zigbee在工業控制中的應用--上海正偉

Zigbee的由來

　　    在藍牙技術的使用過程中，人們發現藍牙技術盡管有許多優點，但仍存在許多缺陷。對工業，家庭自動化控制和遙測遙控領域而言，藍牙技術顯得太復雜，功耗大，距離近，組網規模太小等，……而工業自動化對無線通信的需求越來越強烈。正因此，經過人們長期努力，Zigbee協議在2003年中通過后，于2004正式問世了。

Zigbee是什么

　　    Zigbee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，十分類似現有的移動通信的CDMA網或GSM網，每一個Zigbee網絡數傳模塊類似移動網絡的一個基站，在整個網絡范圍內，它們之間可以進行相互通信；每個網絡節點間的距離可以從標準的75米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個Zigbee網絡還可以與現有的其它的各種網絡連接。例如，你可以通過互聯網在北京監控云南某地的一個Zigbee控制網絡。

　　    不同的是，Zigbee網絡主要是為自動化控制數據傳輸而建立，而移動通信網主要是為語音通信而建立；每個移動基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個Zigbee“基站”卻要低的多的多;每個Zigbee 網絡節點不僅本身可以與監控對對象，例如傳感器連接直接進行數據采集和監控，它還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料; 除此之外，每一個Zigbee網絡節點（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點（RFD）無線連接。

　　每個Zigbee網絡節點（FFD和RFD）可以可支持多到31個的傳感器和受控設備，每一個傳感器和受控設備終可以有8種不同的接口方式。可以采集和傳輸數字量和模擬量。

Zigbee技術的應用領域

　　      Zigbee技術的目標就是針對工業，家庭自動化，遙測遙控，汽車自動化、農業自動化和醫療護理等,例如燈光自動化控制，傳感器的無線數據采集和監控，油田，電力，礦山和物流管理等應用領域。另外它還可以對局部區域內移動目標例如城市中的車輛進行定位。

　　通常，符合如下條件之一的應用，就可以考慮采用Zigbee技術做無線傳輸：

　　1．  需要數據采集或監控的網點多；
　　2．  要求傳輸的數據量不大，而要求設備成本低；
　　3．  要求數據傳輸可性高，安全性高；
　　4．  設備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；
　　5．  電池供電；
　　6．  地形復雜，監測點多，需要較大的網絡覆蓋；
　　7．  現有移動網絡的覆蓋盲區；
　　8．  使用現存移動網絡進行低數據量傳輸的遙測遙控系統。
　　9．  使用GPS效果差，或成本太高的局部區域移動目標的定位應用。

Zigbee 技術的特點

　　省電：兩節五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間

　　可靠：采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突；節點模塊之間具有自動動態組網的功能，信息在整個Zigbee網絡中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸的可靠性

　　時延短：針對時延敏感的應用做了優化，通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短

　　網絡容量大：可支持達65000個節點

　　安全：ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用通用的AES-128。高保密性：64位出廠編號和支持AES-128加密

Zigbee的發展前景

　　    Zigbee技術和RFID 技術在2004年就被列為當今世界發展zui快，市場前景zui廣闊的技術中的兩個。關于這方面的報道，你只需在百度，或GOOGLE搜索欄中鍵入“Zigbee”,你就會看到大量的有關報道。總之，今后若干年，都將是Zigbee技術飛速發展的時期。

　Zigbee技術在我國的應用情況

　　    盡管，國內不少人已經開始關注Zigbee這們新技術，而且也有不少單位開始涉足Zigbee技術的開發工作，然而，由于Zigbee 本身是一種新的系統集成技術，應用軟件的開發必須和網絡傳輸，射頻技術和底層軟硬件控制技術結合在一起。因而深入理解這個來自國外的新技術，再組織一個在這幾個方面都有豐富經驗的配套的隊伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前為止，國內目前除了上海數傳，真正將Zigbee技術開發成產品，并成功地用于解決幾個領域的實際生產問題而外，尚未見到其它報道。

　Zigbee 和現有移動網（GPRS，CDMA-1X）的比較

　　1．  無網絡使用費：使用移動網需要長期支付網絡使用費，而且是按節點終端的數量計算的，而Zigbee沒有這筆費用；
　　2． 設備投入低：使用移動網需要購買移動終端設備，每個終端的價格很高，而使用Zigbee 網絡，不僅Zigbee網絡節點模塊（相當于基站）費用每只人民幣較低，而且，主要使用的網絡子節點（相當于手機）的價格還要低得多；
　　3． 通信更可靠：由于現有移動網主要是為手機通信而設計的，盡管CDMA-1X和GPRS可以進行數據通信，但實踐發現，不僅通信數率比設計速率低很多，而且數據通信的可靠信也存在一定的問題。而Zigbee網絡則是專門為控制數據的傳輸而設計的,因而控制數據的傳輸具有相當的保證。
　　4． 高度的靈活性和低成本：首先，通過使用覆蓋距離不同,功能不同的Zigbee網絡節點，以及其它非Zigbee系統的低成本的無線收發模塊，建立起一個Zigbee局部自動化控制網，（這個網絡可以是星型，樹狀，網狀及其共同組成的復合網結構）再通過互聯網或移動網與遠端的計算機相連，從而實現低成本，率的工業自動化遙測遙控；
　　5．比起現有的移動網來，盡管Zigbee僅僅只是一個局域網，覆蓋區域有限，但它卻可以與現有的移動網，互聯網和其它通信網絡相連接，將許多Zigbee局域網相互連成為一個整體。有效的解決移動網的盲區覆蓋問題：我們知道，現有移動網絡在許多地方存在盲區，特別是鐵路，公路，油田，礦山等野外，更是如此。而增加一個移動基站或直放站的費用是相當可觀的，此時使用Zigbee網絡進行盲區覆蓋不僅經濟有效，而且往往是現在*可行手段。

Zigbee與現有數傳電臺的比較

　　1． 可靠性高：由于Zigbee模塊的集成度遠比一般數傳電臺高，分離元器件少，因而可靠性更高；
　　2．  使用方便安全：因為集成度高，比起一般數傳電臺來，Zigbee收法模塊體積可以做得很小，而且功耗低，例如上海數傳信息科技有限公司遠距離傳輸模塊（2-5公里），zui大發射電流比一個CDMA手機還要小許多，因而很容易集成或直接安放在到設備之中，不僅使用方便，而且在戶外使用時，不容易受到破壞；
　　3．  抗干擾力強，保密性好，誤碼率低：Zigbee收發模塊使用的是2.4G 直序擴頻技術，比起一般FSK, ASK和跳頻的數傳電臺來，具有更好的抗*力，和更遠的傳輸距離；參閱我們中有關CDMA直序擴頻技術的*性討論，和Cypress公司有關實驗報道。
　　4．  免費頻段：Zigbee使用的是免費頻段，而許多數傳電臺所使用的頻段不僅需要申請，而且每年都需要向國家無委會交納相當的頻率使用費。
　　5． 價格低： Zigbee數傳模塊的價格只有具有類似功能的數傳電臺的幾分之一；（2.4G,250kps,3-5公里距離）