第三章zigbee网络原理与开发

1、第第三三章章 ZigbeeZigbee网络原理及开发网络原理及开发赵建立赵建立山东科技大学山东科技大学3.1 Zigbee简介3.2 Zigbee开发环境及调试3.3 Zigbee 硬件简介3.4 Zigbee无线传感器网络开发基础3.5 Zigbee无线传感器网络高级开发3.6 Zigbee无线传感器网络管理3.7 Zigbee 无线传感器网络开发实例3.1 Zigbee3.1 Zigbee简介简介3.2 Zigbee开发环境及调试3.3 Zigbee 硬件简介3.4 Zigbee无线传感器网络开发基础3.5 Zigbee无线传感器网络高级开发3.6 Zigbee无线传感器网络管理3.7 Z

2、igbee 无线传感器网络开发实例 ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBeeZigBee技术发展历程技术发展历程1.ZigBee的前身是1998年由INTEL、IBM等产业巨头发起的“HomeRFLite”技术。2.2000年12月成立了工作小组起草IEEE 802.15.4标准3.Zigbee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英

3、国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布加盟“Zigbee联盟”，以研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。4.2004年12月ZigBee1.0标准(又称为ZigBee2004)敲定，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。5.2005年9月公布ZigBee1.0标准并提供下载。在这一年里，华为技术有限公司和IBM公司加入了ZigBee联盟。但是基于该版本的应用很少，与后面的版本也不兼容。6.2006年12月进行标准修订，推出ZigBee1.1版(又称为ZigBee2006)。该协议虽然

4、命名为ZigBee1.1，但是与ZigBee1.0版是不兼容的。7.2007年10月完成再次修订(称为ZigBee2007/PRO)。能够兼容之前的ZigBee2006版本，并且加入了ZibgeePRO部分，此时ZigBee联盟更加专注于以下三个方面： 1)、家庭自动化(Home Automation；HA)；2)、建筑/商业大楼自动化(Building Automation；BA)；3)、先进抄表基础建设(Advanced Meter Infrastructure；AMI)； Zigbee与现有标准传输协议的比较：因此：因此：ZigbeeZigbee数数据速率较低，不据速率较低，不适用于传输

5、大数适用于传输大数据量的应用领域。据量的应用领域。20012001年年8 8月，月，ZigBee AllianceZigBee Alliance成立成立。该联盟致力于促进在全该联盟致力于促进在全球的消费电子、能源、住宅、商业和工业领域广泛采用球的消费电子、能源、住宅、商业和工业领域广泛采用ZigBeeZigBee作为领先的无线网络、传感和控制标准。作为领先的无线网络、传感和控制标准。20042004年，年，ZigBee V1.0ZigBee V1.0诞生。它是诞生。它是ZigbeeZigbee规范的第一个版本。规范的第一个版本。由于推出仓促，存在一些错误。由于推出仓促，存在一些错误。20062

6、006年，推出年，推出ZigBee 2006ZigBee 2006，比较完善。，比较完善。20072007年底，年底，ZigBee PROZigBee PRO推出推出。目前已经目前已经吸引了一些最具创新性和在世界知名的组织，如华吸引了一些最具创新性和在世界知名的组织，如华为、罗格朗、施耐德、飞利浦、霍尼韦尔等知名企业，一个为、罗格朗、施耐德、飞利浦、霍尼韦尔等知名企业，一个由由400400多家企业和其他组织构成的非营利性开放联合体，多家企业和其他组织构成的非营利性开放联合体，注：注：2.4GHZ2.4GHZ是全球是全球通用的通用的ISMISM频段，频段，915MHZ915MHZ是北美的是北美的

7、ISMISM频段，频段，896MHZ896MHZ是欧洲认可的是欧洲认可的ISMISM频段。频段。ISMISM：Industrial, Industrial, Scientific and Scientific and MedicalMedical信道编号信道编号中心频率中心频率/ /MHzMHz信道间隔信道间隔/ /MHzMHz频率上限频率上限/ /MHzMHz频率下限频率下限/ /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网络拓扑结构：星状、网状、簇状网络拓扑结构：星状、网状、簇状节点节点类型：协调器、路由器、终端节点类型：协调器、路由器、终端节点ZigBee协调器（Coordinator） 它包含所有的网络信息，是3种设备中最复杂的，存储容量大、计算能力最强。它主要用于发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由信息并且不断的接收信息。一旦网络建立完成,这个协调器的作用就像路由器节点。ZigBeeZigBee路由器（路由器（RouterRout

9、er） 它它执行的功能包括允许其它设备加入这个网络执行的功能包括允许其它设备加入这个网络，中继中继路由路由，辅助子树，辅助子树下终端设备的下终端设备的通信。通常通信。通常, ,路由路由器全时间处在活动状态器全时间处在活动状态, ,因此为主供电。但是在树状因此为主供电。但是在树状拓扑中拓扑中, ,允许路由器操作周期运行允许路由器操作周期运行, ,因此这个情况下允因此这个情况下允许路由器电池供电许路由器电池供电. .ZigBee终端设备（End-device） 一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的责任,所以它可以睡眠和唤配，看它自己的选择。因此它能作为电池供电节点。设备类型拓扑类型是否成为协

10、调器通话对象全功能设备（FFD）星型、树状、网状可以与任何ZigBee设备通话简化功能设备（RFD）星型不可以与协调器、路由器通话，不能与终端设备通话低速无线设备 TV VCR DVD CD 鼠标鼠标 键盘键盘 操作杆操作杆 保安保安 HVAC 照明照明 门禁门禁 玩具玩具 游戏器具游戏器具 监视监视 诊断诊断 传感器传感器 监视监视 传感器传感器 自动化自动化控制控制工业、农业和商业消费电子消费电子PC PC 机的机的外围设备外围设备玩具和游玩具和游戏戏个人健康监护结合结合ZigBeeZigBee和和GPRSGPRS的无线数据传输网络的无线数据传输网络ZigBeeZigBee技术在石油石化行

11、业的应用技术在石油石化行业的应用液化天然气罐远程监控液化天然气罐远程监控汽油管线的腐蚀监测汽油管线的腐蚀监测润滑油供应链润滑油供应链汽油管线侵入者监测汽油管线侵入者监测液化天然气容器跟踪液化天然气容器跟踪基于基于ZigBeeZigBee技术的管道监测无线数据传输网络技术的管道监测无线数据传输网络ZigBeeZigBee智能交通控制系统无线通信方案智能交通控制系统无线通信方案ZIGBEEZIGBEE无线通信的交通信号控制系统无线通信的交通信号控制系统- -交通路口控制通信交通路口控制通信ZIGBEEZIGBEE无线通信的交通信号控制系统无线通信的交通信号控制系统- -交通路口控制通信交通路口控制

12、通信 ZigBee ZigBee智能交通控制系统无线通信方案智能交通控制系统无线通信方案基于基于ZigBeeZigBee技术的无线三表远程抄表系统技术的无线三表远程抄表系统采用采用MESHMESH网状网络结构，保证数据传输的可靠性。网状网络结构，保证数据传输的可靠性。每幢单元楼设置一个每幢单元楼设置一个ZigBeeZigBee远端节点远端节点一个小区设置一个一个小区设置一个ZigBeeZigBee中心节点中心节点ZigBeeZigBee中心节点数据通过中心节点数据通过GPRS/CDMAGPRS/CDMA或或ADSLADSL上传到集抄中心上传到集抄中心3.1 Zigbee简介3.2 Zigbee

13、3.2 Zigbee开发环境及调试开发环境及调试3.3 Zigbee 硬件简介3.4 Zigbee无线传感器网络开发基础3.5 Zigbee无线传感器网络高级开发3.6 Zigbee无线传感器网络管理3.7 Zigbee 无线传感器网络开发实例 ZigBee 无线网络节点开发平台软件开发平台IAR Embedded Workbench（简称EW）的C/C+交叉编译器和调试器是今天世界最完整的和最容易使用专业嵌入式应用开发工具。 EW 今天已经支持35 种以上的8 位/16 位32 位ARM 的微处理器结构。EW 包括：嵌入式C/C+优化编译器，汇编器，连接定位器，库管理员，编辑器，项目管理器和

14、C-SPY 调试器。使用IAR 的编译器最优化最紧凑的代码，节省硬件资源，最大限度地降低产品成本，提高产品竞争力。 IAR System 是嵌入式领域唯一能够提供这种解决方案的公司。 IAR Embedded Workbench 是一套完整的集成开发工具集合，包括从代码编辑器、工程建立到C/C+编译器、连接器和调试器的各类开发工具。它和各种仿真器、调试器紧密结合，使用户在开发和调试过程中，仅仅使用一种开发环境界面，就可以完成多种微控制器的开发工作。 IAR的安装、工程的编辑和修改参见实验手册CC2530仿真器具有在线下载、调试、仿真等功能。仿真器外形非常简洁，只有1个USB接口、1个复位按键和

15、一根仿真线。USB接口：通过USB接口可以把仿真器与计算机有机地连接起来。仿真器通过此接口与计算机进行通信，要在CC2430/CC2530的ZigBee模块上实现下载、调试(Debug)、仿真等功能都通过此接口来实现。 复位按键：此按键用来实现仿真器的复位，当需要重新下载、调试、仿真时，可通过此按键来实现硬复位。 仿真线：这是一根10芯的下载、调试(DEBUG)、仿真线，通过它与CC2430/CC2530的ZigBee模块进行连接。仿真器具有以下特点: 1) USB接口，使开发与计算机连接更加简单快捷 2) 高速代码下载，提供高达150K Bit/s下载速度，把程序下载到CC2430/2530

16、的ZigBee模块只需要几秒就完成 3) 在线下载、调试、仿真 4) 硬件断点调试，类似JTAG的硬件断点调试，可实现单步、变量观察等全部C51源代码水平的在线调试DEBUG功能 5) 支持IAR的C51编译/调试图形IDE开发平台 6) 专业设计，系统稳定可靠，噪声干扰小 连接好仿真器和zigbee节点，复位一下仿真器，然后点击Project 中的Download and Debug，就实现了下载程序，当程序下载完后，软件进入在线仿真模式。这个代码的意思是将 P1 口设置为输出，将P1 口置0，中软国际教育集团开发的模块和开发板中有小灯在P1 口上，当执行这个代码的时候，小灯会点亮 在上面的介绍中，大家对 IAR 的使用方法已经有了一定的认识，但是在一个项目中，尤其是无线项目中，涉及到的设备不会仅仅只有一个，如在ZigBee 设备中的协调器、路由器和终端设备，虽然设备不相同但它们的功能和协议栈底层却基本相同，所以在里面只需要定义些条件编译就可以设定好，如果将每一个设备都重新建立一个工程的话，这样寄浪费空间，代码也很混乱，所以我们就需要使用IAR 的模块设备功能。 我们通过上面的点亮LED例子来说明这个功能的使用方法。 首先修改工程的代码，在这里我们要实现两个设备在一个工程中实现不同的功能，两个模块的名称分别定义为：Blink_LED 和Open_