近十年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了多種新的無(wú)線通信技術(shù)，正在慢慢改變?nèi)藗兩罘绞胶褪褂昧?xí)慣，對(duì)于多數(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)旨在提高所傳輸數(shù)據(jù)的速率和傳輸距離，而在諸如工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、商業(yè)監(jiān)控、汽車(chē)電子、家庭數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中，系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，傳輸速率低，系統(tǒng)所用的終端設(shè)備通常為采用電池供電的嵌入式設(shè)備，如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此，這些系統(tǒng)必須要求傳輸設(shè)備具有成本低、功耗小的特點(diǎn)，而ZigBee技術(shù)就是針對(duì)這種需求產(chǎn)生的，而且世界上各大公司和組織普遍看好ZibBee技術(shù)及其未來(lái)的應(yīng)用潛力和價(jià)值，許多公司和生產(chǎn)商已經(jīng)陸續(xù)地推出了ZigBee產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其發(fā)展速度之快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人么的想象，特別是在監(jiān)控系統(tǒng)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在迅速發(fā)展中。
關(guān)鍵詞
ZigBee 、IEEE802.15.4、監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)線傳感器
前言
隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制和自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)論是基于集散控制結(jié)構(gòu)，還是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，其信號(hào)傳輸方式都為有線傳輸，即通過(guò)線纜把各類(lèi)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等連接起來(lái)，由于布線復(fù)雜，使得系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能有所降低，增加了后期維護(hù)的難度，而采用無(wú)線的方式可以有效地避免這些問(wèn)題。
一、 ZigBee簡(jiǎn)介
ZigBee技術(shù)作為一種新興的無(wú)線通信技術(shù)，與藍(lán)牙和WIFI相比，具有距離短、復(fù)雜度低、功耗低、數(shù)據(jù)速率低、成本低和自組網(wǎng)等特點(diǎn)，適合于自動(dòng)控制領(lǐng)域的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，ZigBee是 一組基于IEEE802.15 .4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議?；陂_(kāi)放互連標(biāo)準(zhǔn)OS工7層模型，由應(yīng)用層、應(yīng)用接口、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網(wǎng)絡(luò)層以上的協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)制定，工EEE制定物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)〔2〕，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
IEE E8 02 .15 .4在 物理層(PHY)定義了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別是2. 4 GHz物理層和868 / 915 MHz物理層。各頻段可使用的信道分別有16個(gè)、10個(gè)或1個(gè)，各自提供250kb/s,40kb/s和20kb/s的傳輸速率，物理層在各個(gè)頻段皆采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù);工EEE802.15 .4的MAC子層協(xié)議對(duì)應(yīng)于工SO模型中數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層，采用了CSMA-CA的碰撞避免機(jī)制，其功能包括設(shè)備間無(wú)線鏈路的建立、維護(hù)和斷開(kāi)、確認(rèn)模式的幀傳送與接收、信道接人與控制、幀校驗(yàn)與快速自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)、預(yù)留時(shí)隙管理以及廣播信息管理等。該層定義了廣播幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和MAC命令幀等4種幀類(lèi)型。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的建立與管理，實(shí)現(xiàn)自我組態(tài)與自我修復(fù)功能，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加人或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其它節(jié)點(diǎn)以及路由查找和傳送數(shù)據(jù)等功能，支持多種路由算法和多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。應(yīng)用接口層則是把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全屬性設(shè)置和多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚等功能。
二、泓格ZigBee產(chǎn)品
泓格公司在ZigBee大概分成3類(lèi)，足夠滿足客戶ZigBee各種網(wǎng)絡(luò)要求，如下表所示：
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中繼器 |
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ZB-2510 |
ZigBee中繼器【100米】 |
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ZB-2510P |
ZigBee中繼器【700米】 |
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轉(zhuǎn)換器 |
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ZB-2550 |
RS-232/RS-485到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(主)【100米】 |
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ZB-2551 |
RS-232/RS-485到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(從) 【100米】 |
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ZB-2550P |
RS-232/RS-485到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(主)【700米】 |
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ZB-2551P |
RS-232/RS-485到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(從) 【700米】 |
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ZB-2570 |
RS-232/RS-485/Ethernet到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(主)【100米】 |
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ZB-2571 |
RS-232/RS-485/Ethernet到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(從)【100米】 |
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ZB-2570P |
RS-232/RS-485/Ethernet到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(主)【700米】 |
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ZB-2571P |
RS-232/RS-485/Ethernet到ZigBee轉(zhuǎn)換模塊(從)【700米】 |
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IO模塊 |
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ZB-2015 |
6路RTD輸入模塊 |
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ZB-2017 |
8路模擬量輸入模塊 |
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ZB-2017C |
8路電流輸入模塊 |
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ZB-2018 |
8路熱電偶輸入模塊 |
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ZB-2024 |
4路模擬量輸出模塊 |
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ZB-2026 |
2路電壓信號(hào)輸出，4路模擬量輸入、2路數(shù)字量輸出模塊 |
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ZB-2042 |
16路隔離DO |
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ZB-2043 |
4路PhotoMos繼電器DO、4路OC門(mén)DO |
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ZB-2052 |
16路隔離DI |
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ZB-2053 |
8路隔離DI(16位計(jì)數(shù)器) |
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ZB-2060 |
6路隔離DI、4路繼電器DO |
三、產(chǎn)品應(yīng)用
圖2 ZigBee在樓宇中的應(yīng)用
圖3 ZigBee中繼器應(yīng)用框圖
圖4 ZigBee中繼器應(yīng)用框圖
圖5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用框圖
圖6 ZigBee與I-7000模塊應(yīng)用框圖
圖7 ZigBee多站點(diǎn)I/O采集應(yīng)用框圖
圖8 ZigBee無(wú)線傳感器應(yīng)用框圖
五、結(jié)束語(yǔ)
以上介紹了ZigBee的幾種典型應(yīng)用，由于ZigBee技術(shù)具有低成本和低速率的特點(diǎn)，非常適合于近距離、小數(shù)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和無(wú)線通信系統(tǒng)中。隨著ZigBee技術(shù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的公布，該技術(shù)的應(yīng)用范圍將有很大的拓展，更多的實(shí)用性產(chǎn)品必將推向市場(chǎng)。
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