泓格ZigBee在监控系统中的应用

内容提要

近十年来，随着半导体技术和无线通信技术的不断发展，陆续出现了多种新的无线通信技术，正在慢慢改变人们生活方式和使用习惯，对于多数的无线网络来说，无线通信技术应用的目标旨在提高所传输数据的速率和传输距离，而在诸如工业控制、环境监测、商业监控、汽车电子、家庭数字控制网络等应用中，系统所传输的数据量小，传输速率低，系统所用的终端设备通常为采用电池供电的嵌入式设备，如无线传感器网络，因此，这些系统必须要求传输设备具有成本低、功耗小的特点，而ZigBee技术就是针对这种需求产生的，而且世界上各大公司和组织普遍看好ZibBee技术及其未来的应用潜力和价值，许多公司和生产商已经陆续地推出了ZigBee产品和开发系统，其发展速度之快，远远超出了人么的想象，特别是在监控系统中，无线传感器网络正在迅速发展中。

关键词

ZigBee 、IEEE802.15.4、监控系统、无线传感器

前言

随着工业现场控制和自动化技术的不断进步，无论是基于集散控制结构，还是基于现场总线技术的监控系统，其信号传输方式都为有线传输，即通过线缆把各类传感器和执行机构等连接起来，由于布线复杂，使得系统的可靠性和抗干扰性能有所降低，增加了后期维护的难度，而采用无线的方式可以有效地避免这些问题。

一、 ZigBee简介

ZigBee技术作为一种新兴的无线通信技术，与蓝牙和WIFI相比，具有距离短、复杂度低、功耗低、数据速率低、成本低和自组网等特点，适合于自动控制领域的传感器和执行机构等设备的联网，ZigBee是 一组基于IEEE802.15 .4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。协议栈基于开放互连标准OS工7层模型，由应用层、应用接口、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上的协议由ZigBee联盟负责制定，工EEE制定物理层和链路层标准〔2〕，其结构图如图1所示。

IEE E8 02 .15 .4在 物理层(PHY)定义了两个标准，分别是2. 4 GHz物理层和868 / 915 MHz物理层。各频段可使用的信道分别有16个、10个或1个，各自提供250kb/s,40kb/s和20kb/s的传输速率，物理层在各个频段皆采用直接序列扩频技术;工EEE802.15 .4的MAC子层协议对应于工SO模型中数据链路层中的MAC子层，采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，其功能包括设备间无线链路的建立、维护和断开、确认模式的帧传送与接收、信道接人与控制、帧校验与快速自动请求重发、预留时隙管理以及广播信息管理等。该层定义了广播帧、数据帧、确认帧和MAC命令帧等4种帧类型。网络层主要负责网络机制的建立与管理，实现自我组态与自我修复功能，实现节点加人或离开网络、接收或抛弃其它节点以及路由查找和传送数据等功能，支持多种路由算法和多种网络拓扑结构。应用接口层则是把不同的应用映射到ZigBee网络上，主要包括安全属性设置和多个业务数据流的汇聚等功能。

二、泓格ZigBee产品

泓格公司在ZigBee大概分成3类，足够满足客户ZigBee各种网络要求，如下表所示：

三、产品应用

图2 ZigBee在楼宇中的应用

图3 ZigBee中继器应用框图

图4 ZigBee中继器应用框图

图5 ZigBee网络应用框图

图6 ZigBee与I-7000模块应用框图

图7 ZigBee多站点I/O采集应用框图

图8 ZigBee无线传感器应用框图

五、结束语

以上介绍了ZigBee的几种典型应用，由于ZigBee技术具有低成本和低速率的特点，非常适合于近距离、小数量的实时监控和无线通信系统中。随着ZigBee技术协议标准的公布，该技术的应用范围将有很大的拓展，更多的实用性产品必将推向市场。