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ZigBee 无线通讯技术

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ZigBee 无线通讯技术. 交通物联网应用技术. 教学目的. 介绍 ZigBee 无线组网技术的基础知识,包扩 IAR 集成开发环境, ZigBee 硬件接口,协议栈移植与应用 掌握基于 ZigBee 无线网络的数据传输与应用,会使用常见的 ZigBee 开发工具与软件。. ZigBee 技术简介. ZigBee 技术概念 ZigBee 是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。 主要用于近距离无线连接。它依据 IEEE 802.15.4 标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。 - PowerPoint PPT Presentation

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ZigBeeZigBee 无线通讯技术 无线通讯技术

交通物联网应用技术交通物联网应用技术

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教学目的教学目的

介绍介绍 ZigBeeZigBee 无线组网技术的基无线组网技术的基础知识,包扩础知识,包扩 IARIAR 集成开发环境,集成开发环境,ZigBeeZigBee 硬件接口,协议栈移植硬件接口,协议栈移植与应用与应用

掌握基于掌握基于 ZigBeeZigBee 无线网络的数无线网络的数据传输与应用,会使用常见的据传输与应用,会使用常见的 ZiZigBeegBee 开发工具与软件。开发工具与软件。

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ZigBeeZigBee 技术简介 技术简介

ZigBeeZigBee 技术概念 技术概念 ZigBeeZigBee 是一种新兴的短距离、低复杂度、是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。络技术。

主要用于近距离无线连接。它依据主要用于近距离无线连接。它依据 IEEIEEE 802.15.4E 802.15.4 标准,在数千个微小的传感标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。器之间相互协调实现通信。

ZigBeeZigBee 无线网络主要是为工业现场自动无线网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立。因此它具备简化控制数据传输而建立。因此它具备简单、方便、稳定和低成本等特点。 单、方便、稳定和低成本等特点。

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ZigBeeZigBee 技术简介技术简介

ZigBeeZigBee 技术的工作频段与规范 技术的工作频段与规范 ZigBeeZigBee 可使用的频段有可使用的频段有 33 个,分个,分别是别是 2.4GHz2.4GHz 的的 ISMISM 频段、欧洲的频段、欧洲的868MHz868MHz 频段、以及美国的频段、以及美国的 915M915MHzHz 频段,而不同频段可使用的信频段,而不同频段可使用的信道分别是道分别是 1616 、、 11 、、 1010 个。 个。

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ZigBeeZigBee 技术简介技术简介 ZigBeeZigBee 技术特点技术特点

数据传输速率低:数据传输速率低: 10KB/10KB/ 秒秒 ~250KB /~250KB / 秒,专注秒,专注于低传输应用。于低传输应用。

功耗低:在低功耗待机模式下,两节普通功耗低:在低功耗待机模式下,两节普通 55 号电号电池可使用池可使用 6~246~24 个月个月

成本低:成本低: ZigBeeZigBee 数据传输速率低,协议简单,数据传输速率低,协议简单,所以大大降低了成本。所以大大降低了成本。

网络容量大:网络可容纳网络容量大:网络可容纳 65,00065,000 个设备。个设备。 时延短:通常时延都在时延短:通常时延都在 15ms~30ms15ms~30ms 。。 安全: 安全: ZigBeeZigBee 提供了数据完整性检查和鉴权功提供了数据完整性检查和鉴权功

能,采用能,采用 AES-128AES-128 加密算法。加密算法。 有效范围小:有效覆盖范围有效范围小:有效覆盖范围 10~7510~75 米,具体依据米,具体依据

实际发射功率大小和各种不同的应用模式而定。实际发射功率大小和各种不同的应用模式而定。 传输可靠:采用碰撞避免策略,同时为需要固定传输可靠:采用碰撞避免策略,同时为需要固定

带宽的业务预留专用时隙。 带宽的业务预留专用时隙。

Page 6: ZigBee 无线通讯技术

ZigBeeZigBee 硬件接口介绍 硬件接口介绍

常见的常见的 ZigBeeZigBee 硬件方案 硬件方案 MCUMCU 和和 RFRF 收发器分离的双芯片方案如:收发器分离的双芯片方案如: TI CC2420+MSP430 TI CC2420+MSP430 、、 FREESCLAE FREESCLAE MC13XX+GT60 MC13XX+GT60 、、 MICROCHIP MJ244MICROCHIP MJ2440+PIC MCU0+PIC MCU

集成集成 RFRF 和和 MCUMCU 的单芯片的单芯片 SOCSOC 方案 如:方案 如:TI CC2430/CC2431 TI CC2430/CC2431 、、 ST STM32W108ST STM32W108 、、FREESCALE MC1321X FREESCALE MC1321X 、、 EM250EM250 。。

ZigBeeZigBee 协处理器和协处理器和 MCUMCU 的双芯片方案的双芯片方案如: 如: JENNIC SOC+EEPROMJENNIC SOC+EEPROM 、、 EMBEMBER 260+MCU ER 260+MCU

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ZigBeeZigBee 硬件接口介绍硬件接口介绍 CC2530CC2530 处理器硬件接口 处理器硬件接口

微控制器微控制器 高性能和低功耗的增强型高性能和低功耗的增强型 80518051 微控制微控制

器内核;器内核; 32/64/128/256KB32/64/128/256KB 系统可编程闪存、系统可编程闪存、

支持硬件调试;支持硬件调试; 8KB RAM8KB RAM

外设接口外设接口 2121 个可配置通用个可配置通用 IOIO 引脚;引脚; 22 个同步串口;个同步串口; 11 个看门狗定时器;个看门狗定时器; 55 通道通道 DMADMA 传输;传输; 11 个个 IEEE802.15.4IEEE802.15.4 标准标准 MACMAC 定时器定时器

和和 33 个通用定时器;个通用定时器; 11 个个 32MHz32MHz 睡眠定时器;睡眠定时器; 11 数字接收信号强度指示数字接收信号强度指示 RSSI/LQIRSSI/LQI 支支

持;持; 88 通道通道 1212 位位 ADAD 模数转换器,可配分模数转换器,可配分

辨率,内置电压、温度传感器检测;辨率,内置电压、温度传感器检测; 11 个个 AESAES 安全加密协处理器;安全加密协处理器;

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ZigBeeZigBee 硬件接口介绍硬件接口介绍

STM32W ARMSTM32W ARM 处理器硬件接口 处理器硬件接口 STM32WSTM32W 是一款系统级(是一款系统级( SoCSoC)芯片,)芯片,整合最优异的整合最优异的 IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4 射频性能与射频性能与3232 位位 ARM Cortex-M3 ARM Cortex-M3 处理器。处理器。

STM32WSTM32W 系列的软件包括支持最新的系列的软件包括支持最新的 ZiZigBee PROgBee PRO 规范以及 规范以及 ZigBee RF4CE IEZigBee RF4CE IEEE 802.15.4 MACEE 802.15.4 MAC 的软件库以及的软件库以及 6LoWP6LoWPANAN 无线嵌入式互联网解决方案协议。无线嵌入式互联网解决方案协议。

处理器型号为处理器型号为 3232 位位 STM32W108STM32W108 ,丰富,丰富的存储资源:的存储资源: 128K128K 字节字节 FlashFlash ,, 8K8K 字字节节 RAMRAM 。 。

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ZigBeeZigBee 软件规范与软件规范与 IARIAR 集成集成开发环境 开发环境 常见的常见的 ZigBeeZigBee 软件规范及协议栈 软件规范及协议栈

freakzfreakz 协议栈和协议栈和 contikicontiki 操作系统操作系统 msstatePANmsstatePAN 协议栈协议栈 ((精简版精简版 ZigBeeZigBee 协协议栈议栈 ))

EmberZNetEmberZNet 协议栈协议栈 (ST)(ST) BeeStack(Freescale )BeeStack(Freescale ) SimpliciTISimpliciTI 协议栈协议栈 (TI)(TI) Z-StackZ-Stack 协议栈和协议栈和 OSALOSAL操作系统操作系统 (TI)(TI) TinyOSTinyOS操作系统操作系统

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ZigBeeZigBee 软件规范与软件规范与 IARIAR 集成集成开发环境开发环境 TI Z-StackTI Z-Stack 协议栈软件层次 协议栈软件层次

物理层:负责将数据通过发射天线发送出去及从物理层:负责将数据通过发射天线发送出去及从天线接收数据。天线接收数据。

介质访问控制层:提供点对点数据的确认及一些介质访问控制层:提供点对点数据的确认及一些用于网络发现和形成的命令。用于网络发现和形成的命令。

网络层:主要是对网型网络的支持,如在全网范网络层:主要是对网型网络的支持,如在全网范围内发送广播包,为单播数据包选择路由,确保围内发送广播包,为单播数据包选择路由,确保数据包能够可靠的从一个节点发送到另一个节点,数据包能够可靠的从一个节点发送到另一个节点,此外,网络层还具有安全特性,用户可以自行选此外,网络层还具有安全特性,用户可以自行选择所需要的安全策略。择所需要的安全策略。

应用程序支持子层应用程序支持子层 :: 提供一些提供一些 APIAPI函数供用户调函数供用户调用,此外,绑定表也是存储在应用程序支持子层。用,此外,绑定表也是存储在应用程序支持子层。

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ZigBeeZigBee 软件规范与软件规范与 IARIAR 集成集成开发环境开发环境 ST EmberZnetST EmberZnet 协议栈介绍 协议栈介绍

ZigBeeZigBee 协议分为两部分,协议分为两部分, IEEE80IEEE802.15.42.15.4 定义了物理层和定义了物理层和 MACMAC层技层技术规范,术规范, ZigBeeZigBee 联盟定义了网络联盟定义了网络层、安全层和应用层技术规范,层、安全层和应用层技术规范, ZiZigBeegBee 协议栈就是将各个层定义的协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起,以函数的形式协议都集合在一起,以函数的形式实现,并给用户提供一些应用层实现,并给用户提供一些应用层 AAPIPI ,供用户调用。,供用户调用。

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ZigBeeZigBee 软件规范与软件规范与 IARIAR 集成集成开发环境开发环境 IARIAR 集成开发环境的构建 集成开发环境的构建

设备类型设备类型开发板开发板预编译宏 预编译宏 硬件代码空间硬件代码空间工程编译工程编译工程下载工程下载

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Z-StackZ-Stack 协议栈开发 协议栈开发

OSALOSAL 系统初始化流程 系统初始化流程 整个整个 Z-StackZ-Stack 的主要工作流程,分的主要工作流程,分为系统启动,驱动初始化,为系统启动,驱动初始化, OSALOSAL初始化和启动,进入任务轮循几个初始化和启动,进入任务轮循几个阶段。阶段。

系统上电后,通过执行系统上电后,通过执行 ZmainZmain文件文件夹中夹中 ZMain.cZMain.c 的主函数开始系统初的主函数开始系统初始化。当顺利完成上述初始化时,始化。当顺利完成上述初始化时,执行执行 osal_start_system()osal_start_system() 函数开函数开始运行始运行 OSALOSAL 系统。 系统。

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Z-StackZ-Stack 协议栈开发协议栈开发

MTMT 层任务的应用 层任务的应用 MTMT 模块提供了协议栈与上位机软模块提供了协议栈与上位机软件交互的接口。件交互的接口。

它利用串口进行数据的物理传输,它利用串口进行数据的物理传输,并定义了串口数据包的格式,同时并定义了串口数据包的格式,同时定义了数据包的封装、解析与处理定义了数据包的封装、解析与处理方法。方法。

协议栈在接收到上位机串口数据包协议栈在接收到上位机串口数据包后,将由串口回调函数调用后,将由串口回调函数调用 MTMT层层任务进行处理。 任务进行处理。

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Z-StackZ-Stack 协议栈开发协议栈开发

SampleAppSampleApp 无线自组网解析 无线自组网解析 协议栈自带的协议栈自带的 ZigBeeZigBee 无线网络自无线网络自启动启动 (( 组网组网 ))样例,该实验实现的样例,该实验实现的功能主要是协调器自启动功能主要是协调器自启动 (( 组网组网 )) ,,节点设备自动入网,之后两者建立节点设备自动入网,之后两者建立无线通讯 无线通讯

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Z-StackZ-Stack 协议栈开发协议栈开发

添加用户自定义任务方法 添加用户自定义任务方法 Z-StackZ-Stack 协议栈以协议栈以 OSALOSAL贯穿始终,贯穿始终,用户要添加自己的应用,需要以任用户要添加自己的应用,需要以任务的方式实现。务的方式实现。

协议栈中已经将底层的任务模块协议栈中已经将底层的任务模块((必要任务必要任务 )) 完成,且留有应用层相完成,且留有应用层相应的接口。应的接口。

OSAL_XXX.cOSAL_XXX.c文件中定义了当前工文件中定义了当前工程的任务与程的任务与 OSALOSAL操作系统的函数操作系统的函数接口。接口。

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常见常见 ZigBeeZigBee 软件应用 软件应用

Z-ToolsZ-Tools 工具集使用 工具集使用 Z-Tool.exeZ-Tool.exe Z-Network.exeZ-Network.exe ZOAD.exeZOAD.exe

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常见常见 ZigBeeZigBee 软件应用软件应用

SmartRF04Programer FLASHSmartRF04Programer FLASH编程软件 编程软件 闪存编程软件闪存编程软件 ((修改修改 IEEEIEEE地址地址 )) ,,确保网络中确保网络中 ZigBeeZigBee 节点的节点的 64bits 64bits IEEEIEEE地址唯一。该软件的使用,地址唯一。该软件的使用,要确保要确保 IARIAR 工程为非调试下载模式。工程为非调试下载模式。

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ZigBeeZigBee 无线网络通讯实验 无线网络通讯实验

CC2530CC2530 硬件接口实验硬件接口实验 Z-StackZ-Stack 协议栈无线组网入门实验协议栈无线组网入门实验 基于基于 ZigBeeZigBee 无线网的温度采集传输无线网的温度采集传输

实验实验 上位机控制上位机控制 ZigBeeZigBee 网络通讯实验网络通讯实验 基于无线网络的数据透传实验基于无线网络的数据透传实验 ZigBee Sensor ZigBee Sensor 无线传感网演示实验无线传感网演示实验 物联网智能交通系统之智能车辆无线物联网智能交通系统之智能车辆无线

控制实训控制实训

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思考题 思考题

ZigBeeZigBee 技术有哪些特点?技术有哪些特点? 简述常见的简述常见的 ZigBeeZigBee 软硬件方案?软硬件方案? 结合结合 Z-StackZ-Stack 协议栈简述协议栈简述 ZigBeeZigBee 无无

线网的自启动过程?线网的自启动过程? ZigBeeZigBee 有哪几种设备类型?网络拓有哪几种设备类型?网络拓扑是怎么样的?扑是怎么样的?

ZigBeeZigBee 无线局域网如何与外网进行无线局域网如何与外网进行数据交换或通讯?数据交换或通讯?

如何基于如何基于 ZigBeeZigBee 无线网搭建传感器无线网搭建传感器数据采集系统?数据采集系统?

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思考题 思考题

物联网信息感知层技术如何分类?物联网信息感知层技术如何分类? 常见传感器的分类?常见传感器的分类? 什么是电阻式传感器的压阻效应什么是电阻式传感器的压阻效应与压阻系数?与压阻系数?

数字型温湿度传感器的补偿算法数字型温湿度传感器的补偿算法如何实现?如何实现?

智能传感器有哪些特点?智能传感器有哪些特点?