zigbee学习笔记.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-datezigbee学习笔记zigbee学习笔记关于ZIGBEE技术Zigbee的由来在蓝牙技术的使用过程中,人们发现蓝牙技术尽管有许多优点,但仍存在许多缺陷。对工业,家庭自动化控制和遥测遥控领域而言,蓝牙技术显得太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等,而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此,经过人们长期努力,Zigbee协议在2003年中通过后,于2004正式问世了
2、。Zigbee是什么Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网,每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站,在整个网络范围内,它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米,到扩展后的几百米,甚至几公里;另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如,你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。不同的是,Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立,而移动通信网主要是为语音通信而建立;每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个Zigbee“基站
3、”却不到1000元人民币;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对对象,例如传感器连接直接进行数据采集和监控,它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料; 除此之外,每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内,和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。每个Zigbee网络节点(FFD和RFD)可以可支持多到31个的传感器和受控设备,每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。Zigbee技术的应用领域Zigbee技术的目标就是针对工业,家庭自动化,遥测遥控,汽车自动化、农业自动化和医疗护理等,例如灯光自动化控制
4、,传感器的无线数据采集和监控,油田,电力,矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位.通常,符合如下条件之一的应用,就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输:1需要数据采集或监控的网点多;2要求传输的数据量不大,而要求设备成本低;3要求数据传输可性高,安全性高;4设备体积很小,不便放置较大的充电电池或者电源模块;5电池供电;6地形复杂,监测点多,需要较大的网络覆盖;7现有移动网络的覆盖盲区;8使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。9使用GPS效果差,或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。Zigbee 技术的特点省电:两节五号电池支持长达6个月
5、到2年左右的使用时间。可靠:采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突;节点模块之间具有自动动态组网的功能,信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输,从而保证了信息传输的可靠性。时延短:针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。网络容量大:可支持达65000个节点。安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用通用的AES-128。高保密性:64位出厂编号和支持AES-128加密。Zigbee的发展前景Zigbee技术和RFID 技术在2004年就被列为当今世界发展最快,市场前景最广阔的十
6、大最新技术中的两个。关于这方面的报道,你只需在百度,或GOOGLE搜索栏中键入“Zigbee”,你就会看到大量的有关报道。总之,今后若干年,都将是Zigbee技术飞速发展的时期。Zigbee技术在我国的应用情况尽管,国内不少人已经开始关注Zigbee这们新技术,而且也有不少单位开始涉足Zigbee技术的开发工作,然而,由于Zigbee 本身是一种新的系统集成技术,应用软件的开发必须和网络传输,射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。因而深入理解这个来自国外的新技术,再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍,本身就不是一件容易的事情,因而,到目前为止,国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公
7、司,真正将Zigbee技术开发成产品,并成功地用于解决几个领域的实际生产问题而外,尚未见到其它报道。Zigbee 和现有移动网(GPRS,CDMA-1X)的比较1无网络使用费:使用移动网需要长期支付网络使用费,而且是按节点终端的数量计算的,而Zigbee没有这笔费用;2设备投入低:使用移动网需要购买移动终端设备,每个终端的价格在人民币1000元上下,而使用Zigbee 网络,不仅Zigbee网络节点模块(相当于基站)费用每只人民币不到1000元,而且,主要使用的网络子节点(相当于手机)的价格还要低得多;3通信更可靠:由于现有移动网主要是为手机通信而设计的,尽管CDMA-1X和GPRS可以进行数
8、据通信,但实践发现,不仅通信数率比设计速率低很多,而且数据通信的可靠信也存在一定的问题。而Zigbee网络则是专门为控制数据的传输而设计的,因而控制数据的传输具有相当的保证。 4高度的灵活性和低成本:首先,通过使用覆盖距离不同,功能不同的Zigbee网络节点,以及其它非Zigbee系统的低成本的无线收发模块,建立起一个Zigbee局部自动化控制网,(这个网络可以是星型,树状,网状及其共同组成的复合网结构)再通过互联网或移动网与远端的计算机相连,从而实现低成本,高效率的工业自动化遥测遥控;5比起现有的移动网来,尽管Zigbee仅仅只是一个局域网,覆盖区域有限,但它却可以与现有的移动网,互联网和其
9、它通信网络相连接,将许多Zigbee局域网相互连成为一个整体。有效的解决移动网的盲区覆盖问题:我们知道,现有移动网络在许多地方存在盲区,特别是铁路,公路,油田,矿山等野外,更是如此。而增加一个移动基站或直放站的费用是相当可观的,此时使用Zigbee网络进行盲区覆盖不仅经济有效,而且往往是现在唯一可行手段。Zigbee与现有数传电台的比较1可靠性高:由于Zigbee模块的集成度远比一般数传电台高,分离元器件少,因而可靠性更高;2使用方便安全:因为集成度高,比起一般数传电台来,Zigbee收法模块体积可以做得很小,而且功耗低,例如成都西谷公司远距离传输模块(2-5公里),最大发射电流比一个CDMA
10、手机还要小许多,因而很容易集成或直接安放在到设备之中,不仅使用方便,而且在户外使用时,不容易受到破坏;3抗干扰力强,保密性好,误码率低:Zigbee收发模块使用的是2.4G 直序扩频技术,比起一般FSK, ASK和跳频的数传电台来,具有更好的抗干扰能力,和更远的传输距离;参阅我们网站中有关CDMA直序扩频技术的优越性讨论,和Cypress公司有关实验报道。4免费频段:Zigbee使用的是免费频段,而许多数传电台所使用的频段不仅需要申请,而且每年都需要向国家无委会交纳相当的频率使用费。5价格低: Zigbee数传模块的价格只有具有类似功能的数传电台的几分之一;(2.4G,250kps,3-5公里
11、距离DSSS 数传模块每只不到200元人民币)提供低成本,高可靠性的无线数传互联网平台(包括软件和硬件),以及相关技术支持,以满足不同客户的具体需要,就是我们的服务宗旨。学习Zstack之1Zstack情况:本人采用的是TI的Zstack1.4.3协议,据说这个需要IAR7.30B及以上版本,而目前市面上又没有破解,所以用的人很少,这也是我的机会!呵呵!(傻笑有点多,关键是WORD里没有表情符号,不能正常表达我此时的心情!)正式开始:开始之前在说一句:从TI网站上下载的Zstack的方法就不介绍了。否则就是从-1开始了而不是从0开始了-我是这么觉得的!第一步:安装Zstack从TI官方网站上下
12、载的Zstack为:swrc072c.zip,我想这个压缩包大家都认识。解压之后为:ZStack-CC2430-1.4.3.exe文件。这个安装文件大家都会了。默认安装路径为:C:Texas InstrumentsZStack-1.4.3。安装之后在C:Texas InstrumentsZStack-1.4.3目录下有各PDF文档为:Getting Started Guide CC2430.pdf,不用多说,这个肯定是要看的。既然把它放到这么前面,说明它是入门中的入门文档。下面就简单介绍下这个文档:1、介绍了安装ZStack-CC2430-1.4.3.exe需要的硬件软件条件:需要电脑、操作系
13、统为Windows 2000或 Windows XP。至于更高或更低版本的本人没有尝试。2、讲了安装流程。这个有点多余了,这年月哪个有电脑的没有安装上百上千次的软件啊?但是需要强调的是安装路径-默认就好!3、接下来就是让我们看的第一个文档为:Start-Programs-Texas Instruments-ZStack-1.4.3-Z-Stack Users Guide,既然让我看我就来看看这个文档!第二步:Z-Stack 用户指导这个文档的更新时间为:2007年12月21日-应该还是比较新的版本。由于本人英文的却有限,就不翻译了,浏览一遍,把大概意思说下就可以了:1、介绍1.1、适用范围本文
14、档适用于CC2430ZigBee开发板-CC2430ZDK。2、产品包描述(TI提供的CC2430ZDK工具包)2.1、安装包内容这个就是上面提到的的ZStack-CC2430-1.4.3.exe安装之后的所有内容了。说白了就是包含Zstack开发所需要的所有软件和文档资料等。2.2、开发板介绍两块 SmartRF04EB 评估版,每个都可以用于CC2430EM评估模块。如图1-1所示:Figure 1: Chipcon SmartRF04EB Evaluation Board with CC2430EM5块CC2430DB 评估板,如图1-2所示:Figure 2: Chipcon CC24
15、30DB Development Board10个SOC_BB 评估板,每个都可以用于CC2430EM或CC2431EM。如图1-3所示:Figure 3: Chipcon SOC_BB Battery Board2.3、电缆也就是包含开发包所需要的电缆,如RS232串口线,USB线等等附属配件。3、安装配置3.1、主机配置一台个人计算机-也就是电脑哈。我想玩嵌入式的应该都有,而现今不过时的配置就可以:下面是最低配置.NET 1.1 架构Windows XP Service Pack 1 (i如果是 Windows XP)1个串口(也就是RS232接口)s1 USB接口个人认为要求已经相当低了
16、,如果你的电脑没有这配置,个人强烈建议马上扔掉!不过如今笔记本电脑很少有串口的,所以建议使用台式电脑,而且装机的时候一定要把串口引出,否则就比较麻烦了!3.2、目标板需求其实也是开发环境需求- IAR EW8051。目前需要的版本为7.30B及以上。要求还是比较高的,因为目前这个版本没有破解的。但是在4、产品安装过程4.1、安装Z-Stack这个也就是安装ZStack-CC2430-1.4.3.exe的过程。4.2、IAR安装一般来说安装选择默认路径,但是自定义路径也不会出问题的。注意IAR版本7.30B及以上版本才可以运行1.4.3协议。4.3、设备IEEE地址每个 CC2430DB, CC
17、2430EM,和 CC2431EM都已经排列了一个唯一的64位物理地址(IEEE地址),这个地址已经写到了CC2430内部FLASH里面,在CC2430DB, CC2430EM,和 CC2431EM板的底部有这个地址标签。这个地址被写入到FLASH的0x1FFF8地址中,注意这个地址也可以更改的,通过些FLASH软件,一般0xFFFFFFFFFFFFFFFF地址被认为是无效地址。5、配置并试用Z-Stack5.1、配置Z-Stack这个详见5.3节。5.2、逻辑类型这里主要是介绍了ZIGBEE协议中的三种设备类型:ZigBee 协调者(ZC):这个设备被配置为初始化并建立一个PAN网络ZigB
18、ee 路由器(ZR):该设备被配置为加入一个存在的网络,可以加入一个协调求或路由器,然后允许其他设备加入它,在网络中路有数据信息。ZigBee 终端节点 (ZED):该设备被配置为加入一个存在的网络,可以加入一个协调求或路由器。5.3、建立样品应用设备:SampleApp基本上就是采用SampleApp应用中的Demo例子来演示整个流程,就是采用一个协调器和一个或多个路由器来形成一个ZigBee网络演示。在该例子中主要通过SmartRF04EB板上的某些跳线来完成设备类型的选型,当然这个方法在程序中是需要判断哪个按键被拉低或拉高,对于做个设计的来说应该是相当好理解的。申明:由于本人很穷,所以没
19、钱买TI原装开发包,当然也就没有上面提到的硬件,本人采用的是某家公司(为了避免广告,这里就不说明了)的硬件系统。5.4、建立一个SampleLight协调器设备至于提到的硬件连接这里一律省略。无疑:首先要打开对应工程,如图1-4所示:图1-4在工作窗口中选择DemoEB,如图1-5所示:图1-5然后选择工程菜单(Project)下的全部编译(Rebuild All)选项,如图1-6所示:图1-6然后选择工程菜单(Project)下的调试(Debug)选项,如图1-7所示:图1-7下载完之后就可以退出调试状态,通过选中调试菜单下的停止调试选项,如图1-8所示:图1-8按照此种方法下载至少两个CC
20、2430EM模块,就可以进行Demo演示了。6、 Z-Stack 示范略至于详细的示范流程,这里先不说了,因为本人采用的硬件与原装有点差异,即使按照这个方法下载仍然不能演示,因为我这个不能用跳线来选择设备类型。所以我必须进入程序把跳线判断程序进行简单必要的修改才能演示。该文档介绍的演示结果及现象都是基于CHIPCON原厂评估板。7.PanID和通道(Channel)选择ZigBee协议规范规定,一个14位的个域网标志符(PAN ID)来标识唯一的一个网络。Z-Stack可以用两种方式由用户自己选择其PAN ID,当ZDAPP_CONFIG_PAN_ID值设置不为0xFFFF时,那么设备建立或加
21、入网络的PAN ID由ZDAPP_CONFIG_PAN_ID指定;如果设置ZDAPP_CONFIG_PAN_ID为0xFFFF;那么设备就将建立或加入它发现网络中的“最好”的网络。关于这里提到的“最好”的网络,我觉得可能是有些参数评估,只不过这里没有详细的介绍,在后续文档中应该有介绍的。在2.4G频段上,IEEE 802.15.4/ZIGBEE规范规定了16各频道。用户可以通过选择DEFAULT_CHANLIST不同的值可以选择不同的频道,其频道如图1-9所示。改协议默认频道为0xB及0x00000800。图1-9DEFAULT_CHANLIST 和 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID都作
22、为IAR IDE中的编译选项可以进行设置,在应用文件中的ProjectsToolsCC2430DB目录下的f8wConfig.cfg文件中有相应设置,如图1-10所示。图1-10学习Zstack之2上节基本上初步认识了Zstack的一些情况,今天继续我的学习,打开Sample例子看看,究竟ZIGBEE是怎么回事。毫无疑问:如果是第一次打开这个例子工程,肯定很迷糊,因为此时我迷糊了。对图2-1我简直是相当迷糊。图2-1这么多文件夹,打开之后又有那么多文件,从何看起?不要着急,特别是有些人拿到之后,啥都不知道的人第一个问题就是:我要实现XXX,在哪修改或者在哪添加我的函数呢?凡是我遇到这样的客户,
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