Zigbee技術的特點、產品及其應用淺析

　　一.了解ZigBee

　　Zigbee是基于網絡底層802.15.4的短距離數據通訊網絡協議.在2002年成立的Zigbee聯盟,當協議發(fā)展到2007版時,各層協議都已經趁于完善.Zigbee網絡適用于區(qū)域范圍內的網絡覆蓋,可通過網關等設備,與以太網/GPRS網絡實現無縫連接,完美實現低成本遠程監(jiān)控等應用.

　　Zigbee具有以下特點:

　?、僮詣咏M網,網絡容量大。Zigbee網絡可容納多達65000個節(jié)點，網絡中的任意節(jié)點之間都可進行數據通訊。網絡有星狀、片狀和網狀網絡結構。在有模塊加入和撤出時，網絡具有自動修復功能。

　?、诰W絡時延短。Zigbee的響應速度較快,一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點連接進入網絡只需30ms,進一步節(jié)省了電能。相比較,藍牙需要3～10s、WiFi需要3s。

　?、勰K功耗低,通訊速率低。模塊最有較小的發(fā)送接收電流,支持多種睡眠模式,一個10AH的電池,在Zigbee水表中可使用8年.Zigbee通訊速度最高可達250Kbps,適合用于設備間的數據通訊，不太適合用于聲音、圖像的傳送。

　?、軅鬏斁嚯x可擴展。舉例DIGI的XBEE增強型模塊，相鄰模塊通訊距離可達1.6Km,有效距離范圍內的模塊自動組網,網絡中的各節(jié)點可自由通訊,這樣傳輸距離得到了擴展.

　?、莩杀镜汀igbee模塊工作于2.4G全球免費頻段,故只需要先期的模塊費用,無需支付持續(xù)使用費用.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便可進行數據發(fā)送接收,大量減少了產品開發(fā)周期,獲得了更好的市場先機.

　?、蘅煽啃院?安全性高。Zigbee具有可靠的發(fā)送接收握手機制,可靠地保證了數據的發(fā)送接收,另Zigbee采用AES128位密鑰,保證數據發(fā)送的安全性。

Zigbee與其它技術的簡單比較

　　市面上Zibee產品當前主要有三種:

　　1.Zigbee模塊,所有與Zigbee相關的設計都已經做好了,客戶通過接口發(fā)送接收數據,并可使用模塊多種附加功能,如遠程的A/D,I/O自動監(jiān)測功能,I/O輸出功能等.使用這種產品的優(yōu)勢是:使用簡單,開發(fā)周期短,已驗證的應用協議使保證了通訊可靠性.如DIGIXBEEmodule.

　　2.ZigbeeRFIC+MCU,提供Zigbee協議棧.使用這種產品的優(yōu)勢就是成本相對較低,劣勢就是需要熟悉Zigbee架構,調用底層協議,所以開發(fā)周期長,需要有高頻電路設計經驗.如TICC2420+MSP430.

　　3.內含RF的MCU,優(yōu)勢成本低,電路設計相對較少.劣勢是需要熟悉Zigbee底層協議,開發(fā)周期長.如FreescaleMC1322X.

　　二.DIGI的Zigbee產品介紹:

　　下面以DIGI的產品為例，作應用舉例分析。在分析前，先對DIGI的產品作一下介紹。DIGI的Maxstrem產品按組網方式分,主要有二種：

　?、牛c對多模塊,支持有效距離范圍里的模塊數據通訊,優(yōu)點:網絡延時短,網絡設置簡單.

　?、疲M網模式:Zigbee2007Zigbee2006DIGIMESH。有效距離范圍里同設置的模塊會自動加入到網絡里,并可與網絡中的任意模塊進行數據通訊.優(yōu)點是:模塊自動組網,這樣距離可得到擴展.

　　所有模塊都有普通型(室外明視距離100M)和增強型(室外明室距離1.6KM)兩種.若需要距離更遠的模塊,還可以選用DIGIXtend產品(距離最遠達64KM).
模塊優(yōu)勢:

　　1.是可支持多種協議的平臺,

　　2.功耗低.發(fā)送接收電流小,支持多種睡眠方式.定時喚醒,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,支持遠程和本地的監(jiān)控.

　　4.可靠的數據發(fā)送接收.具有重發(fā),加密等多種機制.

　　5.使用簡單,開發(fā)時間短.通過TTL的TX,RX來發(fā)送接收數據.通過命令等遠程監(jiān)控.

值得一提的是,DIGI還在Zigbee協議基礎上,做了更實用可靠的DIGIMESH協議,縮短了網絡延遲,提高了路由沖突損壞等問題時的網絡通訊可靠性.與Zigbee的協調器路由器終端的結構不同,DIGIMESH網絡中各點都是對等的,簡化了網絡,除可完成Zigbee一樣的卓越通訊功能外,還支持網絡中模塊的同步睡眠與喚醒,為低功耗解決方案首選.

　　三Zigbee應用

　　Zigbee+GPRS實現大范圍的遠程監(jiān)控:

　　如ZigBee農業(yè)灌溉系統:

　　可通過以太網或手機等移動設備,往GPRS網絡發(fā)送控制命令,使大棚內的作物生長在適宜的溫濕度下.XBEE+MCU,監(jiān)控棚內溫濕度等信息,并實時通過網絡發(fā)送到與GPRSDTU(GPRS終端,可使用WD2001)相連的XBEE模塊,模塊收到數據后通過串口發(fā)送到GPRSDTU,通過網絡發(fā)送到指定的GPRS接收設備.可以是手機或電腦等設備.移動設備也可以通過網絡,將控制命令發(fā)送到GPRSDTU,GPRSDTU(可使用WD2001)接收到命令,通過串口線將數據發(fā)送到XBEE模塊,傳送到指定大棚內,開啟相關設施.因要考慮功耗等原因,推薦使用可運行DIGIMESH同步睡眠喚醒功能的XBEE模塊.

　　系統特點:1.利用了XBEE的遠程數字I/O.在智能化程度高的溫室里,需要對一些設備進行實時的開啟開關等操作,而XBEE恰好提供了這種功能.可使用遠程參數修改命令,輕松完成設備的遠程操作.

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

　　3.XBEE組網.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.因模塊具胡自動組網功能,被監(jiān)控范圍可足夠大.

　　3.極短的開發(fā)周期.GPRSDTU(如望聯WD2001)提供232接口,XBEE模塊接轉換板后也提供232,所以只要直接接一起.通過GPRS的設置,然后就可以通過電腦以太網或手機GPRS或手機短信,接收到溫室當前工作情況,和控制溫室內設備了.

　　四.Zigbee的前景

　　Zigbee的出現,填補了短距離數據通訊的低成本解決方案空白,促成了它應用的廣闊前景.據調查，2005年時，zigbee芯片銷量只達到約1000萬元美元，而08年就已經達到約6000萬美元，預計2012年可達到32000萬美元，復合增長63%。