突破瓶颈 轻松设计ZigBee应用系统

图1 CC2591CC+2430设计的EZ-LBee模块 

　　采用CC2591后，ZigBee网络通讯距离可以轻易在点对点开阔地带通讯距离可以达到600米以上，通过ZigBee网状网络的自动中继路由，可以容易实现微功耗下数十公里的网络 通讯和无线传感器网络。 

       由于大量模块化产品的出现，也就同时解决了第二个应用瓶颈，这些模块只有大约1平方英寸大小(随着工艺改进还会越来越小)，可以使用AA电池供电，也非常容易集成到用户系统中去。对于用户使用而言，从模块入手，完全避免的高频设计和调试的问题，可以将自己的主要精力主要集中到自己的应用系统设计。 

       而且由于目前的模块，大多数在出厂时也配备了一套ZigBee串口通讯协议，这套协议将复杂的ZigBee应用，转换为简单的，具有ZigBee网络功能的AT命令集，例如加入网络，配置网络，数据收发等功能，都可以通过单片机向串口发送简单的操作命令来完成，用户只要会单片机串口编程，无需要深入研究ZigBee协议栈，就可以轻松使用ZigBee技术。这样就解决了第三个主要的技术瓶颈。 

       二、标准产品和评估系统加快ZigBee应用系统集成 

       通过使用内置ZigBee网络功能长距离微功耗模块，基本解决了ZigBee技术走向实际应用的主要瓶颈，但是对于系统集成商和应用集成商而言，要在自己熟悉的行业，将ZigBee技术容易的集成到自己的系统中去，还会面临2个其他方面的困难。一是评估困难，二是缺乏部件化的标准组件。 

       第一方面的困难是：ZigBee是一种全新的技术，系统集成商在开始进行评估时，缺乏必要的实际评估系统，所以无法实际观测和了解ZigBee技术实际效果，如通讯距离，抗干扰能力，功耗，环境适应等，而且对这样的系统如何设计，也心中无数。 

       第二方面的困难是，缺乏标准的应用组件，可以容易像搭积木一样，迅速采用这些标准部件，构成自己需要的ZigBee系统。 

       其实，标准产品，也可以使用来作为快速评估系统 ， 根据目前这样的实际应用需要，不少厂家也陆续推出了各种ZigBee标准产品，包括网关(实现ZigBee网络和GPRS，WI-FI，以太网，蓝牙等网络的互联)，路由器，低功耗节点，也推出了各种应用评估系统。图二和图三是目前已经上市的部分ZigBee标准产品：

图2 典型的无线路由器，低功耗节点标准产品

 图3 典型的无线网关产品 

　　这些标准产品都是"即插即用"产品，你可以像搭积木一样，在很短时间内对ZigBee技术进行现场测试，也很容易将这些标准产品集成到你自己的系统中去，实现一个长距离，微功耗的巨大网状网络和各种行业应用。 

        三、ZigBee应用系统设计的层次和实例 

        随着ZigBee技术和无线传感器网络技术不断向更加广阔的应用领域深入，如果是采用由浅入深的路径，大概顺序如下： 

        1、系统集成，在这个层次，主要是要掌握ZigBee技术的应用特征，例如系统可靠性和网络可靠性，通讯距离，抗干扰性能，低功耗性能等，使用标准产品和评估系统进行是比较好的进入点。 

        优点：入门需要的时间短，几个小时或几天。缺点：系统灵活性可能不够，成本稍微高一些。 

        2、采用模块和自己的单片机系统组合设计，这要求对单片机技术比较熟悉，当然最好是采用自己熟悉的单片机，主要工作是熟悉ZigBee AT命令集，如何通过AT命令集来操作复杂ZigBee无线网络，由于不需要分析无线协议栈代码和进行高频设计，用户可以将主要精力集中在自己的应用代码开发。 

        优点：入门时间是一星期或更短。(如果能够使用带有驱动源代码的模块开发系统，还可以进一步缩短上手时间)。缺点：需要在模块后面，加上自己的微控制器，成本稍有增加。 

        3、采用模块或者直接使用ZigBee芯片进行自己的ZigBee应用系统设计。 

        如果不希望进行高频设计，可以从模块开始，直接使用TI等公司提供的ZigBee协议栈源代码和库文件，自己进行应用代码的编写，然后直接下载到模块进行调试，由于EZ-LBee这样的通用，开放，开源模块的出现，使这种开发办法成为了可能。 

        当然，也可以自己直接采用CC2430/CC2431等芯片，使用ZigBee开发系统，进行设计。 

        优点：可以实现单芯片化设计，最终产品成本最低。缺点：需要对软件和ZigBee协议栈进行消化和分析，也需要高频设计方面的知识和经验，需要的时间可能是数月或更长。 

        当然，我们也可以将上述过程看成一个对ZigBee技术逐步深入的过程的不同阶段，而这些阶段，也是一个入门和熟悉ZigBee技术的渐进过程。 

        下面，我们就以一个实际应用系统设计例子，来看看如何实现应用系统评估设计全过程：

应用实例：ZigBee无线温度传感器网络系统

主要功能： 对温湿度进行无线测量、监控、记录。

应用对象：高层字楼、医院、，成品库、醇化库、发酵库、储丝房、粮库、烟草库，温室大棚等，需要对温度，湿度进行监控，而且布线困难的应用。