第三章zigbee網(wǎng)絡(luò)原理與開發(fā)

1、第第三三章章 ZigbeeZigbee網(wǎng)絡(luò)原理及開發(fā)網(wǎng)絡(luò)原理及開發(fā)趙建立趙建立山東科技大學山東科技大學3.1 Zigbee簡介3.2 Zigbee開發(fā)環(huán)境及調(diào)試3.3 Zigbee 硬件簡介3.4 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)基礎(chǔ)3.5 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高級開發(fā)3.6 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理3.7 Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實例3.1 Zigbee3.1 Zigbee簡介簡介3.2 Zigbee開發(fā)環(huán)境及調(diào)試3.3 Zigbee 硬件簡介3.4 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)基礎(chǔ)3.5 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高級開發(fā)3.6 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理3.7 Z

2、igbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實例 ZigBee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。ZigBeeZigBee技術(shù)發(fā)展歷程技術(shù)發(fā)展歷程1.ZigBee的前身是1998年由INTEL、IBM等產(chǎn)業(yè)巨頭發(fā)起的“HomeRFLite”技術(shù)。2.2000年12月成立了工作小組起草IEEE 802.15.4標準3.Zigbee聯(lián)盟成立于2001年8月。2002年下半年，英

3、國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司四大巨頭共同宣布加盟“Zigbee聯(lián)盟”，以研發(fā)名為“Zigbee”的下一代無線通信標準，這一事件成為該項技術(shù)發(fā)展過程中的里程碑。4.2004年12月ZigBee1.0標準(又稱為ZigBee2004)敲定，這使得ZigBee有了自己的發(fā)展基本標準。5.2005年9月公布ZigBee1.0標準并提供下載。在這一年里，華為技術(shù)有限公司和IBM公司加入了ZigBee聯(lián)盟。但是基于該版本的應(yīng)用很少，與后面的版本也不兼容。6.2006年12月進行標準修訂，推出ZigBee1.1版(又稱為ZigBee2006)。該協(xié)議雖然

4、命名為ZigBee1.1，但是與ZigBee1.0版是不兼容的。7.2007年10月完成再次修訂(稱為ZigBee2007/PRO)。能夠兼容之前的ZigBee2006版本，并且加入了ZibgeePRO部分，此時ZigBee聯(lián)盟更加專注于以下三個方面： 1)、家庭自動化(Home Automation；HA)；2)、建筑/商業(yè)大樓自動化(Building Automation；BA)；3)、先進抄表基礎(chǔ)建設(shè)(Advanced Meter Infrastructure；AMI)； Zigbee與現(xiàn)有標準傳輸協(xié)議的比較：因此：因此：ZigbeeZigbee數(shù)數(shù)據(jù)速率較低，不據(jù)速率較低，不適用于傳輸

5、大數(shù)適用于傳輸大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)量的應(yīng)用領(lǐng)域。20012001年年8 8月，月，ZigBee AllianceZigBee Alliance成立成立。該聯(lián)盟致力于促進在全該聯(lián)盟致力于促進在全球的消費電子、能源、住宅、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用球的消費電子、能源、住宅、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用ZigBeeZigBee作為領(lǐng)先的無線網(wǎng)絡(luò)、傳感和控制標準。作為領(lǐng)先的無線網(wǎng)絡(luò)、傳感和控制標準。20042004年，年，ZigBee V1.0ZigBee V1.0誕生。它是誕生。它是ZigbeeZigbee規(guī)范的第一個版本。規(guī)范的第一個版本。由于推出倉促，存在一些錯誤。由于推出倉促，存在一些錯誤。20062

6、006年，推出年，推出ZigBee 2006ZigBee 2006，比較完善。，比較完善。20072007年底，年底，ZigBee PROZigBee PRO推出推出。目前已經(jīng)目前已經(jīng)吸引了一些最具創(chuàng)新性和在世界知名的組織，如華吸引了一些最具創(chuàng)新性和在世界知名的組織，如華為、羅格朗、施耐德、飛利浦、霍尼韋爾等知名企業(yè)，一個為、羅格朗、施耐德、飛利浦、霍尼韋爾等知名企業(yè)，一個由由400400多家企業(yè)和其他組織構(gòu)成的非營利性開放聯(lián)合體，多家企業(yè)和其他組織構(gòu)成的非營利性開放聯(lián)合體，注：注：2.4GHZ2.4GHZ是全球是全球通用的通用的ISMISM頻段，頻段，915MHZ915MHZ是北美的是北美的

7、ISMISM頻段，頻段，896MHZ896MHZ是歐洲認可的是歐洲認可的ISMISM頻段。頻段。ISMISM：Industrial, Industrial, Scientific and Scientific and MedicalMedical信道編號信道編號中心頻率中心頻率/ /MHzMHz信道間隔信道間隔/ /MHzMHz頻率上限頻率上限/ /MHzMHz頻率下限頻率下限/ /MHzMHzk=0k=0868.3868.3-868.6868.6868.0868.0k=1,2,10k=1,2,10906+2(k-1)906+2(k-1)2 2928.0928.09029020 0k=11,1

8、2,26k=11,12,26 2401+5(k-11)2401+5(k-11)5 52483.52483.52400.02400.0網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)：星狀、網(wǎng)狀、簇狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)：星狀、網(wǎng)狀、簇狀節(jié)點節(jié)點類型：協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點類型：協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點ZigBee協(xié)調(diào)器（Coordinator） 它包含所有的網(wǎng)絡(luò)信息，是3種設(shè)備中最復(fù)雜的，存儲容量大、計算能力最強。它主要用于發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由信息并且不斷的接收信息。一旦網(wǎng)絡(luò)建立完成,這個協(xié)調(diào)器的作用就像路由器節(jié)點。ZigBeeZigBee路由器（路由器（RouterRout

9、er） 它它執(zhí)行的功能包括允許其它設(shè)備加入這個網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行的功能包括允許其它設(shè)備加入這個網(wǎng)絡(luò)，中繼中繼路由路由，輔助子樹，輔助子樹下終端設(shè)備的下終端設(shè)備的通信。通常通信。通常, ,路由路由器全時間處在活動狀態(tài)器全時間處在活動狀態(tài), ,因此為主供電。但是在樹狀因此為主供電。但是在樹狀拓撲中拓撲中, ,允許路由器操作周期運行允許路由器操作周期運行, ,因此這個情況下允因此這個情況下允許路由器電池供電許路由器電池供電. .ZigBee終端設(shè)備（End-device） 一個終端設(shè)備對于維護這個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有具體的責任,所以它可以睡眠和喚配，看它自己的選擇。因此它能作為電池供電節(jié)點。設(shè)備類型拓撲類型是否成為協(xié)

10、調(diào)器通話對象全功能設(shè)備（FFD）星型、樹狀、網(wǎng)狀可以與任何ZigBee設(shè)備通話簡化功能設(shè)備（RFD）星型不可以與協(xié)調(diào)器、路由器通話，不能與終端設(shè)備通話低速無線設(shè)備 TV VCR DVD CD 鼠標鼠標 鍵盤鍵盤 操作桿操作桿 保安保安 HVAC 照明照明 門禁門禁 玩具玩具 游戲器具游戲器具 監(jiān)視監(jiān)視 診斷診斷 傳感器傳感器 監(jiān)視監(jiān)視 傳感器傳感器 自動化自動化控制控制工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)消費電子消費電子PC PC 機的機的外圍設(shè)備外圍設(shè)備玩具和游玩具和游戲戲個人健康監(jiān)護結(jié)合結(jié)合ZigBeeZigBee和和GPRSGPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)ZigBeeZigBee技術(shù)在石油石化行

11、業(yè)的應(yīng)用技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用液化天然氣罐遠程監(jiān)控液化天然氣罐遠程監(jiān)控汽油管線的腐蝕監(jiān)測汽油管線的腐蝕監(jiān)測潤滑油供應(yīng)鏈潤滑油供應(yīng)鏈汽油管線侵入者監(jiān)測汽油管線侵入者監(jiān)測液化天然氣容器跟蹤液化天然氣容器跟蹤基于基于ZigBeeZigBee技術(shù)的管道監(jiān)測無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的管道監(jiān)測無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)ZigBeeZigBee智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案ZIGBEEZIGBEE無線通信的交通信號控制系統(tǒng)無線通信的交通信號控制系統(tǒng)- -交通路口控制通信交通路口控制通信ZIGBEEZIGBEE無線通信的交通信號控制系統(tǒng)無線通信的交通信號控制系統(tǒng)- -交通路口控制通信交通路口控制

12、通信 ZigBee ZigBee智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案基于基于ZigBeeZigBee技術(shù)的無線三表遠程抄表系統(tǒng)技術(shù)的無線三表遠程抄表系統(tǒng)采用采用MESHMESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。每幢單元樓設(shè)置一個每幢單元樓設(shè)置一個ZigBeeZigBee遠端節(jié)點遠端節(jié)點一個小區(qū)設(shè)置一個一個小區(qū)設(shè)置一個ZigBeeZigBee中心節(jié)點中心節(jié)點ZigBeeZigBee中心節(jié)點數(shù)據(jù)通過中心節(jié)點數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMAGPRS/CDMA或或ADSLADSL上傳到集抄中心上傳到集抄中心3.1 Zigbee簡介3.2 Zigbee

13、3.2 Zigbee開發(fā)環(huán)境及調(diào)試開發(fā)環(huán)境及調(diào)試3.3 Zigbee 硬件簡介3.4 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)基礎(chǔ)3.5 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高級開發(fā)3.6 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理3.7 Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實例 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點開發(fā)平臺軟件開發(fā)平臺IAR Embedded Workbench（簡稱EW）的C/C+交叉編譯器和調(diào)試器是今天世界最完整的和最容易使用專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。 EW 今天已經(jīng)支持35 種以上的8 位/16 位32 位ARM 的微處理器結(jié)構(gòu)。EW 包括：嵌入式C/C+優(yōu)化編譯器，匯編器，連接定位器，庫管理員，編輯器，項目管理器和

14、C-SPY 調(diào)試器。使用IAR 的編譯器最優(yōu)化最緊湊的代碼，節(jié)省硬件資源，最大限度地降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力。 IAR System 是嵌入式領(lǐng)域唯一能夠提供這種解決方案的公司。 IAR Embedded Workbench 是一套完整的集成開發(fā)工具集合，包括從代碼編輯器、工程建立到C/C+編譯器、連接器和調(diào)試器的各類開發(fā)工具。它和各種仿真器、調(diào)試器緊密結(jié)合，使用戶在開發(fā)和調(diào)試過程中，僅僅使用一種開發(fā)環(huán)境界面，就可以完成多種微控制器的開發(fā)工作。 IAR的安裝、工程的編輯和修改參見實驗手冊CC2530仿真器具有在線下載、調(diào)試、仿真等功能。仿真器外形非常簡潔，只有1個USB接口、1個復(fù)位按鍵和

15、一根仿真線。USB接口：通過USB接口可以把仿真器與計算機有機地連接起來。仿真器通過此接口與計算機進行通信，要在CC2430/CC2530的ZigBee模塊上實現(xiàn)下載、調(diào)試(Debug)、仿真等功能都通過此接口來實現(xiàn)。 復(fù)位按鍵：此按鍵用來實現(xiàn)仿真器的復(fù)位，當需要重新下載、調(diào)試、仿真時，可通過此按鍵來實現(xiàn)硬復(fù)位。 仿真線：這是一根10芯的下載、調(diào)試(DEBUG)、仿真線，通過它與CC2430/CC2530的ZigBee模塊進行連接。仿真器具有以下特點: 1) USB接口，使開發(fā)與計算機連接更加簡單快捷 2) 高速代碼下載，提供高達150K Bit/s下載速度，把程序下載到CC2430/2530

16、的ZigBee模塊只需要幾秒就完成 3) 在線下載、調(diào)試、仿真 4) 硬件斷點調(diào)試，類似JTAG的硬件斷點調(diào)試，可實現(xiàn)單步、變量觀察等全部C51源代碼水平的在線調(diào)試DEBUG功能 5) 支持IAR的C51編譯/調(diào)試圖形IDE開發(fā)平臺 6) 專業(yè)設(shè)計，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，噪聲干擾小 連接好仿真器和zigbee節(jié)點，復(fù)位一下仿真器，然后點擊Project 中的Download and Debug，就實現(xiàn)了下載程序，當程序下載完后，軟件進入在線仿真模式。這個代碼的意思是將 P1 口設(shè)置為輸出，將P1 口置0，中軟國際教育集團開發(fā)的模塊和開發(fā)板中有小燈在P1 口上，當執(zhí)行這個代碼的時候，小燈會點亮 在上面的介紹中，大家對 IAR 的使用方法已經(jīng)有了一定的認識，但是在一個項目中，尤其是無線項目中，涉及到的設(shè)備不會僅僅只有一個，如在ZigBee 設(shè)備中的協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備，雖然設(shè)備不相同但它們的功能和協(xié)議棧底層卻基本相同，所以在里面只需要定義些條件編譯就可以設(shè)定好，如果將每一個設(shè)備都重新建立一個工程的話，這樣寄浪費空間，代碼也很混亂，所以我們就需要使用IAR 的模塊設(shè)備功能。 我們通過上面的點亮LED例子來說明這個功能的使用方法。 首先修改工程的代碼，在這里我們要實現(xiàn)兩個設(shè)備在一個工程中實現(xiàn)不同的功能，兩個模塊的名稱分別定義為：Blink_LED 和Open_