ZigBee技术发展了很多年,这项技术从实验室走向产业化的过程中,经历了很多
变迁,国际间的技术推广、技术本身透过厂商产品的不同设计,以及最终用户根据应用需求
对产品的特定需求,都在塑造着 ZigBee技术的实用化形式,可以说 ZigBee技术的发展,本
身就是国际组织、各个科研机构、政府部门、嵌入式系统设计厂商以及无数的客户共同参与
本文站在 ZigBee技术应用的第一线,关注 ZigBee无线通讯系统设计
中,用户最为关心的一些因素。之所以关注这些因素,一方面用户可以将本文看做应用 ZigBee
无线技术参考指南,另一方面又可以从中窥探到,用户需求对于 ZigBee这项技术发展,特别
是产品形式,起到的一个塑造力。2 应用中的问题
不少的客户,咨询同样的问题,将这些问题汇总起来,不难看出,设计一个2.4 GHz无线通
信系统,需要考虑以下几个方面。2.1 模块能传多远,能否满足我的设计需要 这是一个
不容易回答的问题,在标准流程的无线系统设计过程中,现场勘查与信道评估是项目开始之
前的准备工作,无线通信系统没有了信号线,空间成为了信道,我们知道不同材料的传播速
度不一样,复杂的空间物体布局,便像一个材质混杂的导线,不了解现场情况,你没办法说
从发射到接收之间信号衰减了多少,更无法评估无线信号传播距离。因此,信道评估应该在
前期做好勘查,并让设计人员参与其中,做好勘查记录。
ZigBee模块是否能达到要求,我们还需要知道一些关于无线信号传输的一些基本知识,主要
体现在以下三个方面。 (1)无线信号衰减曲线 ,信号在自由空间按照指数形式衰减,
离发射源最近的 1 m 内,通常会有 40 dB的信号衰减,1 m~10 m 又有 20 dB的衰减,也就
是说到达 10 m,即使空间中没有任何障碍物,输出功率也会由源的0 dBm(1 mW),下降到-60
dBm(1 μW),详细数据如表 1 所示。
除去自由空间,现场往往还有障碍物,不同材质的障碍物对于 2.4 GHz
链路预算为发送功率和接收灵敏度的绝对值之和,它在某种程度上,体
以 ZM2410模块为例,接收灵敏度-97 dB,发送功率
6 dBm(5 mW),6+|-97|=103,ZICM2410芯片的链路预算为 8+|-98|=106 dB,从芯片到模块,
损耗了 3 dB。 对于 ZM2410模块 103 dBm的链路预算,根据表 1 和表 2 的数据可知,在
1 m 之外,只剩下 63dB的链路预算,从而能估算出还可以穿透 3~6 堵钢筋混凝土墙。2.2 对
等网还是主从式网络 在 ZigBee应用当中,组网是一个需要仔细考量的问题,用户需要考
虑实际通信需求,一般来说,对等网也称 MESH网络,即任何节点都可以向其他节点发送数据,
每个节点都会帮助其他节点转发数据,应用简单,冗余性强,适合大多数应用。而对于实时
性要求严格,且对于路由有特殊需求的客户,则应当使用主从式网络,区分出主机和从机来,
由主机发起通信,从机只做应答,采用轮询的方式进行交互,这样的实时性是最好的。
于主从式网络与对等网络,可以参照现有的传媒模式来做个对比,主从式网络好比传统的传
媒,由电视台和报社派出记者,到现场采访,民众回答记者的问题,记者回到报社撰稿发布
信息。而 MESH对等网,则类似时下流行的微博,每个人都是一个微记者,参与对实事的感知
和信息采集发布,每个人也都作为一个转发者,路由传递信息。
优缺点,在选择的时候,不妨横向用传媒的例子去对比,或许对于系统结构会有更深的理解。
2.3 二次开发还是拿来主义 用户的应用千差万别,没有哪个模块能实现所有的需求,对
于功耗需求严格,且功能较为简单的应用,可以考虑在内嵌MCU的单射频芯片当中,嵌入自