ZigBee应用浅析

    随着物联网的火热应用,ZigBee技术也开始慢慢走进人们的视野,例如小米、海信的许多智能家庭产品就普遍采用了ZigBee技术进行信息传输。ZigBee是根据IEEE 802.15.4协议规定的一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的舞蹈来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

目前ZigBee技术在制造业的应用特点主要包括:近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。其主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种高性价比,低功耗的近距离无线组网通讯技术。

追根溯源

   在蓝牙技术的使用过程中,人们发现蓝牙技术尽管有许多优点,但仍存在许多缺陷。对工业自动化控制和工业遥测遥控领域而言,蓝牙技术存在太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等缺点。而随着工业自动化技术的不断发展,工业现场的网络连接对无线数据通信的需求越来越强烈,而且,对于工业现场,这种无线数据传输必须是高可靠的,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此,经过人们长期努力,ZigBee协议2003年正式问世。另外,ZigBee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite

特点比较

    1.低功耗。在低耗电待机模式下,25号干电池可支持1个节点工作624个月,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较, 蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

    2.低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10) ,降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051单片机的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且ZigBee免协议专利费,每块芯片的价格大约为2 美元。

  3.低速率。ZigBee工作在20250 kbps的较低速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)40kbps (915 MHz)20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。

  4.近距离。传输范围一般介于10100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到13 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。

  5.短时延。ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms ,节点连接进入网络只需30ms ,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要310sWiFi 需要3s

  6.高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254 个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。

  7.高安全。ZigBee提供了**安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码,以灵活多变确定其安全属性。

  8.免执照频段采用直接序列扩频在工业科学医疗( ISM) 频段,2. 4 GHz (全球) 915 MHz(美国) 868 MHz(欧洲)

Zigbee联盟

    ZigBee联盟是一个高速成长的非盈利业界组织,成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商以及最终使用厂商及用户。联盟制定了IEEE802.15.4,具有高可靠、高性价比、低功耗的网络应用策略。

  ZigBee联盟的主要目标是以通过加入无线网络功能,为消费者提供更人性化、更容易使用的电子产品。ZigBee技术能融入各类电子产品,应用范围横跨全球的民用、商用、公共事业以及工业等市场。联盟会员可以利用ZigBee这个标准化无线网络平台,设计出简单、可靠、便宜又节省电力的各种产品来。

  ZigBee联盟所锁定的焦点为制定网络、安全和应用软件层;提供不同产品的协调性及互通性测试规格;在世界各地推广ZigBee品牌并争取市场的关注;管理技术的发展。

实际应用

   经过不断发展,ZigBee凭借其优秀的性能,已经在生产制造的各个环节结出了丰盛的应用成果,主要包括:

    1.配合传感器和激励器对制造、控制过程、环境及其他区域进行工业监控;利用ZigBee的无线传输使传感器在检测到信号变化的第一时间反馈至中央控制系统,使监控过程更加迅速、高效。

    2.有源RFID应用;例如电子标签,它可用在库存中的产品运输、产品跟踪、物品存储以及财务管理,它能够跟踪产品信息以实现预防性维护和性能监控,例如检测产品的危险化学成分,及时的传输数据信息。

    3.基于互联网的设备之间的机器与机器通信(M2M );在生产机台的流程控制、高速旋转机器的检测和维护环节中,都可借助ZigBee网络实现远程控制。

    4.汽车工业应用;配合传感器网络报告汽车所有系统的状态,由于很多传感器只能内置在飞转的车轮或者发动机中,比如轮胎压力监测系统,这不仅要求采用无线技术,而且要求内置的无线通信装置使用的电池寿命长,最好超过或等于轮胎本身的寿命,同时还应该克服嘈杂的环境和金属结构对电磁波的屏蔽效应,而ZigBee的功能特性恰到好处的解决了上述问题。

    5.在门禁系统、安保系统中,利用ZigBee模块收集各种信息,传送到中央控制装置,或通过遥控达到远程控制之目的。

发表于: 2017-12-31 15:37 阅读(86) 评论(0) 收藏 好文推荐

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