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：

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。

在2009年第9期《無線電》雜志，我們使用的是無線龍通訊公司生產的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或者無線龍通訊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，成都無線龍通訊公司設計的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通訊公司生產的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.C51RF.com , 可以非常容易在無 線龍通訊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5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…..

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6所示。

圖6 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7所示：

圖7 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8所示。

圖8 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9中，按不同顏色來示意這些不同類型的節點。

圖9網絡 ZigBee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10的歡迎畫面。

將DIYRF-2480 網關節點使用USB電纜連接到PC，如圖11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12界面，完成網絡參數配置即 可開始實驗演示。

圖11 連接你的網關到PC(USB)

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（PANID），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13所示的畫面。

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14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14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14 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15 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16。

圖16 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17所示。

圖17 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18所示。

圖18 ZIGBEE 工業儀表系統