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2009-10-12 12:43
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ZigBee 无线技术百花争艳 ZigBee是一种崭新的,专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。是目前嵌入式应用的一个大热点。 Zigbee的特点主要有以下几个方面: 1)低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月,甚至更长。这是 ZigBee 的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、 WiFi可工作数小时。 2)低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且 ZigBee 免协议专利费。 3)低速率。 ZigBee 工作在 250kbps的通讯速率,满足低速率传输数据的应用需求。 4)近距离。传输范围一般介于10~100m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。 5)短时延。 ZigBee 的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需 15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10 s、WiFi需要3 s。 6)高容量。 ZigBee 可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理 254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网。 7)高安全。 ZigBee 提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单 (ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。 8)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗2.4GHz(全球) (ISM)频段。 正是这些全新的特点,将使 ZIGBEE技术将在 无线数传,无线 传感器网络,无线实时定位,射频识别,数字家庭,安全监视,无线键盘,无线遥控器,无线抄表,汽车电子,医疗电子 ,工业自动化等方面得到非常广阔的应用,目前有个口号”WIRELESS ANY WHERE”,要实现这个口号的目标, ZigBee 技术的广泛应用,可能是一个重要的前提。 正是因为 ZigBee这个蜜蜂,具有广阔的市场前景,所以引来了全球众多厂商的青睐,纷纷推出各种ZigBee无线芯片,无线单片机,ZigBee开发系统,形成了百花争艳的市场局面。这种局面,对应降低芯片价格,丰富ZigBee技术的应用软件,加快ZigBee技术普及,是大有好处的事情。但对于刚刚起步开始学习ZigBee技术的电子工程师、单片机工程师而言。 如何在这众多的芯片和技术中,选一个高效率,低价格的 ZigBee无线技术和相关的学习环境,使自己能快速入门和精通复杂的ZigBee无线技术,确成为了一个难题。许多电子工程师感到无从下手。 本文提出了一些实用的建议,希望对电子工程师,单片机工程师快速入门ZigBee技术有所帮 助。 第 1把钥匙:选择自己熟悉的微控制器 由于 ZigBee技术是目前嵌入式应用的大热门。所以目前全世界很多公司陆续投入这个市场,市场上各种ZIGBEE的技术方案五花八门,争奇斗艳,但俗话说”外行看热闹,内行看门道”。以专家的眼光看,每个方案的提供商,无不追求一个”利”字,芯片公司为了推销自己的微处理器,推销给用户不同的微处理器(MCU),不同公司的硬件平台,不同的编译调试系统。这对应初次进入无线领域的工程师而言,既要面对复杂的ZigBee无线通讯协议,超高频的硬件环境,再加上完全陌生的指令系统,硬件平台。无疑对学习ZigBee是”雪上加霜”。 建议的解决的之道是选择 8051 微处理器为ZigBee的核心MCU,8051微处理器诞生30多年。目前在国内最为普及,大学中专,都有广泛的课程,各种参考书,到处都有,开发软件KEIL, IAR早已被大家熟悉,用起来最顺手。 有言论说 8051”老了”,怕不能担当此重任,也有言论说8051会产生数字噪声,影响无线通讯…以专家的眼光看,这些都是没有科学依据的说法。随着芯片科技的发展,今天的8051早已经脱胎换骨,只是片上系统(SoC)的一小部分。而且在低功耗,高速度,低噪声等方面,有了质的飞跃。拿TI/CHIPCON公司最新的ZigBee单片机CC2430/CC2431为例,其8051内核经过特别设计,可以和2.4GHZ的ZIGBEE无线收发电路完美的配合工作,绝不会因为其8051内核的高速运行而对高频无线通讯有任何影响。 从 8051入手,入门ZIGBEE技术,好处如下: 1)无需重新学习微处理器结构原理,无需重新熟悉编译/调试工具。 2)对片上系统的I/O, 定时器,A/D, PWM, 看门狗等等,也无需重新学习。 3)如果你没有单片机的基础,学起来也非常容易,也容易找到人请教,交流。 从技术眼光看, ZIGBEE技术的核心是软件,如果MCU是8051,则ZigBee是由C51代码组成的一堆软件而已。无论是无线数据传输,路由算法,网络拓扑…都是各种函数的组合,代码组合。如果你熟悉C51编程,你就很容易熟悉ZigBee的代码,同时将自己的应用代码和ZigBee结合在一起。 从硬件而言 ,如果你已经熟悉8051,学习ZigBee最好从片上系统(无线单片机)开始进入。因为对于初学无线的工程师而言,从无线单片机开始,可以避开硬件/高频方面的很多难点(像CC2430/CC2431/CC1110/CC2510无线部分完全集成在芯片中,外部只有很少几只零件,你几乎完全不需要考虑如何焊接,如何调试无线高频部分硬件)。直接进入最关键的部分的学习。 入门最理想的是选择 8051内核的ZIGBEE无线单片机。理想的选择是最新的CC2430,如果需要高精度无线定位的话,可以容易的扩展到CC2431(关于这两种无线单片机网上有很多介绍)。注意CC2430/CC2431无线单片机是目前世界上仅有的带有128K闪存的8051内核的ZigBee无线单片机。 有几家公司也号称推出了 8051内核的ZIGBEE无线单片机,但他们的”单片机”只有ROM(只读存储器),没有存放程序的闪存,必须要外加一个小的闪存。你的全部程序必须存储在外部的闪存中,如果你使用这样的无线单片机,最大的问题是不能对你自己开发的代码加密,任何人可以从外部闪存轻易中获得你辛辛苦苦开发的代码?!但是使用CC2430/CC2431就不会有这样的问题发生。