嵌入式通信协议----Zigbee

news2024/11/22 16:41:34

一、简介

1.概念

Zigbee 是一种广泛用于连接物联网（IoT）设备的无线通信协议。它基于 IEEE 802.15.4 标准，使用低功耗数字无线电来创建个人区域网络（PAN）。Zigbee 网络的特点是数据速率低、功耗低、覆盖范围短，非常适合家庭自动化、智能照明和工业控制系统等应用。Zigbee 支持网状网络，使设备能够通过中继节点传输数据，从而增加了网络的可靠性和覆盖范围。

2.特点

低功耗：Zigbee设备非常节能，适合电池供电的设备，可以使用多年而无需更换电池。
低数据速率：适用于传输小数据包的应用，如传感器数据和控制命令，数据速率通常在20kbps到250kbps之间。
短距离通信：典型的通信范围在10到100米之间，适合家庭或小型办公环境。
网状网络：支持Mesh网络拓扑结构，设备可以通过中继其他设备的数据，从而扩展网络覆盖范围和增强可靠性。
高安全性：采用128位AES加密，确保数据传输的安全性和隐私性。
自组网功能：设备可以自动加入网络并配置，大大简化了网络的部署和扩展。
低成本：硬件和实现成本较低，适合大规模部署。
互操作性：Zigbee联盟制定了统一的标准，确保不同厂商的设备能够互操作。
多种工作频段：主要工作在2.4GHz频段，也支持868MHz（欧洲）和915MHz（北美）频段，适应不同地区的频谱要求。

3.优缺点

优点：

①低功耗

②覆盖范围广

③安全性高

④灵活性和可拓展性

⑤低成本

缺点：

①底数据速率

②短距离通信

③干扰问题

④网络管理复杂

⑤延迟高

⑥兼容性差

4.应用

①家庭自动化

②工业自动化

③能源管理

④智能楼宇

⑤智慧物流

5.重要概念

①通信频道（Channel）：ZigBee 可选 16 个物理通道，即 CH11~CH26。

②局域网 ID（PanID）：用于判断自身所属的网络的标识。可互相通信的节点，PanID 必须像相同，且必须保证在同一工作区域内的相邻网络的 PanID 不同。

③物理地址（MAC）：模块的 MAC 地址，为 64 位，也叫 IEEE 地址，不可修改的全球唯一标识。

④本地网络地址（16 位网络地址）：用于区分网络中各个节点的节点短地址，在同一 PanID 下，本地网络地址必须是唯一的，引入短地址的目的是为了提高 ZigBee 的通信效率。

⑤目标网络地址（16 位网络地址）：当前的通信目标地址（仅在单播时有用）。

⑥发送模式：单播模式就是单个发送者和单个接收者之间的通信；广播模式就是一个发送者和多个接收者之间的通信。

二、Zigbee模块

使用E180-Z5812SX是成都亿佰特基于TELINKTLSR8258无线SOC设计生产的一款小体积、低功耗、高可靠性、工作在2.4GHz 频段的ZIGBEE 模块,芯片自带高达48Mhz的32位高性能MCU发射功率最高可达到12dBm其最低周期休眠电流2uA。GPIO控制:本地/远程的 GPIO 电平控制，2个IO口可选择。其参数如下图所示

标准 ZigBee 网络协议包括协调器。路由器和终端节点，而建立一个 ZigBee 网络除了必须要有协调器之外，仅需加上路由器或终端节点即可。

在启动标准 ZigBee Pro 网路通信前，如果没有建立存储跳转路径的路由表，则节点无法通信，所以必须通过发送网络报文查找节点建立路由表。当节点之间没有数据传输时，同样需要定时地发送网络报文检查节点是否异常。由此可见，ZigBeePro 不仅启动速度慢，而且定时发送网络报文占用大量的带宽。采用的 ZigBee 模块在 ZigBee 协议栈的基础上开发了 FastZigBee 透传对等网络协议，其混合网络也和标准 ZigBee 网络一致。其网络拓扑如图所示。

FastZigBee 节点类型： FastZigBee 设备分为终端设备（Target）和路由设备（Router），且网络可通过 ZigBee 网关（ZigBee 转 Wi-Fi）接入互联网。（与标准 ZigBee 协议相比少了协调器）。

三、配置方法

1.恢复出厂配置的方法

在使用 ZigBee 前，先将其恢复出厂状态，通信器模块连接电源后，正常工作时 D201 灯（蓝色）闪烁（500ms 周期）。先按下 Z_DEF 按钮不松开的情况下，按下 Z_RST 按钮，（此时 D201（蓝色）熄灭），先松开 Z_RST，此时 D201（蓝色）快速闪烁一下，再以 500ms 周期闪烁，最后松开 Z_DEF 按钮，即完成恢复出厂设置。如下图