51单片机。只要你有51单片机的编程基础,就可以轻轻松松的开始玩Zigbee了。

传输速率

应用范围(m)

应用领域

ZigBee

20-250Kbps

10-100

无线传感网

蓝牙

1-3Mbps

2-10

无线耳机、鼠标

WiFi

1-11Mbps

30-100

无线网络

从表中几种无线传输的属性中我们可以看到Zigbee的应用范围是低速率远距离的。这造就了Zigbee低功耗信息传输的优势,网上经常谈到两节普通的5号干电池可以使用6个月到2年的时间,免去充电和更换电池的麻烦。表1 ZigBee、蓝牙、WiFi传输标准对比图

ZigBee节点所属类别主要分三种,分别是协调器(Coordinator)、路由器(Router)、终端(End Device)。同一网络中至少需要一个协调器,也只能有1个协调器,负责各个节点16位地址分配(自动分配)。理论上可以连上65536(2^16)个节点。

目前ZigBee的应用领域主要有:智能家居物联网;工业、农业无线监控系统;个人监控、医院病人定位;电子消费;城市智能交通;户外作业及地下矿场安全监护等等。随着技术日益成熟以及价格的下降,Zigbee在大多领域取代原始的无线模块是毋庸置疑的。举个最简单的例子,终端节点和协调器的最大通讯距离为200米,我们在200米的地方加入1个节点设备作为路由器,那么终端就可以通过路由器转发,也就是说通讯距离可达400米。而且新节点加入现有网络极为方便。我们姑且可以先把ZigBee当成普通的无线模块应用。

2. ZigBee开发平台介绍

ZigBee的学习平台是IAR(编程软件)+Z-stack2007 PRO(协议栈),芯片是TI公司的CC2530,这也是目前国内最流行的ZigBee学习和应用方案。

(1)CC2530核心板

(2)功能底板

  • 底板尺寸:7*5cm;
  • 串口通信:自带USB转串口功能(PL-2303),方便笔记本用户;
  • 供电方式:方口USB、DC2.1电源座(5V);7号锂电池(3.7V);
  • 功能接口:Debug接口,兼容TI标准仿真工具,引出所有IO口,常用的串口引脚以及5V/3.3V引脚;
  • 功能按键:1个复位,2个普通按键;
  • LED指示灯:电源指示灯、组网指示灯和普通LED;
  • 核心模块支持:CC2530核心板,CC2530+PA(cc2591)核心板;
  • 传感器模块支持:温度DS18B20/温湿度DHT11等全系列传感器。

(3)ZigBee USB Dongle

ZigBee的USB Dongle主要有两款,一款是基于TI CC2531设计的,另外一款是基于SmartRF04EB+TI CC2530设计的,两个实现的功能是一样的,只是需要安装的驱动不一样。

功能特点:

  • 尺寸:4.5 * 1.7 cm;
  • 体积小,重量轻,引出下载口和常用IO口,标准1.27mm排针接口;
  • 开放频段,工作频段为2.4GHz;
  • 16个传输信道,根据环境进行切换可靠通信信道;
  • 无线传输速率达250Kbps;
  • 功耗:接收电流<20mA,发射电流<25mA;
  • 使用PCB天线,扩展接收距离;
  • 配合SmartRF Packet Sniffer可以实现ZigBee数据抓包功能。

(4)ZigBee仿真器 SmartRF04EB

功能特点:

  • 小尺寸4.7*2.3cm,标准USB接口,直接使用;
  • 支持仿真器直接供电;
  • 支持IAR在线调试、程序下载、SmartRF STUDIO和packet sniffer协议分析功能;
  • 支持TI ZigBee系列芯片,如:CC111x/CC243x/CC253x/CC251x。

(5)TI CC系列芯片仿真器 CC DEBUGGER

功能特点:

  • 小尺寸4.7*2.3 cm ,标准USB接口,即插即用;
  • 支持IAR在线调试、程序下载、SmartRF STUDIO和packet sniffer协议分析功能;
  • 支持USB更新固件;
  • 兼容TI 全CC系列芯片:
CC1110, CC1111
CC2430, CC2431
CC2510, CC2511
CC2530, CC2531, CC2533
CC2540, CC2541
CC2543, CC2544, CC2545
CC1120, CC1121, CC1125, CC1175
CC1100, CC1101, CC110L, CC113L, CC115L
CC2500, CC2520
CC8520, CC8521
CC8530, CC8531
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