突破瓶頸輕松設(shè)計(jì)zigbee應(yīng)用系統(tǒng)研討

1、突破瓶頸 輕松設(shè)計(jì)ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)上網(wǎng)時(shí)刻：2008年11月26日 作者：吳線，嵌入式無(wú)線高級(jí)工程師 已有 3 位網(wǎng)友發(fā)表評(píng)論 HYPERLINK /ART_8800095375_1200_2308_0_0_eac9bd7d.HTM l 2#2 我來(lái)評(píng)論 歡迎您! 來(lái)自Baidu的用戶.您能夠點(diǎn)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(cè)點(diǎn)擊那個(gè)地點(diǎn)相關(guān)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(shí)產(chǎn)權(quán)，把握物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展機(jī)遇關(guān)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(shè)

3、計(jì) 關(guān)鍵詞： HYPERLINK /TECHTERM/ART/ZigBee.HTM ZigBee HYPERLINK /TECHTERM/ART/CC2430.HTM CC2430 低功耗無(wú)線 HYPERLINK /TECHTERM/ART/%C7%B6%C8%EB%CA%BD%C9%E8%BC%C6.HTM 嵌入式設(shè)計(jì) 當(dāng)前華爾街的金融風(fēng)暴來(lái)勢(shì)兇狠，許多技術(shù)領(lǐng)域都感到陣陣寒風(fēng)，然而具有綠色特點(diǎn)和節(jié)能特征ZigBee技術(shù)，卻在這波風(fēng)暴中，依舊紅火，進(jìn)展迅速。 HYPERLINK /ART_8800071483_1400_0_0_0_423863fd.HTM o 韓國(guó)信產(chǎn)部官員透露ZigBee在

4、韓國(guó)IT839打算中角色 ZigBee聯(lián)盟最近推出了最新ZigBee PRO技術(shù)，在自動(dòng)跳頻處理，可靠網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)多路徑自動(dòng)路由選擇，大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)安全等方面，取得了突破進(jìn)展，使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功耗更低，運(yùn)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(fèi)ZigBee協(xié)議棧和一大批新的無(wú)線SoC芯片和系列擴(kuò)展電路，這些芯片以低成本，微功耗為特征，加速了ZigBee技術(shù)的產(chǎn)品化和有用化的步伐，使ZIGBEE技術(shù)以越來(lái)越快的速度，開始融入我們生活的方方面面，也越來(lái)越快的進(jìn)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(dòng)化，健康照顧等等領(lǐng)域，大顯神通。據(jù)有關(guān)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)可能，到20

5、10年，全球?qū)?huì)銷售多達(dá)5億8千萬(wàn)片ZigBee芯片。 一、突破ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的瓶頸 ZigBee技術(shù)是建立在 HYPERLINK /ART_8800082078_1500_2308_0_4200_07f7e1a3.HTM o 北京威訊紫晶公布無(wú)線個(gè)域網(wǎng)介質(zhì)層操縱軟件包 IEEE802.15.4國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上的一種自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，要緊的硬件基礎(chǔ)是一個(gè)符合IEEE802.15.4國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)硬件收發(fā)器和一個(gè)微操縱器(能夠是任何8、16、32位內(nèi)核的微操縱器，國(guó)內(nèi)也稱為單片機(jī))，軟件要緊是運(yùn)行于單片機(jī)內(nèi)部的一套軟件，稱為ZigBee協(xié)議棧。 關(guān)于一個(gè)實(shí)際ZIGBEE應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者要緊

6、面對(duì)的技術(shù)難點(diǎn)有三個(gè)，通訊距離，高頻設(shè)計(jì)技術(shù)和無(wú)線軟件技術(shù)，這也是ZigBee技術(shù)走向應(yīng)用的要緊瓶頸。 1、通訊距離問(wèn)題，由于一般的ZigBee前端RF部分輸出大部分只有0DBM，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)開闊地帶實(shí)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(huì)縮水。盡管能夠通過(guò)中繼路由來(lái)解決，差不多上專門多應(yīng)用依舊有困難，像無(wú)線點(diǎn)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(yīng)用，糧庫(kù)監(jiān)控，電力線監(jiān)控，井下定位等等，都需要比較長(zhǎng)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(shè)計(jì)不可能繞開高頻設(shè)計(jì)和調(diào)試，需要的高頻設(shè)備如頻譜分析儀等，價(jià)格較高，也構(gòu)成了一

7、定技術(shù)門檻。 3、為了實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)治理和路由，ZigBee軟件協(xié)議棧代碼比較復(fù)雜，同時(shí)涉及比較多的無(wú)線技術(shù)知識(shí)背景，掌握這些無(wú)線軟件需要比較多的時(shí)刻，加上協(xié)議棧在不斷升級(jí)，使用的微操縱器也在不斷變化中，也加長(zhǎng)了開發(fā)和調(diào)試周期。 這些瓶頸，早差不多被相關(guān)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(guān)于ZIGBEE通訊距離的擴(kuò)展，目前采納外部擴(kuò)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(shí)是比較典型的外部擴(kuò)展的方法，CC2591能夠和CC2430等ZigBee單芯片

8、完整結(jié)合，以特不低的成本，實(shí)現(xiàn)ZIGBEE通訊距離的擴(kuò)展，圖一是CC2591原理和采納CC2591CC+2430設(shè)計(jì)的EZ-LBee模塊系列產(chǎn)品。 圖1 CC2591CC+2430設(shè)計(jì)的EZ-LBee模塊采納CC2591后，ZigBee網(wǎng)絡(luò)通訊距離能夠輕易在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)開闊地帶通訊距離能夠達(dá)到600米以上，通過(guò)ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)中繼路由，能夠容易實(shí)現(xiàn)微功耗下數(shù)十公里的網(wǎng)絡(luò) 通訊和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 由于大量模塊化產(chǎn)品的出現(xiàn)，也就同時(shí)解決了第二個(gè)應(yīng)用瓶頸，這些模塊只有大約1平方英寸大小(隨著工藝改進(jìn)還會(huì)越來(lái)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(guān)于用戶使用而言，從模塊入手，

9、完全幸免的高頻設(shè)計(jì)和調(diào)試的問(wèn)題，能夠?qū)⒆约旱囊o精力要緊集中到自己的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 而且由于目前的模塊，大多數(shù)在出廠時(shí)也配備了一套ZigBee串口通訊協(xié)議，這套協(xié)議將復(fù)雜的ZigBee應(yīng)用，轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的，具有ZigBee網(wǎng)絡(luò)功能的AT命令集，例如加入網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)收發(fā)等功能，都能夠通過(guò)單片機(jī)向串口發(fā)送簡(jiǎn)單的操作命令來(lái)完成，用戶只要會(huì)單片機(jī)串口編程，無(wú)需要深入研究ZigBee協(xié)議棧，就能夠輕松使用ZigBee技術(shù)。如此就解決了第三個(gè)要緊的技術(shù)瓶頸。 二、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和評(píng)估系統(tǒng)加快ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)集成 通過(guò)使用內(nèi)置ZigBee網(wǎng)絡(luò)功能長(zhǎng)距離微功耗模塊，差不多解決了ZigBee技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用

10、的要緊瓶頸，然而關(guān)于系統(tǒng)集成商和應(yīng)用集成商而言，要在自己熟悉的行業(yè)，將ZigBee技術(shù)容易的集成到自己的系統(tǒng)中去，還會(huì)面臨2個(gè)其他方面的困難。一是評(píng)估困難，二是缺乏部件化的標(biāo)準(zhǔn)組件。 第一方面的困難是：ZigBee是一種全新的技術(shù)，系統(tǒng)集成商在開始進(jìn)行評(píng)估時(shí)，缺乏必要的實(shí)際評(píng)估系統(tǒng)，因此無(wú)法實(shí)際觀測(cè)和了解ZigBee技術(shù)實(shí)際效果，如通訊距離，抗干擾能力，功耗，環(huán)境適應(yīng)等，而且對(duì)如此的系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)，也心中許多。 第二方面的困難是，缺乏標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用組件，能夠容易像搭積木一樣，迅速采納這些標(biāo)準(zhǔn)部件，構(gòu)成自己需要的ZigBee系統(tǒng)。 事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，也能夠使用來(lái)作為快速評(píng)估系統(tǒng) ， 依照目前如此的實(shí)際

11、應(yīng)用需要，許多廠家也陸續(xù)推出了各種ZigBee標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(guān)(實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)和GPRS，WI-FI，以太網(wǎng)，藍(lán)牙等網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián))，路由器，低功耗節(jié)點(diǎn)，也推出了各種應(yīng)用評(píng)估系統(tǒng)。圖二和圖三是目前差不多上市的部分ZigBee標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品： 圖2 典型的無(wú)線路由器，低功耗節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品圖3 典型的無(wú)線網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品這些標(biāo)準(zhǔn)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(shí)刻內(nèi)對(duì)ZigBee技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，也專門容易將這些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品集成到你自己的系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)距離，微功耗的巨大網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和各種行業(yè)應(yīng)用。 三、ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層次和實(shí)例 隨著ZigBee技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷向

12、更加寬敞的應(yīng)用領(lǐng)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(gè)層次，要緊是要掌握Z(yǔ)igBee技術(shù)的應(yīng)用特征，例如系統(tǒng)可靠性和網(wǎng)絡(luò)可靠性，通訊距離，抗干擾性能，低功耗性能等，使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行是比較好的進(jìn)入點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)：入門需要的時(shí)刻短，幾個(gè)小時(shí)或幾天。缺點(diǎn)：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(jī)系統(tǒng)組合設(shè)計(jì)，這要求對(duì)單片機(jī)技術(shù)比較熟悉，因此最好是采納自己熟悉的單片機(jī)，要緊工作是熟悉ZigBee AT命令集，如何通過(guò)AT命令集來(lái)操作復(fù)雜ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，由于不需要分析無(wú)線協(xié)議棧代碼和進(jìn)行高頻設(shè)計(jì)，用戶能夠?qū)⒁o精力集中在自己的應(yīng)用代碼開

13、發(fā)。 優(yōu)點(diǎn)：入門時(shí)刻是一星期或更短。(假如能夠使用帶有驅(qū)動(dòng)源代碼的模塊開發(fā)系統(tǒng)，還能夠進(jìn)一步縮短上手時(shí)刻)。缺點(diǎn)：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(jìn)行自己的ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 假如不希望進(jìn)行高頻設(shè)計(jì)，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(kù)文件，自己進(jìn)行應(yīng)用代碼的編寫，然后直接下載到模塊進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)。 優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)單芯片化設(shè)計(jì)，最

14、終產(chǎn)品成本最低。缺點(diǎn)：需要對(duì)軟件和ZigBee協(xié)議棧進(jìn)行消化和分析，也需要高頻設(shè)計(jì)方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，需要的時(shí)刻可能是數(shù)月或更長(zhǎng)。 因此，我們也能夠?qū)⑸鲜鲞^(guò)程看成一個(gè)對(duì)ZigBee技術(shù)逐步深入的過(guò)程的不同時(shí)期，而這些時(shí)期，也是一個(gè)入門和熟悉ZigBee技術(shù)的漸進(jìn)過(guò)程。 下面，我們就以一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)例子，來(lái)看看如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)評(píng)估設(shè)計(jì)全過(guò)程： 應(yīng)用實(shí)例：ZigBee無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 要緊功能： 對(duì)溫濕度進(jìn)行無(wú)線測(cè)量、監(jiān)控、記錄。 應(yīng)用對(duì)象：高層字樓、醫(yī)院、，成品庫(kù)、醇化庫(kù)、發(fā)酵庫(kù)、儲(chǔ)絲房、糧庫(kù)、煙草庫(kù)，溫室大棚等，需要對(duì)溫度，濕度進(jìn)行監(jiān)控，而且布線困難的應(yīng)用。 圖4 ZigBee無(wú)線溫

15、度傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的評(píng)估和開發(fā)過(guò)程： 評(píng)估：采納評(píng)估系統(tǒng)，安裝電池，安裝PC監(jiān)控應(yīng)用軟件，系統(tǒng)自動(dòng)組網(wǎng)，PC軟件顯示出傳感器節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，10分鐘內(nèi)完成安裝，能夠方便進(jìn)行通訊距離，可靠性等評(píng)估。 模塊級(jí)不外置微操縱器開發(fā)： 使用自己選擇的微操縱器接口 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品模塊，采納ZigBee模塊開放系統(tǒng)，在AT命令級(jí)不進(jìn)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(tái)，軟件支持KEIL 8051和STM32位平臺(tái)。 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(yīng)用系統(tǒng)或者模塊開發(fā)系統(tǒng)20腳插座取下來(lái)，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(tái)和TI免費(fèi)ZigB