發布日期：2022-07-14 點擊率：104
ZigBee無線技術百花爭艷
ZigBee是一種嶄新的，專注于低功耗、低成本、低復雜度、低速率的近程無線網絡通信技術。是目前嵌入式應用的一個大熱點。
Zigbee的特點主要有以下幾個方面：
1)低功耗。在低耗電待機模式下，2節5號干電池可支持1個節點工作6~24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優勢。相比較，藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時。
2)低成本。通過大幅簡化協議（不到藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4KB代碼，而且ZigBee免協議專利費。
3)低速率。ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。
4)近距離。傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發射功率后，亦可增加到1~3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。
5)短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要3~10 s、WiFi需要3 s。
6)高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點；同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65000個節點的大網。
7)高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。
8)免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療(全球) (ISM)頻段。
正是這些全新的特點，將使ZIGBEE技術將在無線數傳，無線傳感器網絡，無線實時定位，射頻識別，數字家庭，安全監視，無線鍵盤，無線遙控器，無線抄表，汽車電子，醫療電子,工業自動化等方面得到非常廣闊的應用，目前有個口號”WIRELESS ANY WHERe”，要實現這個口號的目標，ZigBee技術的廣泛應用，可能是一個重要的前提。
正是因為ZigBee這個蜜蜂，具有廣闊的市場前景,引來了全球眾多廠商的青睞，紛紛推出各種ZigBee無線芯片，無線單片機，ZigBee開發系統，形成了百花爭艷的市場局面。這種局面，對應降低芯片價格，豐富ZigBee技術的應用軟件，加快ZigBee技術普及，是大有好處的事情。但對于剛剛起步開始學習ZigBee技術的電子工程師、單片機工程師而言，如何在這眾多的芯片和技術中，選一個高效率，低價格的ZigBee無線技術和相關的學習環境，使自己能快速入門和精通復雜的ZigBee無線技術，確成為了一個難題。許多電子工程師感到無從下手。本文提出了一些實用的建議，希望對電子工程師，單片機工程師快速入門ZigBee技術有所幫助。
第1步:選擇自己熟悉的微控制器
由于ZigBee技術是目前嵌入式應用的大熱門。所以目前全世界很多公司陸續投入這個市場，市場上各種ZIGBEE的技術方案五花八門，爭奇斗艷，但俗話說”外行看熱鬧，內行看門道”。以專家的眼光看，每個方案的提供商，無不追求一個”利”字，芯片公司為了推銷自己的微處理器，推銷給用戶不同的微處理器(MCU)，不同公司的硬件平臺，不同的編譯調試系統。這對應初次進入無線領域的工程師而言，既要面對復雜的ZigBee無線通訊協議，超高頻的硬件環境，再加上完全陌生的指令系統，硬件平臺。無疑對學習ZigBee是”雪上加霜”。
建議的解決的之道是選擇8051 微處理器為ZigBee的核心MCU，8051微處理器誕生30多年。目前在國內最為普及，大學中專，都有廣泛的課程，各種參考書，到處都有，開發軟件KEIL， IAR早已被大家熟悉，用起來最順手。
有言論說8051”老了”，怕不能擔當此重任，也有言論說8051會產生數字噪聲，影響無線通訊…以專家的眼光看，這些都是沒有科學依據的說法。隨著芯片科技的發展，今天的8051早已經脫胎換骨，只是片上系統(SoC)的一小部分。而且在低功耗，高速度，低噪聲等方面，有了質的飛躍。拿TI/CHIPCON公司最新的ZigBee單片機CC2430/CC2431為例，其8051內核經過特別設計，可以和的ZIGBEE無線收發電路完美的配合工作，絕不會因為其8051內核的高速運行而對高頻無線通訊有任何影響。
從8051入手,入門ZIGBEE技術,好處如下: 1)無需重新學習微處理器結構原理,無需重新熟悉編譯/調試工具。 2)對片上系統的I/O, 定時器,A/D, PWM, 看門狗等等,也無需重新學習。 3)如果你沒有單片機的基礎,學起來也非常容易,也容易找到人請教,交流。
從技術眼光看，ZIGBEE技術的核心是軟件，如果MCU是8051，則ZigBee是由C51代碼組成的一堆軟件而已。無論是無線數據傳輸，路由算法，網絡拓撲…都是各種函數的組合，代碼組合。如果你熟悉C51編程，你就很容易熟悉ZigBee的代碼，同時將自己的應用代碼和ZigBee結合在一起。
從硬件而言,如果你已經熟悉8051，學習ZigBee最好從片上系統(無線單片機)開始進入。因為對于初學無線的工程師而言，從無線單片機開始，可以避開硬件/高頻方面的很多難點(像CC2430/CC2431/CC1110/CC2510無線部分完全集成在芯片中，外部只有很少幾只零件，你幾乎完全不需要考慮如何焊接，如何調試無線高頻部分硬件)。直接進入最關鍵的部分的學習。
入門最理想的是選擇8051內核的ZIGBEE無線單片機。理想的選擇是最新的CC2430，如果需要高精度無線定位的話，可以容易的擴展到CC2431(關于這兩種無線單片機網上有很多介紹)。注意CC2430/CC2431無線單片機是目前世界上僅有的帶有128K閃存的8051內核的ZigBee無線單片機。
有幾家公司也號稱推出了8051內核的ZIGBEE無線單片機，但他們的”單片機”只有ROM(只讀存儲器)，沒有存放程序的閃存，必須要外加一個小的閃存。你的全部程序必須存儲在外部的閃存中，如果你使用這樣的無線單片機，最大的問題是不能對你自己開發的代碼加密，任何人可以從外部閃存輕易中獲得你辛辛苦苦開發的代碼?!但是使用CC2430/CC2431就不會有這樣的問題發生。
第2步, 選擇一個低價格高性能的ZigBee開發工具
有了第一把鑰匙，你已經打開了入門ZigBee無線技術的第一道大門。掌握了ZigBee心臟跳動的頻率和運行的脈搏，接下來你需要有一套能夠進行程序編譯、下載、在線調試的實際的ZigBee無線技術開發系統。
作為入門者,當然希望有一套負擔得起的開發平臺，從目前市場情況看，作者認為國內用戶最理想的選擇是深圳無線龍科技的C51RF-3-CC2430無線開發平臺，原因如下:1)入門價格低(個人/教育/科研/批量可以另外優惠)，但性能可靠，功能齊全，具有國外高價格ZigBee CC2430/CC2431開發系統全部功能。2)包括一個USB接口的全功能仿真器，兩個完全高頻測試的ZIGBEE/.4兼容無線模塊。IAR編譯調試軟件和無線表演軟件C51源代碼光盤等。 3)多年專業無線開發系統生產經驗，技術支持，保證質量可靠，已經有清華大學/國防科技大學/重慶大學/上海復旦大學/北京林業大學等大量用戶成功使用。
當 然價格目前比起一般單片機開發系統幾百元一臺的價格是高了一些。但是，這是全新的高科技，高頻高速，市場巨大，都是普通單片機不能相比的。俗話說“舍不得孩子套不著狼”，如果你決心要盡快掌握最先進的無線技術，決心要開發ZIGBEE產品，花點銀子也是值得的事情。
為了證明”物超所值”讓我們來看看下面的圖畫，看看你裝備了這套系統后,你可以做些什么:
圖一 C51RF-3-BK CC2430/CC2431 ZIGBEE無線開發系統
從圖片你看到系統包括一個C51RF-3實時在線仿真器，該仿真器通過USB接口直接連接到你的電腦。同時通過10線仿真電纜連接到CC2430ZigBee無線單片及目標板，就方便的完成了連接，無需其他的直流電源。
編譯、調試、下載采用 IAR 以上C51開發環境。 該軟件開發工具非常類似KELL的開發平臺，如果你熟悉KELL的C51開發平臺，你應該非常容易去使用和非常喜歡這個功能強大的類似的IDE/DEBUG平臺。
深圳無線谷科技有限公司精心設計的這個目標板分成兩部分，底板由電源、RS232接口、鍵盤、圖形液晶顯示器、電池系統組成。其核心其實是一個移動無線終端的原形，菜單和漢字顯示都具備。無論進行聯機的開發，軟件下載；還是脫機的獨立運行，用電池供電，進行無線通訊距離測試，都非常方便。
更為巧妙的是，將無線CC2430模塊從低板上取下來，給模塊連接上2個AA電池，無線模塊也可以單獨運行，下載程序，獨立運行。對于許多要求小體積的應用如 RFID等，非常方便。
對于學習ZigBee技術，你只要連接電腦，運行IAR C51開發環境，就可以方便的觀察ZigBee/.4協議棧源代碼的運行情況。 跟蹤協議棧運行情況：單步、斷點、ZigBee的整個協議、完全透明、可控、可操作。無線收發情況也在電腦屏幕上，一目了然，隨你控制。
有了這把鑰匙，即使沒有任何無線通訊經驗的工程師，也能夠在很短時間，熟悉復雜的ZigBee協議，很快將自己的應用和ZigBee無線技術結合在一起，成為無線通訊的內行。
第3步, 代有源代碼的ZigBee協議棧
ZigBee技術的核心是幾萬行ZigBee/.4 C51源代碼，這些源代碼和ZigBee無線單片機芯片配合，完成數據包裝收發，校驗，各種網絡拓撲，路由計算等復雜的功能。真是因為這個協議棧是ZigBee技術的核心。所以各個國外廠家都幾乎一律不提供協議棧源代碼，而是提供協議棧目標碼庫文件。
雖然目標碼庫文件和原代碼都能實現ZIGBEE協議棧功能，但從開發/使用方便性上而言，兩者間有下列明顯差異:1)源代碼對使用者是全透明的，使用者可以任意修改，添加自己需要的功能，目標碼不能改動如何地方。2)ZigBee目標碼庫內部一般代有內部控制/限制信息，如某國外著名廠家提供的免費協議棧是三個月限制版，到時間該目標碼協議棧將自動停止運行，用戶需要交納專利費后才能繼續使用。而源代碼協議棧對用戶完全透明，不會有這樣問題。3)源代碼協議棧有C語言寫成，可以在不同微控制器上移植，而目標代碼庫只能支持特定的微控制器。4)源代碼協議棧可以方便幫助使用者理解ZigBee協議內部結構，實現方法，目標代碼庫不具備這樣功能。
深圳無線龍科技提供的是ZigBee/.4 協議棧全部C51源代碼，而不是像國外同類產品那樣，只提供二進制/不可修改的目標碼庫，深圳無線龍提供的源代碼協議棧價格只有國外同類產品(二進制/不可修改的目標碼庫)價格的幾十分之一。是大家買得起，用的起的優秀軟件產品。
第4步,動手實踐,實戰應用ZIGBEE無線技術
高頻無線技術、單片機技術、C51編程、無線傳感器技術、無線網絡技術和ZigBee/.4技術都屬于實驗技術和實用技術。具體的掌握這些技術，都需要實際的動手，通過編程序，實際調試，實際電路板，現場測試分析等。來真正了解技術的核心，來具備實際的經驗。
從知識準備來講，可以直接讀無線單片機的各種數據手冊，ZigBee/.4技術規范等。 也可以看看有沒有象《無線通訊的入門和實戰》<
動手去做,在實踐中體驗無線通訊的原理,自己編程序,自己觀察無線通訊的實踐過程,師快速掌握ZigBee/.4短距離,低功耗無線網絡技術的關鍵。
結束語
歸納起來，如果你掌握了這四個步驟，你就具備了打開ZIGBEE大門的全部的全部條件，剩下的就是看你有多少智慧，去實現千千萬萬的應用，去開發形形色色的無線產品了。
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