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1、ZigBee技術(shù)和應(yīng)用，演示者：rigbee 2011年10月16日，目錄，1 ZigBee簡(jiǎn)介2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)概念3 Z_stack堆棧簡(jiǎn)介4 CC2530和IAR軟件簡(jiǎn)介5溫度收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，1.1 ZigBee，ZigBee名稱蜜蜂(bee)飛，嗡嗡也就是說，蜜蜂以這種方式形成群體內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)，ZigBee源旨在解決現(xiàn)有無(wú)線通信技術(shù)的功耗、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、通信協(xié)議過于復(fù)雜的問題。zig bee聯(lián)盟于2001年成立后，Invensys(英國(guó))、Mitsubishi(日本)、Matoraola(美國(guó))、Philips(荷蘭)宣布加入zig bee聯(lián)盟，zig bee聯(lián)盟宣布了zig bee 1.

2、0，但此時(shí)zig bee聯(lián)盟宣布了zig bee 1.02006年，ZigBee聯(lián)盟宣布了ZigBee 2006(ZigBee 1.1)，同年，TI結(jié)束了對(duì)chipcon的收購(gòu)，進(jìn)入了ZigBee開發(fā)陣營(yíng)。2007年底，ZigBee聯(lián)盟發(fā)布了ZigBee 2007/pro(ZigBee pro功能)。2008年，通過802.15.4c標(biāo)準(zhǔn)，1.2 ZigBee芯片，目前世界各地多家公司提供ZigBee芯片。日程表顯示，1.3 zigby的特點(diǎn)、低功耗、兩個(gè)電池可以支持6個(gè)月以上的節(jié)點(diǎn)操作。這是zigby的突出優(yōu)點(diǎn)。相比之下，藍(lán)牙可以運(yùn)行幾周，WiFi可以運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)。目前還在研究低速率、最高帶

3、寬250kbps 2.4g、40kbps 915m、20kbps 868m.2mbps的規(guī)格。近距離，正常通信距離為100米，現(xiàn)在可以增加RF發(fā)射功率，然后擴(kuò)展到1km。這表示相鄰節(jié)點(diǎn)之間的距離。通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的中繼，傳輸距離可以更遠(yuǎn)(理論上無(wú)限)、高容量、理論上上限65535個(gè)，實(shí)際上有200個(gè)51核SOC，在推出ARM ZigBee芯片后需要大幅提高。低延遲，低于15毫秒喚醒時(shí)間，節(jié)點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò)入口30毫秒，功耗節(jié)省，比較起來(lái)，藍(lán)牙需要310 s，WiFi需要3 s。低延遲、一般通信延遲為ms級(jí)、低成本、ZigBee芯片已通過大幅簡(jiǎn)化的協(xié)議(低于藍(lán)牙的1/10)降低了對(duì)通信控制器的要求

4、。按預(yù)測(cè)分析，使用8051的8位微控制器測(cè)量，全功能主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)至少需要4KB。每個(gè)芯片的價(jià)格約為8美元。高安全性，AES-128加密無(wú)許可證，2.4G全球ISM頻帶，915M(美國(guó))，868(歐洲)。1.4基于ZigBee，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是基于標(biāo)準(zhǔn)的7層開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，但僅在與ZigBee相關(guān)的層中定義。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了兩個(gè)底層：物理層(PHY physical layer)和介質(zhì)訪問控制子層(MAC medium access control)。ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序?qū)?APL)框架設(shè)計(jì)。應(yīng)用層的框架包括應(yīng)用程序支

5、持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和制造商開發(fā)應(yīng)用程序?qū)ο蟆? . 4 . 2 ZigBee節(jié)點(diǎn)類型和ZigBee coordinator(ZC coordinator)(1)。(2)在每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中。ZigBee路由器(ZR路由器)(1)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持(2)多級(jí)跳路由(3)電池電源的子節(jié)點(diǎn)通信(4)將自己作為終端節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端(路由需要電源，因?yàn)槌掷m(xù)數(shù)據(jù)傳遞，終端節(jié)點(diǎn)電池電源)添加：設(shè)備類型全功能設(shè)備(FFD)全功能冗馀設(shè)備(RFD)精簡(jiǎn)功能設(shè)備，F(xiàn)FD有限的功能可控制成本和復(fù)雜性。通常用作網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備。zigby通過比較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)自然地降低了成本。RFD

6、消除了內(nèi)存和其他電路，從而降低了ZigBee部件成本，簡(jiǎn)單的8位處理器和小型堆?？梢越档统杀?。1 . 4 . 3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，1 . 4 . 4 ZigBee應(yīng)用程序，辦公環(huán)境數(shù)字家庭無(wú)線抄表手持終端動(dòng)物監(jiān)控行業(yè)控制節(jié)能應(yīng)用程序，1.4.5 2.4G無(wú)線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，目前主流和潛在無(wú)線技術(shù)是藍(lán)牙，Wi-Fi，預(yù)計(jì)2.4G頻段的ZigBee、藍(lán)牙和wifi將首先完成集成，1 . 4 . 6 ZigBee和簡(jiǎn)單無(wú)線通信的最大區(qū)別，簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到點(diǎn)通信(現(xiàn)在有這么多數(shù)據(jù)傳輸模塊)，包裝結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。主要是同步序言、數(shù)據(jù)、驗(yàn)證組件。ZigBee是數(shù)據(jù)幀的概念，每個(gè)無(wú)線幀包含大量包含時(shí)間

7、、地址、命令、同步等信息的無(wú)線包裝，實(shí)際數(shù)據(jù)信息只是一小部分。這就是ZigBee實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組織管理和高可靠性傳輸?shù)年P(guān)鍵。1.4.7行業(yè)熱點(diǎn)，Internet(物聯(lián)網(wǎng))通過傳感器、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)和全局定位系統(tǒng)(GPS)等多種設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控、連接和、2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)概念、2.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)開發(fā)的OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議7層模型、2.2 TCP/IP協(xié)議的4層模型、與OSI結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的TCP/IP結(jié)構(gòu)、2.3 IEEE802.15.4、兩個(gè)名詞風(fēng)扇)無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(。 250kbps支持三種波特率(2)星型和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?3) 16位和64位地址格式(4)防碰撞載波多路復(fù)用技術(shù)(CSM

8、A-CA) (5)支持驗(yàn)證(ACK)機(jī)制iee 802 . 15 . 4 MAC子層將服務(wù)接口移動(dòng)到pdf，為上層物理通道提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程，首先需要每個(gè)設(shè)備的堆棧對(duì)此進(jìn)行說明。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須只有一個(gè)PAN Co-ordinator、PAN ID作為網(wǎng)絡(luò)ID，除了64位IEEE MAC地址之外，還必須指定16位短地址(例如，Zigbee技術(shù)選擇2.4GHz、設(shè)備co-ordit)的可用Co-ordit2.4 ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址，1是64位IEEE地址，通常稱為MAC地址或擴(kuò)展地址，可以由制造商設(shè)置，也可以在安裝時(shí)設(shè)置，由IEEE提供。設(shè)備連接到ZigBee網(wǎng)

9、絡(luò)后，將分配一個(gè)短地址，并且在該網(wǎng)絡(luò)中是唯一的。此地址主要用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，如設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)包路由等。射頻、64位IEEE地址、16位網(wǎng)絡(luò)地址、3。1 Z_stack堆棧相關(guān)概念，(1)TI公司開發(fā)的Z-Stack是ZigBee。此外，在ZigBee聯(lián)盟的批準(zhǔn)下，被世界上眾多開發(fā)者廣泛采用。(2)我們不需要理解ZigBee堆棧的所有源代碼。開發(fā)或應(yīng)用主要是對(duì)主要功能和操作系統(tǒng)的修改，很多庫(kù)功能根據(jù)項(xiàng)目要求修改即可。)，(3)TI公司的Z-Stack堆棧安裝在基于IAR開發(fā)環(huán)境的項(xiàng)目中。(4)Z-Stack構(gòu)建為操作系統(tǒng)的思想，采用事件循環(huán)機(jī)制，在每個(gè)層初始化后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，在

10、事件發(fā)生時(shí)喚醒系統(tǒng)，啟動(dòng)中斷處理事件，結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式。如果同時(shí)發(fā)生多個(gè)事件，則確定優(yōu)先級(jí)，按順序處理事件的軟件體系結(jié)構(gòu)可能會(huì)明顯下降(7)整個(gè)Z-stack的主要工作流大致包括系統(tǒng)啟動(dòng)、驅(qū)動(dòng)初始化、OSAL初始化和啟動(dòng)、操作倒圓角的多個(gè)階段進(jìn)入，(5)Z-Stack實(shí)際上是幫助程序員輕松開發(fā)zig by的一系列(6)通用I/O端口GPIO、通用異步收發(fā)器UART、模塊轉(zhuǎn)換ADC的應(yīng)用程序接口API、提供多種服務(wù)的擴(kuò)展集操作系統(tǒng)抽象層OSAL實(shí)現(xiàn)了易于使用的操作系統(tǒng)平臺(tái)，通過時(shí)間片旋轉(zhuǎn)函數(shù)實(shí)現(xiàn)了任務(wù)調(diào)度，并提供了多任務(wù)機(jī)制。用戶可以調(diào)用OSAL提供的相關(guān)API來(lái)執(zhí)行多任務(wù)編程，并作為單

11、獨(dú)的任務(wù)實(shí)現(xiàn)自己的應(yīng)用程序。ZigBee、z-stack流程圖、3.1主函數(shù)、堆棧已將基本函數(shù)放在庫(kù)文件中，以下是存在于Zmain函數(shù)中的常規(guī)文件main函數(shù)的詳細(xì)說明：硬件初始化、網(wǎng)絡(luò)初始化(網(wǎng)絡(luò)訂閱/創(chuàng)建)、任務(wù)列表初始化和進(jìn)入作業(yè)處理周期。Int main()基本函數(shù)用于初始化硬件，包括總中斷osal_int_disable(INTS_ALL)初始化板硬件設(shè)置HAL_BOARD_INIT()初始化I/O端口init boot如果任務(wù)列表中沒有準(zhǔn)備好的任務(wù)，則可以將處理器置于休眠狀態(tài)。運(yùn)行低功耗OSAL_start_system()時(shí)，不再返回Main()函數(shù)、3.3 OSAL程序流程圖。

12、osal將堆棧的核心Z-stack的所有子系統(tǒng)用作OSAL的操作，必須創(chuàng)建OSAL作業(yè)以運(yùn)行應(yīng)用程序。必須通過OSALInitTasks()函數(shù)創(chuàng)建OSAL作業(yè)。其中TaskID是每個(gè)任務(wù)的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)。所有osal操作必須可分為兩個(gè)階段。一個(gè)是初始化作業(yè)，第二個(gè)是處理作業(yè)事件，介紹4.1 CC2530芯片，4.1.1 CC2430和cc。cc 2530在TI 09年發(fā)布，并根據(jù)CC2430實(shí)際應(yīng)用的幾個(gè)問題進(jìn)行了一些改進(jìn)。緩存增長(zhǎng)，支持高達(dá)256K的存儲(chǔ)容量，CC2530的通信距離可達(dá)400米。無(wú)需通過添加CC2430和功率放大器來(lái)擴(kuò)展CC2530的主要特性(高性能和低功耗)，集成IEEE80

13、2154標(biāo)準(zhǔn)24 GHz射頻收發(fā)器。卓越的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾能力。在休眠模式中，1A的流消耗、外部中斷或RTC將待機(jī)模式中低于0.4A的流消耗喚醒，外部中斷喚醒系統(tǒng)硬件，并支持CSMACA功能。寬電壓范圍(2036 V)。數(shù)字RSSILQI支持和強(qiáng)大的DMA功能。具有電池監(jiān)控和溫度檢測(cè)功能。集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC。集成AES安全輔助處理器。有兩個(gè)功能強(qiáng)大的USART，支持幾組協(xié)議，兩個(gè)常規(guī)16位計(jì)時(shí)器和兩個(gè)8位計(jì)時(shí)器。功能強(qiáng)大、靈活的開發(fā)工具、ZigBee芯片、CC2530，上圖由一個(gè)32 MHz石英諧振器(XTAL1)和兩個(gè)電容器(C231和C211)組成32 MHz晶振電路。由一個(gè)32768 kHz石英諧振器(XTAL2)和兩個(gè)電容器(C321和C331)組成32768 kHz晶振電路