ZigBee技术有什么优势?ZigBee系统功能介绍【详解】

ZigBee技术的应用方向定位于家庭自动化、楼宇自动化、传感器应用等。系统的无线网络通信模块采用真正的片上系统(SoC)COMS解决方案CC2430。该方案可以提高性能,满足基于ZigBee的2.4GHzISM频段应用的低成本、低功耗要求。它还包括一个DSSS(直接序列扩频)RF收发器内核和一个工业级紧凑高效的8051控制器。无线数据传输模块采用DL6200模块,用户只需要之前熟悉的串口通信知识就可以通过GPRS网络进行通信。

1 ZigBee的技术优势

ZigBee的技术优势如下:

(1)省电。由于ZigBee技术工作周期短,收发信息功耗低,采用睡眠模式,可以保证两节5号电池可以使用6个月到2年左右。不同应用对应的功耗自然不同。

(2)可靠。ZigBee技术采用碰撞避免机制,为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙,避免发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用完全确认的数据传输机制,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

(3)成本低。模块便宜,ZigBee协议免专利费。

(4)时间延迟短。它针对延迟敏感的应用进行了优化,从睡眠状态开始的通信延迟和激活延迟非常短。典型设备搜索延迟为30ms,典型睡眠激活延迟为15ms,活动设备通道访问延迟为15ms。

(5)节点通信设置易于配置。

(6)网络容量大。ZigBee可以以星形、网状、树形结构组网,可以通过任意节点连接形成更大的网络结构。理论上,它可以连接多达64,000个节点。1 ZigBee网络最多可容纳254个从设备和1个主设备,1区域内最多可同时存在100个ZigBee网络。

(7)安全性。ZigBee提供数据完整性检查和认证功能。加密算法采用AES-128,各应用可以灵活确定其安全属性。

(8)全球普遍性和完整的开放性。ZigBee标准协议使得ZigBee设备之间的通信变得轻而易举。

2 CC2430的技术特征

CC2430芯片延续了之前CC2420芯片的架构,在单个芯片上集成了ZigBee射频前端、存储器和微控制器。采用1 8位MCU(8051),拥有128KB可编程闪存和8KB RAM。它还包括模数转换(ADC)、多个定时器、AES-128协处理器、Watchdogtimer、32kHz晶体振荡器的睡眠模式定时器、PowerOnReset电路、BrownOutDetection电路和21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18?MCMOS工艺;在接收和发射模式下,电流损耗分别小于27mA和25mA。CC2430的睡眠模式和切换到活动模式的极短时间的特性特别适合那些需要很长电池寿命的应用。

3 GPRS数据传输模块DL6200

DL6200模块的核心硬件采用世界知名移动通信产品制造商生产的GPRS芯片设计生产,可靠性高。使用DL6200时,只需要熟悉串口通信知识,就可以通过GPRS网络进行通信。不关心模块的射频电路部分(使用移动运营商公网)和相关硬件连接;不关心at指令集,所有与AT响应相关的操作都由模块内部的DL6200模块完成;不关心TCP/IP协议和互联网的知识:由于GPRS模块是基于互联网的通信方式,在使用中要和互联网打交道,所有与网络的信息交换都是由DL6200模块自动完成,无需用户参与;用户不必单独拥有固定的IP地址;传输格式有两种:格式和透明传输;它有普通工作模式和省电工作模式;无需特殊驱动程序,直接连接各种组态软件;支持基于总线的被动数据传输模式。

4系统结构和工作原理

4.1系统结构和功能

该系统由外部网络和内部网络组成。外部网络由GPRS数据传输模块和PC机组成,两者之间可以通过TTL\RS232\RS485传输信息。上位机的电平接口是TTL。

内网由PC机和ZigBee无线数据通信模块组成,通过串口连接。ZigBee网络由协调器、路由器和终端设备组成。协调器和路由器称为全功能设备FFD,终端设备称为缩减功能设备RFD。由于系统的设备相对简单,采用星型组网方式,以窗磁和门磁为终端设备,ZigBee无线模块为协调器。该系统结构简单,因此不需要路由器。如图3所示。

(1)用户通过外网GSM手机向GPRS数据传输模块DL6200发送短信命令。收到命令后,DL6200解释命令。解释完后会发送到内网的ZigBee无线通信模块CC2430,该模块会将命令发送到相应的终端设备,终端设备收到命令后会采取相应的动作。

(2)终端设备收到命令后,会做出相应的动作后响应上层,通过CC2430模块将上层需要的数据传输给上层设备。上位机接收终端设备的信息,通过DL6200以短信的形式发送到用户手机上。

(3)有中断响应时,如果家里有小偷,则触发报警装置,终端装置会第一时间向用户发送信息,表示报警。

4.2系统的硬件设计

DL6200不需要关心AT指令集。不需要关心TCP/IP协议和互联网的知识,所有与网络的信息交换都由DL6200模块自动完成。直接连接各种组态软件,无需特殊驱动。DL6200的这些特点使得硬件设计变得容易,它的RXD和TDX必须与ZigBee的RX和TX相连才能发送和接收数据。

4.3系统的软件设计

系统软件主要通过ZigBee网络协议操作完成数据采集和数据收发,包括初始化、收发程序设计、报警信号监测、遥控指令处理和执行等。

系统的发送和接收采用乒乓发送功能。

5结论

ZigBee无线模块具有低功耗、低成本的优点,在满足人们对传输速率需求的情况下,将在不久的将来普及到每家每户。另外,无线网络的使用省去了重新装修的负担,ZigBee无线网络可以随时增加或减少其节点,对网络具有自组织能力。因此,商品的经济程度和技术的难易程度成为发展的必然条件。