ZigBee是短距離通信的一種新興雙向無線通信技術(shù)。它具有近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的優(yōu)點，使用2.4GHz波段。由于采用較低的數(shù)據(jù)傳輸速率、較低的工作頻段，ZigBee模塊在未投入使用的情況定義為低功耗的休眠狀態(tài)，模塊的整體功耗非常低，因此ZigBee技術(shù)適合于數(shù)據(jù)流量較小的情況。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，如GSM、3G、藍牙等無線通信技術(shù)，ZigBee更簡單、功率及費用也更低，能夠更好地適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，更好地滿足小型廉價設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制，支持游戲、消費電子、儀器和家庭自動化應(yīng)用。

?ZigBee無線串口集線器的工作原理?主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分包括電路板、ARM微處理器、存儲器、串行接口、并行接口、網(wǎng)口和ZigBee無線通信模塊等，這些組件共同構(gòu)成了系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，提供了軟件的運行平臺和通信接口?1。軟件部分則包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序，用于控制系統(tǒng)的運行，并對各種事件進行響應(yīng)?1。

硬件組成

?電路板?：提供硬件支撐。

?ARM微處理器?：處理數(shù)據(jù)和控制指令。

?存儲器?：存儲數(shù)據(jù)和程序。

?串行接口?：用于串口通信。

?并行接口?：用于并行通信。

?網(wǎng)口?：網(wǎng)絡(luò)通信接口。

?ZigBee無線通信模塊?：實現(xiàn)無線通信功能?1。

軟件部分

?操作系統(tǒng)軟件?：管理硬件資源，提供系統(tǒng)服務(wù)。

?應(yīng)用程序?：實現(xiàn)具體功能，如無線通信和控制指令的發(fā)送與接收?1。

工作流程

?節(jié)點入網(wǎng)?：ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在三種角色：協(xié)調(diào)器、路由和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器負責建立網(wǎng)絡(luò)，路由器負責路由，終端設(shè)備負責收發(fā)數(shù)據(jù)。節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，會自動廣播其網(wǎng)絡(luò)地址和名字，其他節(jié)點接收到這些信息后存儲起來，以便后續(xù)通信?2。

?數(shù)據(jù)發(fā)送?：當節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，需要指明數(shù)據(jù)的發(fā)送目的地。數(shù)據(jù)格式為“目的節(jié)點名字;數(shù)據(jù)內(nèi)容”，例如“01 ZigBee”表示向節(jié)點01發(fā)送數(shù)據(jù)“ZigBee”?2。Zigbee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離和低速率下的無線通信技術(shù)，Zigbee過去又稱為“HomeRF Lite”和“FireFly”技術(shù), 統(tǒng)一稱為Zigbee技術(shù)。 主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

Zigbee這個名字的靈感來源于蜂群的交流方式：蜜蜂通過Z字形飛行來通知發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息。Zigbee聯(lián)盟便以此作為這個新一代無線通信技術(shù)的名稱。 蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。在此之前ZigBee也被稱為“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”無線電技術(shù)，統(tǒng)稱為ZigBee。

ZigBee技術(shù)簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。

?ZigBee無線串口集線器的工作原理?主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分包括電路板、ARM微處理器、存儲器、串行接口、并行接口、網(wǎng)口和ZigBee無線通信模塊等。這些硬件組件提供了軟件的運行平臺和通信接口。軟件部分則包括操作系統(tǒng)軟件(OS)和應(yīng)用程序，用于控制系統(tǒng)的運行，并對各種事件進行響應(yīng)?1。

工作流程

?數(shù)據(jù)傳輸?：通過ZigBee無線通信模塊，ARM微處理器可以實現(xiàn)與各種電器、偵測/監(jiān)控設(shè)備的無線通信。接收到的數(shù)據(jù)通過串行接口傳輸，而發(fā)送數(shù)據(jù)則通過串行接口輸入到ZigBee模塊?1。

?網(wǎng)絡(luò)連接?：集線器通過以太網(wǎng)與遠端計算機連接，形成一個無線網(wǎng)絡(luò)。在這個網(wǎng)絡(luò)中，集線器發(fā)揮集線器的功能，實現(xiàn)對各種設(shè)備的監(jiān)督、管理和遠程控制?。

技術(shù)特點和應(yīng)用場景

ZigBee技術(shù)的特點包括：

?低功耗?：ZigBee設(shè)備在休眠模式下可以大大節(jié)省電力，適合長時間運行的設(shè)備?。

?低成本?：ZigBee模塊的初始成本較低，且沒有專利費，適合大規(guī)模部署?。

?高可靠性?：ZigBee采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個設(shè)備都可以與其他設(shè)備直接通信，具有高度的靈活性和穩(wěn)定性?4。

?大網(wǎng)絡(luò)容量?：一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納多個設(shè)備，適合復雜的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用?3。

?短時延?：ZigBee的通信時延非常短，適合對時延要求苛刻的應(yīng)用?3。

這些特點使得ZigBee無線串口集線器在智能家居、工業(yè)自動化等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)控和控制，提高系統(tǒng)的可靠性和效率?。

(一)Zigbee 模塊概述

Zigbee 模塊是用于實現(xiàn) Zigbee 無線通信的硬件組件，用于物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和自動化系統(tǒng)。其工作頻段通常為2.4GHz，擁有良好的穿透能力和抗干擾能力。Zigbee模塊通過無線信號在設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸，支持多對多的通信方式，實現(xiàn)了設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

主要特點

低功耗：為長時間運行的設(shè)備設(shè)計，適用于電池供電的應(yīng)用。

易于集成：通常提供標準接口(如 UART、SPI、I2C)以簡化與其他系統(tǒng)的集成。

小型化：模塊化設(shè)計，體積小，適用于空間受限的應(yīng)用場景。

無線通信：數(shù)據(jù)傳輸通過 2.4 GHz ISM 頻段進行，能夠短距離通信。

內(nèi)置協(xié)議棧：預(yù)裝 Zigbee 協(xié)議棧，支持復雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)處理功能。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Zigbee網(wǎng)絡(luò)由三種類型的設(shè)備組成：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點，負責網(wǎng)絡(luò)的建立和管理;路由器作為中間節(jié)點，負責數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā);終端設(shè)備則是網(wǎng)絡(luò)中的最終節(jié)點，主要用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。通過這種分層結(jié)構(gòu)，Zigbee能夠有效地管理網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

(二)Zigbee模塊的配置步驟

配置Zigbee模塊以實現(xiàn)通信的步驟相對簡單，通常包括以下幾個主要環(huán)節(jié)：

硬件連接

建立Zigbee模塊與主控設(shè)備(如單片機或PLC)之間的物理連接。通常，Zigbee模塊通過串口(UART)與主控設(shè)備連接，確保電源和信號線連接正確。

軟件配置

選擇Zigbee模塊：根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的Zigbee模塊，考慮因素包括通信距離、功耗和數(shù)據(jù)傳輸速率等。

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：通過串口助手或?qū)Ｓ密浖渲肸igbee模塊的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)ID、設(shè)備地址和信道等。

建立網(wǎng)絡(luò)：選擇一個設(shè)備作為協(xié)調(diào)器，其他設(shè)備作為終端節(jié)點，進行網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和管理。

測試連接：連接測試，成功通信。

數(shù)據(jù)傳輸

在完成網(wǎng)絡(luò)配置后，開始實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。用戶可以通過Zigbee模塊提供的API函數(shù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要指定目標設(shè)備的地址和數(shù)據(jù)內(nèi)容;在接收數(shù)據(jù)時，可以使用回調(diào)函數(shù)處理接收到的數(shù)據(jù)。

(三)Zigbee 網(wǎng)絡(luò)自我修復和可擴展性

Zigbee 網(wǎng)絡(luò)支持自動重組和多跳傳輸，增強了網(wǎng)絡(luò)的自愈能力和可靠性。通過添加更多路由器，可以擴大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

(四)Zigbee 應(yīng)用場景

Zigbee 網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于智能家居、工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療保健領(lǐng)域。

Zigbee 模塊和 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)為低功耗、可靠的無線通信提供了強大的支持。通過建立合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、靈活的數(shù)據(jù)傳輸方式和有效的安全機制，Zigbee能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的高效通信。