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第一章 Zigbee简介
一、Zigbee的由来
在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，……而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。
二、Zigbee是什么
Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。
不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站”却非常低廉;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对象，例如传感器、人员连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料; 除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。
每个Zigbee网络节点（FFD和RFD）可以可支持多到31个的传感器和受控设备，每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。
三、Zigbee技术的应用领域
Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化、人员考勤定位和医疗护理等,例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。
通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：
1． 需要数据采集或监控的网点多；
2． 要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；
3． 要求数据传输可性高，安全性高；
4． 设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；
5． 电池供电；
6． 地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；
7． 现有移动网络的覆盖盲区；
8． 使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。
9． 使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。
四、Zigbee 技术的特点
省电：使用电池供电支持长达6个月到5年左右的使用时间（根据发射功率和频率）
可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性
时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短
网络容量大：可支持达65000个节点
安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128。高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密
数传zigbee产品与其他产品区别
我们这里还想要说明的是，目前市场上微功率单芯片收发机有许多种，它们的的通信方式也各有不同，因而工作的可靠性和抗干扰能力也有很大的差别，特别是在一般干扰很强的工业现场环境，无线通信设备的抗干扰特性非常重要，它是一个无线收发设备能否在现场工作，和它是否能在现场可靠地工作的决定因素。现在市场上有一种SuperRFID,它们就是由一种微功率收发机单芯片做成的，但它并没有使用抗干扰能力强的直序扩频（DSSS）方式，因而，在使用时特别要注意避免环境干扰。不仅如此，由于SuperRFID通信方式要求较高的信噪比，因此，在接收灵敏度相同的条件下，它的传输距离要短得多，更不用说现有一般的SuperRFID的接收灵敏度只有-90dBm。为了增加读写距离，SuperRFID也只能在读写器上下功夫，加强天线的方向性以提高天线增益，同时提高发射功率和读写器的接收灵敏度。这也就增加了读写器的成本。
我们的读写系统使用的微功率单芯片收发机，使用的是抗干扰能力强，保密性好，工作可靠的直序扩频的通信方式，我们不仅可以向你提供价格便宜的读写器，而且体积也非常小（可以做到火柴盒大小，还包括天线）此外，我们还可以向你提供相关的技术支持，使你可以很快开发出使用这种技术的应用集成系统。
由于现有抄表无线终端一般都使用窄带通信技术，很容易受到外界的干扰，特别是当传输范围增大以后，而且，由于温度变化，晶振自身老化造成的晶振工作频率的偏差，以及可能存在的多径效应，多普勒效应等，都将使系统工作的可靠性和稳定性受到很大的影响，特别是在那些干扰较大的工业现场，以及无线电信号高密度的应用场合。
Zigbee变电站应用简介
上海数传信息科技有限公司长距离、低复杂度、低功耗、低成本的zigbee无线通信系统适合于承载数据流量较小的业务和各种自动控制、监测、跟踪及远传控制领域数据采集的首选。
Zigbee 技术服务于变电站数据采集所产生的意义：
目前在电力系统变电站一级的部门分布着众多的小型系统,这些系统相互独立,分别采集管理不同设备的数据,因此带来数据采集管理和数据利用方面的困难。普通型传感器必须用电缆与中央指挥系统相连接，造价高，且不便操作。为了有效解决变电站数据采集的问题,上海数传信息科技有限公司采用ZIGBEE 智能无线网络的远传数据采集传输系统有效克服了上述缺点。
Zigbee无线数据采集传输系统采集稳定、可靠、方便、实用。安装费用低廉，维护简单，无优升级，不需要租用公网，也无须巨额运行费用。这是现代数据采集远传系统的最优解决方案！
系统包括三个部分：数据采集发送模块，中心收发模块和与协调模块，数据采集发送模块和中心收发模块都是由高度集成的微功率单芯片无线收发机和单片机制成，它们的体积都非常小，单芯片收发机还可有一个全世界独一无二的厂家编号（烧录在芯片中），这个单芯片收发机还具有接收信号强度指示功能（RSSI）。新系统的智能卡和读写器，使用的是无需申请的2.4G ISM免费频段，而且都满足国家对2.4G频道无线产品的相关规定。
Zigbee变电站应用说明
一、系统结构
1、系统整体网络结构：
变电站整体组网结构
为每个需要数据采集设备的无线数据采集发送模块（SC8836A或SC8836b），当采集模块接收设备数据信息，即发送至就近骨干收发模块。
为骨干收发模块（SC8836B）组建整个变电站zigbee骨干网络，可按在变电站的高处，与需要采集的设备相对。每一个采集点负责采集几十到几百个设备数据的数据，具体采集数量的多少，取决于变电站建筑环境和具体情况。上图为虚拟设计图，在实际应用中，根据现场环境部署增减骨干采集收发模块数量。骨干模块在变电站以无线（也可采用有线连接）方式自组成社区骨干网络
2、变电站内部数据采集：
系统组网结构图
数传公司的终端数据采集模块,用来采集变电站内部设备数据
中心协调模块,用来接收变电站内部终端模块采集的数据并负责将数据传输到变电站的Zigbee无线骨干网
中心模块组建整个变电站zigbee骨干网络
变电站内部由于信号遮挡和屏蔽比较严重,应在靠近窗户的较高位置安放数传公司的定位协调器,通过协调器将室内的数据采集出来传输给外部的中心骨干模块,由于玻璃对数传公司的电传信号影响很小 即使是在有防爆膜的玻璃也是可以完成数据的传输.
3、系统设备无线通讯距离对照表：
三、 系统硬件设备介绍
1、zigbee无线采集发送模块A（SC8836A）
频率：2.4 GHz–2.488 GHz 免费频段,83个信道， 32/64位 PN 码
接收灵敏度：-97dBm
输出功率：可达 +4dBm
控制单片机配置： Atmega88
自身通信距离： 150/ 250米（仅指 SC8836A 与 SC8836A 模块之间，使用微带（PCB）天线/内置天线时的通信距离，SC8836与其它模块的通信距离可以远得多，例如SC8836A(作为接收端)与SC8836b （作为发射端，使用5-10厘米小天线）其通信距离则可达1500米，参见本公司产品说明）可提供SMA外接天线接口（选项）
传输速率： 250 kbits/sec，125kbs, 38.4 kps, 19.2kps,…….1.2kps 可设置
直序扩频： DSSS通信方式，抗干扰力强，保密性高;
高集成度，只有很少分离元器件，可靠性高，低成本
提供TTL电平接口（3 – 15）；（RS232/RS485接口为选项）
12-MHz 输入时钟运行
休眠电流 接收 & 接收 => 发射)
模块尺寸：40 X 17 mm x 5 mm (可根据用户需要尺寸进行设计)
典型应用：门禁系统，定位系统，不停车收费系统，遥控玩具，无线身份识别卡等；
发射功率，频道信道，模块编号可通过有线或无线的方式，可由用户自己设置。
zigbee无线采集发送模块b（SC8836b）
频率：2.4 GHz–2.488 GHz 免费频段,83个信道,， 32/64位 PN 码
接收灵敏度：-95 dBm
输出功率：可达 18dBm
控制单片机配置： Atmega88
可视通信距离： 2000 米（PCB内置微带天线/与SC8836B的通信距离），
传输速率： 250 kbits/sec，125kps, 38.4 kps, 19.2kps,…….1.2kps等 可设置
直序扩频： DSSS通信方式，抗干扰力强，保密性高;
高集成度，只有很少分离元器件，可靠性高，低成本
直序扩频可重新设置基带相关系数
提供多路TTL电平接口；
12-MHz 输入时钟运行
集成 64-bit 厂家 ID 编号
最大接收信号 –20 –6 dBm
具有测量电池电压功能
工作温度 –40° to 85°C
发射电流：约 200 mA
接收电流：约 26 mA
工作电压 1.8 V to 3.6V (一般为可充电电池，或220V电源)
天线类型：PCB/内置
数据速率：250kps （DSSS模式） 1Mps (GFSK模式)
晶振启动时间： 接收 & 接收 => 发射)
模块尺寸：40X 25 mm x2.5 mm (可根据用户需要尺寸进行设计)
典型应用：工业现场远距终端离数据采集和监控，水电气无线抄表,遥控玩具等；
发射功率，频道信道，模块编号可通过有线或无线的方式，由用户自己设置。
3、集中采集（中心）模块（SC8836B）
频率：2.4 GHz–2.488 GHz 免费频段,83个信道 32/64位 PN 码
接收灵敏度：-100 dBm
输出功率：可达 20dBm
控制单片机配置： Atmega88 或 MSP430
自身通信距离： 2000 米（天线高度8米以上，无阻挡；增加全向中馈天线可传输8000米）
传输速率： 250 kbits/sec， 38.4 kps, 19.2kps,…….1.2kps 可设置
直序扩频： DSSS通信方式，抗干扰力强，保密性高;
高集成度，只有很少分离元器件，可靠性高，低成本
直序扩频可重新设置基带相关系数
提供RS232或RS485 接口；
12-MHz 输入时钟运行
休眠电流：10 μA
集成 64-bit 厂家 ID 编号
最大接收信号 –20 –6 dBm
具有测量点电池电压功能
工作温度 –40° to 85°C
发射电流：约 300 mA
接收电流：约 30 mA
工作电压 1.8 V to 3.6V (一般为可充电电池，或220V电源)
天线类型：外接天线
数据速率：250kps （DSSS模式） 1Mps (GFSK模式)
晶振启动时间：1mS
频综稳定时间：100uS
收发转换时间：30uS (发射 => 接收 & 接收 => 发射)
模块尺寸：65 X 30 mm x 6 mm (可根据用户需要尺寸进行设计)
典型应用：远距离数据传输模块，数据中继模块等；
上海数传信息科技有限公司
www.dtinfo.net.cn
qinpengli1994@yahoo.com.cn