作者： 吳線
一、從一張廣告照片談起
ZigBee是一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于近距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。它的字面意思為“嗡嗡（zig）的蜜蜂（bee）”，來(lái)源于蜜蜂用于傳遞信息的舞蹈，蜜蜂通過(guò)“嗡嗡”地抖動(dòng)翅膀飛翔出“八字舞”來(lái)與同伴傳遞花粉的方位信息，這樣的方式構(gòu)成了蜜蜂群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)的主要特色有低速、低功耗、低成本、支援大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、支援多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。它工作于2.4GHz( 全球)、868MHz( 歐洲) 及915MHz( 美國(guó))的ISM 頻段，其基礎(chǔ)是IEEE802.15.4，這是IEEE 無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)工作組的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作IEEE802.15.4(ZigBee) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
2001年8月ZigBee聯(lián)盟成立，主要負(fù)責(zé)制定相關(guān)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)定。2002年下半年，英國(guó)Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟ZigBee 聯(lián)盟，共同研發(fā)下一代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，這一事件成為該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的里程碑。目前已經(jīng)包括2004、2006及2007/Pro版本。
由于ZIGBEE技術(shù)的高速發(fā)展，引起了廣大電子愛(ài)好者和單片機(jī)愛(ài)好者的極大關(guān)注，都希望自己也能動(dòng)手熟悉這個(gè)新技術(shù)，但是，當(dāng)大家實(shí)際要準(zhǔn)備動(dòng)手的時(shí)候， 確感到好像是老虎啃天，無(wú)處下手，因?yàn)閆IGBEE技術(shù)相對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單無(wú)線網(wǎng)絡(luò)而言，太過(guò)于復(fù)雜和龐大，從基礎(chǔ)的無(wú)線知識(shí)，包括高頻天線，高頻調(diào)制技術(shù)，到無(wú)線和數(shù)字通訊原理，到個(gè)人區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4 , MAC 原理， 再到ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全 …… 如果將這些知識(shí)和理論變成書本，可能有厚厚幾尺高，初次入門者要很快實(shí)現(xiàn)這樣多的知識(shí)跨越，進(jìn)行DIY，幾乎是不可能完成的任務(wù)；
從哪里開始我們的DIYZIGBEE 歷程？我想到了在美國(guó)TI公司網(wǎng)頁(yè)上看到的一張廣告照片，見(jiàn)圖一所示：
圖1 TI 網(wǎng)頁(yè)上ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)處理器廣告照片
這張照片上，是一個(gè)充滿自信的小女孩，好像是上小學(xué)3年級(jí)那種好學(xué)生， 背景上的黑白上寫了一行粉筆字：CC2480+MCU=ZIGBEE , 我們知道，CC2480是TI公司推出的ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)處理器，將復(fù)雜的ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，處理成了簡(jiǎn)單的用戶接口命令，用戶只要使用任何簡(jiǎn)單的單片機(jī)（微控制器），就可以容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的控制；TI推出這個(gè)芯片的目的，就是希望ZIGBEE容易被使用，所以這個(gè)廣告照片，TI特別選擇一個(gè)小學(xué)生，來(lái)說(shuō)明其容易性；
這張照片，讓我們豁然開朗，因?yàn)槲覀冊(cè)谇懊嬉呀?jīng)介紹了DIYRF-2510和熟悉了CC2510 無(wú)線微控制器 (8051內(nèi)核無(wú)線單片機(jī))，所以，我們只要加上一個(gè)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)處理器，就可以繞開無(wú)線協(xié)議棧復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)入ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用。也就是說(shuō)，我們先將ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)處理器當(dāng)成一個(gè)“黑盒”，使用我們已經(jīng)熟悉的CC2510單片機(jī)（注意只使用單片機(jī)的功能），采用軟件來(lái)控制ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)處理器。來(lái)學(xué)習(xí)和體驗(yàn)ZIGBEE無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中那些最重要的技術(shù)特性，包括節(jié)點(diǎn)的類型，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，傳感器信號(hào)采集和無(wú)線傳輸，低功耗網(wǎng)絡(luò)等等，這樣，就可以用很短的時(shí)間來(lái)完成這漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)之旅；
二、快速實(shí)現(xiàn)升級(jí)，準(zhǔn)備好我們的ZIGBEE無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
在2009年第9期《無(wú)線電》雜志，我們使用的是無(wú)線龍科技公司生產(chǎn)的DIYRF-2510系統(tǒng)，我們需用購(gòu)買升級(jí)包裝：DIYRF-2480－C或者DIYRF-2480-L ；不同的升級(jí)包裝包括不同的網(wǎng)絡(luò)處理器模塊 ，分別采用TI CC2480或者無(wú)線龍科技LC2480 網(wǎng)絡(luò)處理器，但是軟件兼容，模塊插座也兼容，當(dāng)然，采用不同網(wǎng)絡(luò)處理器的升級(jí)套件價(jià)格也有很大差別， 和TI CC2480不同，深圳無(wú)線龍科技公司設(shè)計(jì)的LC2480網(wǎng)絡(luò)處理器采用了標(biāo)準(zhǔn) TI CC2430芯片，內(nèi)置了無(wú)線龍開發(fā)的兼容軟件，圖二是 無(wú)線龍 LC2480網(wǎng)絡(luò)處理器模塊原理示意圖
圖2 無(wú)線龍 LC2480網(wǎng)絡(luò)處理器模塊原理示意圖
我們將DIYRF-2510無(wú)線網(wǎng)關(guān)上的模塊，拔出放到安全的地方，然后插入DIYRF-2480升級(jí)套裝中的一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)處理器模塊，就方便的完成了無(wú)線網(wǎng)關(guān)的ZIGBEE升級(jí)，然后，我們?cè)僭贒IYRF-2510套件的無(wú)線節(jié)點(diǎn)底板上，分別插上剩下的兩個(gè)無(wú)線龍科技公司生產(chǎn)的2480無(wú)線網(wǎng)絡(luò)處理器模塊，就全部快速完成了DIYRF-2510向DIY2480的硬件升級(jí)，也就是完成了DIY ZIGBEE無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件準(zhǔn)備工作，DIYRF升級(jí)套件售價(jià)非常低廉，用戶只需要300元人民幣(全套系統(tǒng)DIYRF2510+ZIGBEE2480升級(jí)套裝，僅僅需要700元人民幣)，就可以在DIYRF-2510基礎(chǔ)上，升級(jí)為完整的ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)DIY平臺(tái)。通過(guò)www.WXLMCU.com , 可以非常容易在無(wú)線龍科技公司網(wǎng)上商城完成現(xiàn)貨購(gòu)買；
升級(jí)后的DIY-2480 ZIGBEE DIY系統(tǒng)如圖3所示
圖3 升級(jí)后的DIY-2480 ZIGBEE DIY系統(tǒng)
由于我們?cè)瓉?lái)的DIYRF-2510無(wú)線節(jié)點(diǎn)底板的CC2510無(wú)線單片機(jī)中，內(nèi)置的是簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)表演軟件代碼（HEX）.在我們實(shí)現(xiàn)對(duì)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)處理器控制的時(shí)候，我們需用使用新的代碼，所以，對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)板，我們必需從新下載代碼；
將節(jié)點(diǎn)板分別連接到網(wǎng)關(guān)板，如圖4連接，使用CC2510仿真器下載軟件到節(jié)點(diǎn)板CC2510中去：
圖4 連接到PC，下載ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)處理器控制表演軟件到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)板
完成兩個(gè)模塊下載ZIGBEE控制表演軟件后，我們可以裝上電池，將USB電纜連接到通訊口（不是仿真器），開始我們?cè)谠赯IGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)世界的翱翔…..
三、開始你第一個(gè)ZIGBEE實(shí)驗(yàn)
首先，將網(wǎng)關(guān)（注意檢查是否插上了2480網(wǎng)絡(luò)處理器模塊）連接到電腦的USB接口，另外兩個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)板插上2480網(wǎng)絡(luò)處理器模塊，（注意檢查是否下載了正確的ZIGBEE2480表演代碼），ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示;
圖5 DIYRF-2480基本 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
在開始我們的實(shí)驗(yàn)前，我們必需先了解一下ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一些基礎(chǔ)知識(shí)。
每個(gè)ZigBee 個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（Personal Area Network ，PAN），可以由數(shù)千個(gè)或者更多無(wú)線節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，都是由一個(gè)單片機(jī)加上無(wú)線收發(fā)器組成，我們將單片機(jī)和ZigBee無(wú)線收發(fā)器集成為一個(gè)單芯片的片上系統(tǒng)，也稱為ZigBee無(wú)線單片機(jī)，CC2430、CC2480、LC2480等都是這樣的無(wú)線單片機(jī)，在無(wú)線單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器里面，安裝了ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)軟件協(xié)議棧后，無(wú)線單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能。如圖6所示：
圖6 ZIGBEE協(xié)議棧
在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，有三種主要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，分別是星狀、樹狀和網(wǎng)狀，如圖7所示。
圖7 ZIGBEE拓?fù)?/P>
按照功能不同，將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為三種不同類型，包括協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)（Coordinator）、路由器節(jié)點(diǎn)(Router)和終 端節(jié)點(diǎn)(End Device) ，在圖8中，按不同顏色來(lái)示意這些不同類型的節(jié)點(diǎn)。
圖8 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/P>
在簡(jiǎn)單了解基礎(chǔ)概念后，我們可以開始ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)了，首先按照DIYRF-2480使用說(shuō)明書要求，一步一步安裝DIYRF計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，然后啟動(dòng)軟件，你可以看到圖9的歡迎畫面。
圖 9 DIY ZIGBEE 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)軟件歡迎畫面
將DIYRF-2480 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)使用USB電纜連接到PC，如圖10所示。點(diǎn)擊PC歡迎畫面上的“點(diǎn)擊進(jìn)入”，DIYRF PC
監(jiān)控軟件會(huì)出現(xiàn)，如圖11界面，完成網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置即可開始實(shí)驗(yàn)演示。
圖10 連接你的網(wǎng)關(guān)到PC(USB)
圖11 ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)配置
根據(jù)ZigBee技術(shù)規(guī)范，每個(gè)個(gè)人區(qū)域網(wǎng)必須有一個(gè)唯一的協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)時(shí)序管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)地圖、允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)組織、路由信息等，是一個(gè)全功能節(jié)點(diǎn)（FFD），任何時(shí)候都必需打開無(wú)線收發(fā)部分，在ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中有非常重要的作用。
當(dāng)你給DIYRF-2480 網(wǎng)關(guān)（協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)）加上電源的時(shí)候，模塊上的ZigBee無(wú)線單片機(jī)已經(jīng)完成了一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)格式化的啟動(dòng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程包括：建立一個(gè)獨(dú)立的ZigBee個(gè)人區(qū)域網(wǎng)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)一個(gè)唯一的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)號(hào)碼（PAN ID），選擇了一個(gè)可以使用的，在2.4GHz范圍內(nèi)的通信頻道，等待其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
然后，我們采用DIYRF-2480上的按鍵的第一位，分別設(shè)定“0”或者“1”來(lái)確定LC2480模塊工作在路由或者終端 節(jié)點(diǎn)，我們將無(wú)線節(jié)點(diǎn)板1設(shè)定為路由器節(jié)點(diǎn)，將無(wú)線節(jié)點(diǎn)板2設(shè)定為終端節(jié)點(diǎn)，安裝你的無(wú)線節(jié)點(diǎn)的電池，然后打開電池開關(guān)到ON，設(shè)定DIP開關(guān)在全部關(guān)閉——0XX，或者1XX ,你可以看見(jiàn)圖12所示的畫面。
圖12 ZIGBEE節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)
經(jīng)過(guò)幾秒鐘等待，你可以從DIYRF-2480 PC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件看到這里出現(xiàn)了兩個(gè)不同類型的節(jié)點(diǎn)。如圖13所示，紅色是網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)，黃色是路由節(jié)點(diǎn)。如果你選購(gòu)了更多的LC2480節(jié)點(diǎn)和無(wú)線底板和模塊，例如再加兩個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，你可以看到如圖13所示的圖像，有5個(gè)節(jié)點(diǎn)在這個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中間，藍(lán)色為終端節(jié)點(diǎn)。你可以簡(jiǎn)單關(guān)閉電源開關(guān)，節(jié)點(diǎn)會(huì)從屏幕上消失，然后打開電池開關(guān)，節(jié)點(diǎn)會(huì)重新加入網(wǎng)絡(luò)。
圖13 更多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和路由器
當(dāng)你改變底板的開關(guān)從X0X,到X1X， 會(huì)指定節(jié)點(diǎn)從路由傳輸數(shù)據(jù)，你可以在PC軟件屏幕上看到這個(gè)變化。從節(jié)點(diǎn)上，你可以看到相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)傳輸，包括溫度、光敏、RSSI（信號(hào)強(qiáng)度）等，體驗(yàn)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的神奇和強(qiáng)大。
四、自己動(dòng)手DIY通過(guò)軟件控制ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)
看了這些激動(dòng)人心的應(yīng)用，可能你會(huì)心情激動(dòng)，希望自己也來(lái)動(dòng)動(dòng)手，看看自己能不能通過(guò)改寫軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的控制，DIYRF-2480 為你提供了這樣的無(wú)限可能。
對(duì)于已經(jīng)熟悉8051系列單片機(jī)和C51語(yǔ)言的愛(ài)好者，可以直接上手下面的實(shí)驗(yàn)（對(duì)于還不熟悉單片機(jī)的愛(ài)好者，仍然可以使用系統(tǒng)，從頭開始學(xué)習(xí)8051單片機(jī)和C語(yǔ)言，但是你需要入門教材和實(shí)驗(yàn)，好在這些東西都可以很快在網(wǎng)絡(luò)上找到）。
對(duì)于已經(jīng)有單片機(jī)和C語(yǔ)言的，并且熟悉IAR調(diào)試編譯工具的愛(ài)好者，讓我們開始一個(gè)ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)軟件DIY之旅。
DIY目標(biāo)，使用兩個(gè)ZIGBEE 2480模塊無(wú)線節(jié)點(diǎn)，不需要PC機(jī)，用加速度傳感器做一個(gè)ZIGBEE防盜報(bào)警實(shí)驗(yàn)。
步驟是：
1、安裝IAR C51編譯軟件（需要自己到IAR網(wǎng)站下載評(píng)估版本）。
2、按如下示意圖十三連接仿真器到PC USB 口， 注意這次是不同USB接口。
圖14 連接仿真器到PC USB 口
3、根據(jù)需要將仿真器分別連接無(wú)線節(jié)點(diǎn)板，進(jìn)行下載和調(diào)試，首先進(jìn)行第一號(hào)節(jié)點(diǎn)，作為終端節(jié)點(diǎn)使用。
4、打開工程軟件，DIYRFZIGBEE.PRJ 如圖15�！�
圖15 IAR平臺(tái) DIYRF工程文件和和源代碼
5、你可以在C語(yǔ)言源代碼中，修改和定義你使用無(wú)線節(jié)點(diǎn)上加速度門限，然后繼續(xù)編譯，如果提示正確，說(shuō)明你成功完成編譯。
6、點(diǎn)擊下載（注意當(dāng)你點(diǎn)擊這個(gè)鍵，預(yù)先固化表演代碼，會(huì)完全丟失，如果你需要恢復(fù)，可以使用光盤中下載工具，下載HEX代碼，恢復(fù)表演代碼）。
7、退出下載。
8、按啟動(dòng)（RESET）開始運(yùn)行。
9、仿真電纜連接 2號(hào)節(jié)點(diǎn)，定義協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn) ，然后重復(fù)3－8步。
10．1號(hào) 節(jié)點(diǎn)內(nèi)置MMC7660加速度傳感器，你可以打開1號(hào)節(jié)點(diǎn)的電池開關(guān)，把節(jié)點(diǎn)固定在被監(jiān)視的設(shè)備上，如筆記本電腦或其他貴重設(shè)備，當(dāng)這個(gè)設(shè)備移動(dòng)超過(guò)門限時(shí)，2號(hào)節(jié)點(diǎn)（ZigBee協(xié)調(diào)器）的LED會(huì)指示報(bào)警。如果你在LED控制線外加驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，可以聽到響聲，知道設(shè)備被移動(dòng)，有丟失危險(xiǎn)。
11．這樣，就通過(guò)CC2510軟件代碼的修改，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CC2480和ZigBee網(wǎng)絡(luò)的直接控制。
從這里出發(fā)，你可以采用軟件DIY實(shí)現(xiàn)ZigBee的各種 高級(jí)功能，如使用DIYRF-2480的基本硬件進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)一ZigBee健康照顧系統(tǒng)，如圖16所示。
圖16 ZIGBEE 健康照顧系統(tǒng)
又如，可以繼續(xù)增加購(gòu)買無(wú)線節(jié)點(diǎn)板，自己建設(shè)更復(fù)雜的多節(jié)點(diǎn)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)工業(yè)儀表的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如圖17所示。
圖17 ZIGBEE 工業(yè)儀表系統(tǒng)
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