第1章 Zigbee概述.ppt

1 第1章 Zigbee概述 2 本章目标 掌握Zigbee技术概念理解Zigbee技术特点了解常用Zigbee芯片的特点了解几种常见的Zigbee协议栈掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装理解Zigbee与无线传感器网络的关系 3 本章目标 掌握Zigbee技术概念理解Zigbee技术特点了解常用Zigbee芯片的特点了解几种常见的Zigbee协议栈掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装理解Zigbee与无线传感器网络的关系 4 Zigbee定义Zigbee是一种近距离 低复杂度 低功耗 低成本的双向无线通讯技术 主要用于距离短 功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间 进行数据传输 包括典型的周期性数据 间歇性数据和低反应时间数据 的应用 Zigbee的基础是IEEE802 15 4 但是IEEE802 15 4仅处理低级的MAC 媒体接入控制协议 层和物理层协议 Zigbee联盟对网络层协议和应用层进行了标准化 1 1Zigbee技术概述 5 名字的由来Zigbee名字起源于蜜蜂之间传递信息的方式 蜜蜂通过一种特殊的肢体语言告知同伴新发现的事物源位置信息 这种肢体语言是ZigZag型舞蹈 借此意义以Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名 1 1 1由来和发展 6 2003年12月 Chipcon公司推出第一款符合2 4GHzIEEE802 15 4标准的射频收发器CC2420 1 1 1由来和发展 技术的发展 7 2004年12月 Chipcon公司推出全球第一个IEEE802 15 4Zigbee片上系统解决方案 CC2430无线单片机 该芯片内部集成了一款增强型的8051内核以及当时业内性能卓越的射频收发器CC2420 1 1 1由来和发展 技术的发展 8051 CC2420 8 2005年12月 Chipcon公司推出内嵌定位引擎的ZigbeeIEEE802 15 4解决方案CC2431 2006年2月 TI公司收购Chipcon公司 又相继推出一系列的Zigbee芯片 比较有代表性的片上系统如CC2530 1 1 1由来和发展 技术的发展 9 1 1 1由来和发展 TI公司在软件方面发展的比较快 2007年1月 TI公司宣布推出Zstack协议栈 目前已为全球众多Zigbee开发商广泛采用 技术的发展 10 1 1 2无线传感器网络与Zigbee的关系 无线传感器网络与Zigbee技术之间的关系可以从两方面分析 从协议标准来讲 目前大多数无线传感器网络的物理层和MAC层都采用IEEE802 15 4协议标准 IEEE802 15 4描述了低速率无线个人局域网的物理层和媒体接入控制协议 MAC层 属于IEEE802 15 4工作组 而Zigbee技术是基于IEEE802 15 4标准的无线技术 从应用上来讲 Zigbee适用于通信数据量不大 数据传输速率相对较低 成本较低的便携或移动设备 这些设备只需要很少的能量 以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另外一个传感器 并能实现传感器之间的组网 实现无线传感器网络分布式 自组织和低功耗的特点 11 低功耗低成本大容量可靠时延短灵活的网络拓扑结构 1 1 3Zigbee技术特点 12 CC243X系列CC253X系列MC1322X系列 1 1 3Zigbee芯片 13 非开源的协议栈常见的非开源的Zigbee协议栈的解决方案包括freescale解决方案和microchip解决方案 Freescale中最简单的Zigbee解决方案就是SMAC协议 是面向简单的点对点应用 不涉及网络概念 Freescale完整的Zigbee协议栈为BeeStack协议栈 也是最复杂的协议栈 看不到具体的代码 只提供一些封装好的函数直接调用 1 1 4常见Zigbee协议栈 14 非开源的协议栈常见的非开源的Zigbee协议栈的解决方案包括freescale解决方案和microchip解决方案 Microchip提供的Zigbee协议为Zigbee PRO和Zigee RF4CE 均是完整的Zigbee协议栈 但是收费偏高 1 1 4常见Zigbee协议栈 15 半开源的协议栈TI公司开发的ZStack协议栈是一个半开源的Zigbee协议栈 是一款免费的Zigbee协议栈 它支持Zigbee和ZigbeePRO 并向后兼容Zigbee2006和Zigbee2004 Zstack内嵌了OSAL操作系统 标准的C语言代码 使用IAR开发平台 比较易于学习 是一款适合工业级应用的Zigbee协议栈 1 1 4常见Zigbee协议栈 16 开源的协议栈Freakz是一个彻底开源的Zigbee协议栈 配合contiki操作系统 contiki的代码全部为C语言编写 对于初学者来说比较容易上手 Freakz适合用于学习 对于工业应用 Zstack比较实用 1 1 4常见Zigbee协议栈 17 短距通信 海量用频设备需要精细化频谱监测管控 物联网终端需要支持多体制无线接入 实现无缝泛在接入网络 认知无线电技术和机会通信技术 18 各种无线联网技术性能对比表 19 1 2软件开发平台 IAR软件集成开发平台Zigbee嗅探器 ZigbeeSniffer 物理地址修改软件 SmartRFFlashProgrammer 辅助软件 20 1 2 1IAR软件开发平台 IAREmbeddedWorkbench 简称IAR或EW 的C C 交叉编译器和调试器是完整且容易使用的嵌入式应用开发工具 对不同的处理器提供不同的版本 例如IARFor51 ForARM ForAVR等 且提供一样的直观用户界面 21 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 本书使用的IAR是IARFor51版 其对硬件的配置如下 22 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 双击安装程序进行安装 23 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 进入安装界面 24 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 在线注册 25 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 安装 26 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 安装 27 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 安装 28 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 安装 29 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 安装 30 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 安装完成 31 1 2 1IAR软件开发平台 IAR安装 安装完成 32 1 2 2ZigbeeSniffer Zigbee嗅探器 程序名是ZigbeeSniffer exe 是用来分析Zigbee各层的帧结构程序 程序的运行需要配合 Zigbee嗅探器设备 才可运行 33 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件仿真器驱动软件USB转串口软件 34 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件 物理地址修改软件 安装程序名是Setup SmartRFProg 1 6 2 exe 是TI提供的 可用于读取或者修改芯片物理地址 35 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件安装 物理地址修改软件 安装程序名是Setup SmartRFProg 1 6 2 exe 36 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件安装 双击图标进入安装界面 37 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件安装 选择 Chang 可以选择安装路径 38 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件安装 选择完全安装 39 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件安装 安装过程 40 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件安装 选择创建快捷方式到桌面 41 1 2 3辅助软件 物理地址修改软件安装 安装完成 42 1 2 3辅助软件 仿真器驱动 仿真器驱动程序用于驱动Zigbee仿真器以便下载和调试IAREW程序 IAREW自带了CC2530的仿真器下载调试驱动程序 第一次使用仿真器时 操作系统会自动提示找到新硬件 43 1 2 3辅助软件 仿真器驱动 点击浏览选择驱动文件 44 1 2 3辅助软件 仿真器驱动 仿真器硬件驱动程序目录为C ProgramFiles IARSystems EmbeddedWorkbench5 3Evaluationversion 8051 drivers TexasInstruments 本例是将IAR安装在C盘 45 1 2 3辅助软件 仿真器驱动 选择驱动程序文件完成后 点击下一步 46 1 2 3辅助软件 仿真器驱动 安装完成 47 1 2 3辅助软件 USB转串口软件 USB转串口用于扩展PC机的串口 方便没有物理串口的机器使用串口 USB转串口的驱动软件安装和仿真器的驱动软件安装过程一样 第一次使用时操作系统会自动提示找到新硬件 48 1 2 3辅助软件 USB转串口软件 选择软件安装 本书中USB转串口软件安装位置在Zigbee CH1 1 G 3 中 49 1 2 3辅助软件 USB转串口软件 安装完成 50 1 3Zigbee硬件开发平台 Zigbee硬件设计开发平台选用AltiumDesigner软件 对设备进行原理图和PCB图的绘制 51 1 3Zigbee硬件开发平台 Zigbee硬件平台为Zigbee开发套件 52 1 3Zigbee硬件开发平台 Zigbee硬件平台连接 协调器 53 1 3Zigbee硬件开发平台 Zigbee硬件平台连接 路由器或终端节点 54 1 3Zigbee硬件开发平台 Zigbee硬件平台连接 嗅探器 55 小结 Zigbee是一种新兴的短距离 低速率无线网络技术 主要用于近距