作者： 吳線       

    一、從一張廣告照片談起

　　ZigBee是一種新興的無線網絡技術標準，主要用于近距離無線網絡連接。它的字面意思為“嗡嗡（zig）的蜜蜂（bee）”，來源于蜜蜂用于傳遞信息的舞蹈，蜜蜂通過“嗡嗡”地抖動翅膀飛翔出“八字舞”來與同伴傳遞花粉的方位信息，這樣的方式構成了蜜蜂群體中的通信網絡。該技術的主要特色有低速、低功耗、低成本、支援大量網絡節點、支援多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。它工作于2.4GHz( 全球)、868MHz( 歐洲) 及915MHz( 美國)的ISM 頻段，其基礎是IEEE802.15.4，這是IEEE 無線個人區域網工作組的一項標準，被稱作IEEE802.15.4(ZigBee) 技術標準。

　　2001年8月ZigBee聯盟成立，主要負責制定相關的無線網絡協定。2002年下半年，英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟ZigBee 聯盟，共同研發下一代無線通信標準，這一事件成為該項技術發展過程中的里程碑。目前已經包括2004、2006及2007/Pro版本。

　　由于ZIGBEE技術的高速發展，引起了廣大電子愛好者和單片機愛好者的極大關注，都希望自己也能動手熟悉這個新技術，但是，當大家實際要準備動手的時候， 確感到好像是老虎啃天，無處下手，因為ZIGBEE技術相對于一個簡單無線網絡而言，太過于復雜和龐大，從基礎的無線知識，包括高頻天線，高頻調制技術，到無線和數字通訊原理，到個人區域無線網絡的國際標準IEEE802.15.4 , MAC 原理， 再到ZIGBEE無線網絡技術規范，無線網絡拓撲，無線網絡路由，無線網絡安全 ……    如果將這些知識和理論變成書本，可能有厚厚幾尺高，初次入門者要很快實現這樣多的知識跨越，進行DIY，幾乎是不可能完成的任務；

　　從哪里開始我們的DIYZIGBEE 歷程？我想到了在美國TI公司網頁上看到的一張廣告照片，見圖一所示：  

圖1   TI 網頁上ZIGBEE 網絡處理器廣告照片

　　這張照片上，是一個充滿自信的小女孩，好像是上小學3年級那種好學生，  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網絡處理器，將復雜的ZIGBEE網絡協議棧，處理成了簡單的用戶接口命令，用戶只要使用任何簡單的單片機（微控制器），就可以容易的實現對ZIGBEE網絡的控制；TI推出這個芯片的目的，就是希望ZIGBEE容易被使用，所以這個廣告照片，TI特別選擇一個小學生，來說明其容易性；

　　這張照片，讓我們豁然開朗，因為我們在前面已經介紹了DIYRF-2510和熟悉了CC2510 無線微控制器 (8051內核無線單片機)，所以，我們只要加上一個ZIGBEE網絡處理器，就可以繞開無線協議棧復雜的內部結構，直接進入ZIGBEE無線網絡的實際使用。也就是說，我們先將ZIGBEE網絡處理器當成一個“黑盒”，使用我們已經熟悉的CC2510單片機（注意只使用單片機的功能），采用軟件來控制ZIGBEE無線網絡處理器。來學習和體驗ZIGBEE無線傳感器網絡中那些最重要的技術特性，包括節點的類型，網絡拓撲，網絡數據通訊，傳感器信號采集和無線傳輸，低功耗網絡等等，這樣，就可以用很短的時間來完成這漫長的學習之旅；  

　　二、快速實現升級，準備好我們的ZIGBEE無線傳感器網絡系統

　　在2009年第9期《無線電》雜志，我們使用的是無線龍科技公司生產的DIYRF-2510系統，我們需用購買升級包裝：DIYRF-2480－C或者DIYRF-2480-L ；不同的升級包裝包括不同的網絡處理器模塊 ，分別采用TI  CC2480或者無線龍科技LC2480 網絡處理器，但是軟件兼容，模塊插座也兼容，當然，采用不同網絡處理器的升級套件價格也有很大差別， 和TI CC2480不同，深圳無線龍科技公司設計的LC2480網絡處理器采用了標準 TI CC2430芯片，內置了無線龍開發的兼容軟件，圖二是  無線龍 LC2480網絡處理器模塊原理示意圖

　　圖2   無線龍 LC2480網絡處理器模塊原理示意圖

　　我們將DIYRF-2510無線網關上的模塊，拔出放到安全的地方，然后插入DIYRF-2480升級套裝中的一個無線網絡處理器模塊，就方便的完成了無線網關的ZIGBEE升級，然后，我們再在DIYRF-2510套件的無線節點底板上，分別插上剩下的兩個無線龍科技公司生產的2480無線網絡處理器模塊，就全部快速完成了DIYRF-2510向DIY2480的硬件升級，也就是完成了DIY ZIGBEE無線傳感器網絡的硬件準備工作，DIYRF升級套件售價非常低廉，用戶只需要300元人民幣(全套系統DIYRF2510+ZIGBEE2480升級套裝，僅僅需要700元人民幣)，就可以在DIYRF-2510基礎上，升級為完整的ZIGBEE無線網絡DIY平臺。通過www.WXLMCU.com , 可以非常容易在無線龍科技公司網上商城完成現貨購買；

　　升級后的DIY-2480 ZIGBEE DIY系統如圖3所示　

　　圖3   升級后的DIY-2480 ZIGBEE DIY系統

　　由于我們原來的DIYRF-2510無線節點底板的CC2510無線單片機中，內置的是簡單網絡表演軟件代碼（HEX）.在我們實現對ZIGBEE網絡處理器控制的時候，我們需用使用新的代碼，所以，對兩個節點板，我們必需從新下載代碼；

　　將節點板分別連接到網關板，如圖4連接，使用CC2510仿真器下載軟件到節點板CC2510中去： 

　　圖4   連接到PC，下載ZIGBEE網絡處理器控制表演軟件到兩個節點板

　　完成兩個模塊下載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），開始我們在在ZIGBEE無線網絡世界的翱翔…..

　　三、開始你第一個ZIGBEE實驗

　　首先，將網關（注意檢查是否插上了2480網絡處理器模塊）連接到電腦的USB接口，另外兩個無線節點板插上2480網絡處理器模塊，（注意檢查是否下載了正確的ZIGBEE2480表演代碼），ZIGBEE網絡系統結構如圖5所示; 

圖5   DIYRF-2480基本 ZIGBEE網絡結構

　　在開始我們的實驗前，我們必需先了解一下ZigBee網絡技術的一些基礎知識。

　　每個ZigBee 個人區域網（Personal Area Network ，PAN），可以由數千個或者更多無線節點組成。每個ZigBee網絡中的節點，都是由一個單片機加上無線收發器組成，我們將單片機和ZigBee無線收發器集成為一個單芯片的片上系統，也稱為ZigBee無線單片機，CC2430、CC2480、LC2480等都是這樣的無線單片機，在無線單片機內部的存儲器里面，安裝了ZigBee無線網絡軟件協議棧后，無線單片機就可以實現ZigBee無線網絡節點的功能。如圖6所示：　

圖6   ZIGBEE協議棧

　　在ZigBee網絡中，有三種主要的網絡拓撲，分別是星狀、樹狀和網狀，如圖7所示。

　　圖7   ZIGBEE拓撲

　　按照功能不同，將無線網絡節點分為三種不同類型，包括協調者節點（Coordinator）、路由器節點(Router)和終 端節點(End Device) ，在圖8中，按不同顏色來示意這些不同類型的節點。 

圖8   ZIGBEE網絡拓撲

　　在簡單了解基礎概念后，我們可以開始ZigBee網絡實驗了，首先按照DIYRF-2480使用說明書要求，一步一步安裝DIYRF計算機監控軟件，然后啟動軟件，你可以看到圖9的歡迎畫面。 

圖 9   DIY  ZIGBEE 無線網絡軟件歡迎畫面

　　將DIYRF-2480 網關節點使用USB電纜連接到PC，如圖10所示。點擊PC歡迎畫面上的“點擊進入”，DIYRF PC

　　監控軟件會出現，如圖11界面，完成網絡參數配置即可開始實驗演示。

圖10   連接你的網關到PC(USB)

圖11   ZIGBEE 網絡配置

　　根據ZigBee技術規范，每個個人區域網必須有一個唯一的協調者節點，該節點承擔網絡時序管理、網絡協調、存儲網絡地圖、允許其他設備加入網絡、網絡組織、路由信息等，是一個全功能節點（FFD），任何時候都必需打開無線收發部分，在ZigBee 網絡中有非常重要的作用。

　　當你給DIYRF-2480 網關（協調者節點）加上電源的時候，模塊上的ZigBee無線單片機已經完成了一個ZigBee網絡格式化的啟動過程，這個過程包括：建立一個獨立的ZigBee個人區域網，這個網絡一個唯一的個人區域網號碼（PAN ID），選擇了一個可以使用的，在2.4GHz范圍內的通信頻道，等待其他網絡設備加入這個網絡。

　　然后，我們采用DIYRF-2480上的按鍵的第一位，分別設定“0”或者“1”來確定LC2480模塊工作在路由或者終端 節點，我們將無線節點板1設定為路由器節點，將無線節點板2設定為終端節點，安裝你的無線節點的電池，然后打開電池開關到ON，設定DIP開關在全部關閉——0XX，或者1XX ,你可以看見圖12所示的畫面。

圖12   ZIGBEE節點加入網絡

　　經過幾秒鐘等待，你可以從DIYRF-2480 PC網絡監控軟件看到這里出現了兩個不同類型的節點。如圖13所示，紅色是網關 節點，黃色是路由節點。如果你選購了更多的LC2480節點和無線底板和模塊，例如再加兩個無線傳感器節點，你可以看到如圖13所示的圖像，有5個節點在這個ZigBee網絡中間，藍色為終端節點。你可以簡單關閉電源開關，節點會從屏幕上消失，然后打開電池開關，節點會重新加入網絡。

圖13   更多的網絡節點和路由器

　　當你改變底板的開關從X0X,到X1X， 會指定節點從路由傳輸數據，你可以在PC軟件屏幕上看到這個變化。從節點上，你可以看到相關傳感器數據傳輸，包括溫度、光敏、RSSI（信號強度）等，體驗ZigBee無線傳感器網絡的神奇和強大。 

　　四、自己動手DIY通過軟件控制ZIGBEE網絡

　　看了這些激動人心的應用，可能你會心情激動，希望自己也來動動手，看看自己能不能通過改寫軟件，實現對低功耗無線網絡的控制，DIYRF-2480 為你提供了這樣的無限可能。

　　對于已經熟悉8051系列單片機和C51語言的愛好者，可以直接上手下面的實驗（對于還不熟悉單片機的愛好者，仍然可以使用系統，從頭開始學習8051單片機和C語言，但是你需要入門教材和實驗，好在這些東西都可以很快在網絡上找到）。

　　對于已經有單片機和C語言的，并且熟悉IAR調試編譯工具的愛好者，讓我們開始一個ZIGBEE無線網絡軟件DIY之旅。

　　DIY目標，使用兩個ZIGBEE 2480模塊無線節點，不需要PC機，用加速度傳感器做一個ZIGBEE防盜報警實驗。

　　步驟是：

　　1、安裝IAR C51編譯軟件（需要自己到IAR網站下載評估版本）。

　　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、根據需要將仿真器分別連接無線節點板，進行下載和調試，首先進行第一號節點，作為終端節點使用。

　　4、打開工程軟件，DIYRFZIGBEE.PRJ 如圖15。　

　　圖15    IAR平臺  DIYRF工程文件和和源代碼

　　5、你可以在C語言源代碼中，修改和定義你使用無線節點上加速度門限，然后繼續編譯，如果提示正確，說明你成功完成編譯。

　　6、點擊下載（注意當你點擊這個鍵，預先固化表演代碼，會完全丟失，如果你需要恢復，可以使用光盤中下載工具，下載HEX代碼，恢復表演代碼）。

　　7、退出下載。

　　8、按啟動（RESET）開始運行。

　　9、仿真電纜連接  2號節點，定義協調者節點 ，然后重復3－8步。

　　10．1號 節點內置MMC7660加速度傳感器，你可以打開1號節點的電池開關，把節點固定在被監視的設備上，如筆記本電腦或其他貴重設備，當這個設備移動超過門限時，2號節點（ZigBee協調器）的LED會指示報警。如果你在LED控制線外加驅動蜂鳴器，可以聽到響聲，知道設備被移動，有丟失危險。

　　11．這樣，就通過CC2510軟件代碼的修改，實現了對CC2480和ZigBee網絡的直接控制。

　　從這里出發，你可以采用軟件DIY實現ZigBee的各種 高級功能，如使用DIYRF-2480的基本硬件進行擴展，設計一ZigBee健康照顧系統，如圖16所示。

　　圖16   ZIGBEE 健康照顧系統

　　又如，可以繼續增加購買無線節點板，自己建設更復雜的多節點ZigBee無線傳感器網絡，實現一個工業儀表的無線傳感器網絡，如圖17所示。

　　圖17   ZIGBEE 工業儀表系統

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