三板斧, 助你快速精通ZigBee无线技术

wireless2009

三板斧, 助你快速精通ZigBee无线技术
一ZigBee无线技术迎面而来

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。也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3s。
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 技术的广泛应用将是一个重要的前提。
对应电子工程师而言，学习ZigBee、掌握ZigBee，已经是一个不能回避的新课题，但电子工程师如何起步开始学习ZigBee技术，如何建立一个高效率，低价格的ZIGBEE无线技术学习环境，许多电子工程师，单片机工程师感到无从下手，本文提出了三个方面的实用的建议，希望对你快速入门ZigBee技术有所帮助。

二 建议一:从自己熟悉的技术平台开始入门

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(如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。

三 建议二选择一个负担得起的ZigBee开发平台


根据建议一，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。


从CC2430/CC2431入门ZigBee技术，为了能进行程序编译，下载，在线调试，你必须需要一套实际的CC2430/CC2431无线开发平台系统，该系统可以在你的实验室，也可以在你家里，无论是花你老板的“银子”，还是你自己为未来进行技术投资而“自掏腰包”，这套开发系统从目前国内外情况看，都不可能太便宜，价格从几百美元到上万美元不等。

作为入门者，当然希望有一套负担得起的开发平台，从目前市场情况看，作者认为国内用户最理想的选择是成都无线龙通讯公司的C51RF-3-CC2430无线开发平台，原因如下:

1)入门价格低(个人/教育/科研/批量可以另外优惠)，性能可靠，功能齐全，具有国外高价格ZigBee CC2430/CC2431开发系统全部功能(注意，无线龙通讯提供的这个平台同时，也提供升级到ZigBee/802.15.4 协议栈全部C51源代码，而不是像国外同类产品那样，只提供二进制/不可修改的目标码库，用户升级到ZigBee/802.15.4 协议栈全部C51源代码的价格只有国外同类产品价格的十分之一)。

2)包括一个USB接口的全功能仿真器，两个完全高频测试的ZigBee/802.15.4兼容无线模块。IAR编译调试软件和无线表演软件C51源代码光盘等。

3)多年专业无线开发系统生产经验，技术支持，保证质量可靠，已经有清华大学/国防科技大学/重庆大学等大量用户成功使用。

当然价格目前比起一般单片机开发系统一、二千元一台的价格是高了一些，但是，这是全新的高科技，高频高速，几万行ZigBee/802.15.4 C51源代码，市场巨大，都是普通单片机不能相比的，俗话说“舍不得孩子套不着狼”，如果你决心要尽快掌握最先进的无线技术，决心要开发ZigBee产品，花几千银子也是值得的事情。

C51RF-3 BK CC2430/CC2431 ZigBee无线开发系统包括一个C51RF-3实时在线仿真器，该仿真器通过USB接口直接连接到你的电脑，同时，通过10线仿真电缆连接到CC2430ZigBee无线单片及目标板，就方便的完成了连接；无需其他的直流电源。


编译，调试采用 IAR 7.20 以上C51开发环境。 该软件开发工具非常类似KELL的开发平台，如果你熟悉KELL的C51开发平台，你应该非常容易去使用和非常喜欢这个功能强大的类似的IDE/DEBUG平台。


成都无线龙通讯科技公司精心设计的这个目标板分成两部分，底板由电源，RS232接口，键盘，图形液晶显示器，电池系统组成，其核心，其实是一个移动无线终端的原形，菜单和汉字显示都具备，无论进行联机的开发，软件下载，还是脱机的独立运行，用电池供电，进行无线通讯距离测试，都非常方便。


更为巧妙的是，将无线CC2430模块从低板上取下来，给模块连接上2个AA电池，无线模块也可以单独运行，下载程序， 独立运行。 对于许多要求小体积的应用，如 RFID等，非常方便。

对于学习ZigBee技术，你只要连接电脑，运行IAR C51开发环境，就可以方便的观察ZigBee/802.15.4协议栈源代码的运行情况，跟踪协议栈运行情况，单步，断点，ZIGBEE的整个协议，完全透明/可控，可操作……无线收发情况也在电脑屏幕上，一目了然，随你控制。

有了这套工具，即使没有如何无线通讯经验的工程师，也能够在很短时间，熟悉复杂的ZigBee协议， 很快将自己的应用，和ZigBee无线技术结合在一起，成为无线通讯的内行。

四 建议三实践第一，动手第一，只有动手，才能快速入门精通



高频无线技术，单片机技术，C51编程，无线传感器技术，无线网络技术和ZigBee/802.15.4技术都属于实验技术和实用技术，具体的掌握这些技术，都需要实际的动手，通过编程序，实际调试，实际电路板，现场测试分析等，来真正了解技术的核心，来具备实际的经验。
从知识准备来讲，可以直接读无线单片机的各种数据手册，ZigBee/802.15.4技术规范等，也可以看看有没有象《无线通讯的入门和实战》这样类似的无线通俗读物，可惜目前这类实用的无线书籍太少了，希望我们的大学教授们，多出一些实用的书籍，目前书店的无线类书籍大多是理论，各种复杂的计算公式，让人看起来非常吃力。但如何去象开发单片机一样，实实在在的做程序，做电路板，去调试。测试，最后做一个实际的无线产品，在这些书籍中很难发现，而这才是我们电子工程师最需要的东西。

动手去做，在实践中体验无线通讯的原理，自己编程序，自己观察无线通讯的实践过程，师快速掌握ZigBee/802.15.4短距离，低功耗无线网络技术的关键。
有了上述的开发工具，你就具备了动手的全部条件，剩下的就是看你有多少智慧，去实现千千万万的应用，去开发形形色色的无线产品了。


结束语:

归纳起来，三板斧分别是: 选择自己熟悉的ZigBee
单片MCU系统， 选择高效率，低价格的ZigBee开发工具，加强对ZigBee技术的动手实践，如果你这样去做，你离开真正掌握ZigBee技术，迈入未来无线店堂的大门就不远了。

snowwillow

不错！！！

rayer1980

谢谢，刚开始接触这个。

zhangaiminab

说的不错

analogbsliu

good !!!