精品课件-Zigbee开发技术及实践-第1章
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zigbee网络原理与开发
2
主要内容
3.1 Zigbee简介 3.2 Zigbee开发环境及调试 3.3 Zigbee 硬件简介 3.4 Zigbee无线传感器网络开发基础 3.5 Zigbee无线传感器网络高级开发 3.6 Zigbee无线传感器网络管理 3.7 Zigbee 无线传感器网络开发实例
3
ZIGBEE简介
ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协 议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。 这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞 翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传 递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式 构成了群体中的通信网络。
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
中继路由，辅助子树下终端设备的通信。通常,路由 器全时间处在活动状态,因此为主供电。但是在树状 拓扑中,允许路由器操作周期运行,因此这个情况下允 许路由器电池供电.
27
1.5 ZIGBEE无线网络拓扑结构
ZigBee终端设备（End-device） 一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的 责任,所以它可以睡眠和唤配，看它自己的选择。 因此它能作为电池供电节点。
6.2006年12月进行标准修订，推出ZigBee1.1版(又称为 ZigBee2006)。该协议虽然命名为ZigBee1.1，但是与 ZigBee1.0版是不兼容的。
主要内容
3.1 Zigbee简介 3.2 Zigbee开发环境及调试 3.3 Zigbee 硬件简介 3.4 Zigbee无线传感器网络开发基础 3.5 Zigbee无线传感器网络高级开发 3.6 Zigbee无线传感器网络管理 3.7 Zigbee 无线传感器网络开发实例
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ZIGBEE简介
ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协 议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。 这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞 翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传 递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式 构成了群体中的通信网络。
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
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1.2 短距离无线网络的分类
中继路由，辅助子树下终端设备的通信。通常,路由 器全时间处在活动状态,因此为主供电。但是在树状 拓扑中,允许路由器操作周期运行,因此这个情况下允 许路由器电池供电.
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1.5 ZIGBEE无线网络拓扑结构
ZigBee终端设备（End-device） 一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的 责任,所以它可以睡眠和唤配，看它自己的选择。 因此它能作为电池供电节点。
6.2006年12月进行标准修订，推出ZigBee1.1版(又称为 ZigBee2006)。该协议虽然命名为ZigBee1.1，但是与 ZigBee1.0版是不兼容的。
《ZigBee开发技术——CC2530单片机原理及应用》教学大纲
《ZigBee开发技术——CC2530单片机原理及应用》教学大纲ZigBee development technology -- the principle and applicationof CC2530 microcontroller（供物联网、通信工程及以外的其他本科专业使用）前言ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，可工作在 2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率。
CC2530结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee 协议栈（Z-Stack™），提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。
本课程的教学目的是，以ZigBee技术硬件资源为依托，了解支撑ZigBee技术的核心芯片CC2530的开发与应用、掌握开发环境的安装和使用，掌握通用I/O、振荡器和时钟的设置、ADC的采集的使用、CC2530串口、DMA、定时器使用、CC2530的无线发送和接收，为后续课程打下基础。
本大纲可与以下参考资料配套使用：1、王小强，欧阳骏，黄宁淋.ZigBee无线传感器网络设计与设计[M].北京：化学工业出版社，20122、姜仲，刘丹.ZigBee技术与实训教程--基于CC2530的无线传感网技术[M].北京：清华大学出版社，20143、李文仲，等.ZigBee2007/PRO协议栈实验与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，20095、瞿雷，刘盛德，胡咸斌.ZigBee技术及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2007该大纲适用于物联网、电子信息工程、计算机科学与技术、通信工程、、计算机网络、自动化等专业的教学工作。
本课程是一门理论与实践并重的课程，为了达到预期的教学效果与目的，大纲所列教学内容可通过多媒体电子课件进行典型的示例讲解、必要的现场实际操作演示、适量的课堂练习、与理论课程相配套的上机实验以及及时辅导答疑等方式进行教学。
《ZigBee开发技术及实践》课程教学大纲
《ZigBee开发技术及实践》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：dq04221020课程名称：ZigBee开发技术及实践 Development Technology and Practice of ZigBee学时/学分：24/1.5实验学时：6课程类别：专业提升课程性质：选修课适用专业：电子信息工程开设学期：第六学期先行课程：电子技术基础（模拟与数字）、信号与系统二、课程简介《Zigbee开发技术及实践》课程是物联网工程、通信工程和电子信息工程的专业课程，是物联网工程的基础课程。
通过本课程理论的学习，使学生深入了解Zigbee的基本概念，熟悉掌握Zigbee技术原理、Zigbee节点硬件设计、CC2530基础开发、CC2530无线射频、ZSTACK协议栈分析和ZSTACK协议栈应用开发。
通过实践篇的学习，使学生深入掌握CC2530的基础开发，以及ZSTACK协议栈的运行机制。
三、课程目标及学生应达到的能力通过本课程的学习，应达到的目标及能力如下：目标1：能够分析、计算和设计典型的ZigBee网络。
目标2：能够使用CC2530设计无线传感网络。
目标3：能够根据无线传感网络的参数要求、信号特性等问题，选择研究路线，设计可行的实验方案。
目标4：能够根据项目要求进行物联网相关节点及网络的设计与开发。
四、课程目标对毕业要求的支撑五、课程教学内容（一）ZigBee技术开发概述1.主要教学内容：Zigbee技术概述；由来和发展；zigbee技术特点；Zigbee协议架构；Zigbee软件开发平台；IAR软件集成开发平台；物理地址修改软件；Zigbee Sniffer；辅助软件；Zigbee硬件开发平台；无线传感器网络与Zigbee的关系；无线传感器网络概述；2.知识点与能力点要求：知识点：掌握Zigbee技术概念，理解Zigbee技术特点，掌握Zigbee芯片，了解几种常见的Zigbee协议栈，掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装，理解Zigbee与无线传感器网络的关系。
第10课智能交通——ZigBee技术
共享备课主体完善
一、导入
师讲解蜜蜂间传递信息的故事，并出示图示。
同学们，你们知道蜜蜂这种获取信息的方式，同我们学过的
哪个知识类似吗？
学生回答：上节课学习的ZigBee技术。
师：恩，非常好，由于ZigBee技术对我们来说有点难度，
所以这节课我们来继续了解关于他的知识。
二、讲授
1. ZigBee技术
（1）ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、高速
率、低成本的双向无线通讯技术。
主要用于距离短、功耗低且传
输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期
性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
（2）简单ZigBee网络
（3）ZigBee技术的应用
2.比特造型
师出示视频，播放学生搭建的智能实物，让学生感受ZigBee
技术的应用，拓展学生的知识面。
第三章 zigbee网络原理与开发PPT课件
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.3 ZIGBEE 版本介绍
1.1 无线网络数据传输协议对比
1.1 无线网络数据传输协议对比
Zigbee与现有标准传输协议的比较：
1.1 无线网络数据传输协议对比
因此：Zigbee数据 速率较低，不适 用于传输大数据 量的应用领域。
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.2 短距离无线网络的分类
1.3 一个例程
我们通过上面的点亮 LED例子来说明这个功能 的使用方法。
void main(void) { P1DIR = 0xFF; while(1)
首先修改工程的代码， {
在这里我们要实Βιβλιοθήκη 两个设#ifndef Blink_LED
备在一个工程中实现不同 的功能，两个模块的名称 分别定义为：Blink_LED 和Open_LED。实现的功
2007年底，ZigBee PRO推出。
目前已经吸引了一些最具创新性和在世界知名的组织，如华 为、罗格朗、施耐德、飞利浦、霍尼韦尔等知名企业，一个 由400多家企业和其他组织构成的非营利性开放联合体，
1.4 ZIGBEE无线网络通信信道分析
信道编号
中心频率/MHz 信道间隔/MHz 频率上限/MHz 频率下限/MHz
主要内容
3.1 Zigbee简介 3.2 Zigbee开发环境及调试 3.3 Zigbee 硬件简介 3.4 Zigbee无线传感器网络开发基础 3.5 Zigbee无线传感器网络高级开发 3.6 Zigbee无线传感器网络管理 3.7 Zigbee 无线传感器网络开发实例
zigbee简介PPT课件
19
应用ZigBee可组成多种网络拓扑结构 最重要的是网状网络（Mesh)
20
ZigBee节点类型21源自节点工能介绍• 1.协调器 • 上电启动和配置网络（例如设定网络标示符 ，选择信
道），一旦完成后相当于路由器功能。 • 2.路由器 • (1)允许其他网络设备加入
(2)多路跳由 (3)协助电池供电的子节点通信 (4)自己作为终端节点应用 3 终端节点 向路由节点传递数据，可选择睡眠与唤醒。 （路由因不断转发数据需电池供电，终端节点电池供电)
22
ZigBee和简单无线通讯之间 最大区别
• 简单的点到点，点到多点通讯（目前很多这样的 数传模块），包装结构比较简单，主要为同步序 言，数据，校验几部分组成。而ZigBee是采用数 据帧的概念，每个无线帧包括了大量无线包 装， 包含了大量时间，地址，命令，同步等信息，真 正的数据信息只占很少部分，而这正是ZigBee可 以实现网络组织管理，实现高可靠传输的关键。
12
ZigBee会员
13
ZIGBEE回应了无线SOC发展的需求
• ZigBee技术有自己的无线电标准，在数千 个微小的传感器之间相互协调实现网络通 信。这些传感器只需要很低的功耗， 以接 力的方式通过无线电波将数据从 一个传感 器传到另一个传感器，因此它们的通信效 率非常高。 ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是 IEEE无线个人区域网工作组的一 项标准， 被称作IEEE802.15.4(ZigBee) 技术标准。
32
几种无线通信技术参数对比
33
ZigBee设备应用介绍
34
什么是zigbee设备
• 采用zigbee技术的无线soc就是zigbee设备， zigbee技术使无线soc方便的构建无线传输 网络。
应用ZigBee可组成多种网络拓扑结构 最重要的是网状网络（Mesh)
20
ZigBee节点类型21源自节点工能介绍• 1.协调器 • 上电启动和配置网络（例如设定网络标示符 ，选择信
道），一旦完成后相当于路由器功能。 • 2.路由器 • (1)允许其他网络设备加入
(2)多路跳由 (3)协助电池供电的子节点通信 (4)自己作为终端节点应用 3 终端节点 向路由节点传递数据，可选择睡眠与唤醒。 （路由因不断转发数据需电池供电，终端节点电池供电)
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ZigBee和简单无线通讯之间 最大区别
• 简单的点到点，点到多点通讯（目前很多这样的 数传模块），包装结构比较简单，主要为同步序 言，数据，校验几部分组成。而ZigBee是采用数 据帧的概念，每个无线帧包括了大量无线包 装， 包含了大量时间，地址，命令，同步等信息，真 正的数据信息只占很少部分，而这正是ZigBee可 以实现网络组织管理，实现高可靠传输的关键。
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ZigBee会员
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ZIGBEE回应了无线SOC发展的需求
• ZigBee技术有自己的无线电标准，在数千 个微小的传感器之间相互协调实现网络通 信。这些传感器只需要很低的功耗， 以接 力的方式通过无线电波将数据从 一个传感 器传到另一个传感器，因此它们的通信效 率非常高。 ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是 IEEE无线个人区域网工作组的一 项标准， 被称作IEEE802.15.4(ZigBee) 技术标准。
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几种无线通信技术参数对比
33
ZigBee设备应用介绍
34
什么是zigbee设备
• 采用zigbee技术的无线soc就是zigbee设备， zigbee技术使无线soc方便的构建无线传输 网络。
zigbee开发
Zigbee学习过程1前言学习zigbee之前需要熟悉掌握C语言的高级编程，而不是简单的普通的C语言编程。
做zigbee开发，需要相当熟悉掌握c语言，并且有c语言大程序的制作经验，不然非得吃不少苦头不可。
我本身并没有大程序的开发经验，导致我费了很大力气，一方面去补习c语言，一方面慢慢适应zigbee的开发，结果导致周博士主掌zigbee程序开发，我只负责开发C4驱动……。
不服气也得看自己实力。
至于C51是否够用，答案是肯定的也是否定的。
在刚开始接触zigbee时，C51是完全够用的，因为TI 最初的开发板C2530就是基于C51的，所以够用；但是如果涉及到深层次的zigbee开发，就要上升到ARM 的级别，因此C51就不够使了。
2轮询机制Osal.c文件里有个osal-run-system函数，这个函数就是负责轮询的，通过轮询查找到要处理的函数和事件，继而传到上层去处理。
上层处理函数是通过events = (tasksArr[idx])( idx, events )这个程序调用的，tasksArr[idx]存储的是事件处理函数，如下图。
以上图中的Sample_ProcessEvents函数为例，从参数中就可以发现这个参数和events = (tasksArr[idx])( idx, events )的参数恰恰一一对应。
3登记任务有了轮询函数，还是不够的，咱们还需要一个登记任务的机制，不然有事件发生，但是没有登记任务，那么该事件依然不会被处理……。
在OSAL_SampleAPP.c文件里有下面这个函数。
这个函数就是用来登记任务的。
这个任务在前面的轮询机制提到过。
轮询其实就是查任务，看是否有任务要求执行。
一旦有任务执行且没有其它执行的任务，则找到任务相应函数进行相应的处理。
3.1任务事件任务事件要用到一个函数，osal_set_event，如下面截图所述，这个函数主要是为某个任务设臵一个事件，比如说串口事件，或者按键事件。
zigbee技术及应用
ZigBee技术及应用1、ZigBee技术简介Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
ZigBee协定层从下到上分别为实体层（PHY）、媒体存取层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。
网络装置的角色可分为ZigBeeCoordinator、ZigBeeRouter、ZigBeeEndDevice等三种。
2、ZigBee的网络结构ZigBee可以构建一个由多达数万个无UCLAMP0511T.TCT线节点组成的无线传感网络，每个节点类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，实现相互间通信。
ZigBee支持3种静态和动态的自组织无线网络拓扑结构：星形、网状(Mesh) 和混合型。
星形网用一个功能强大的主器件，即全功能设备FFD (FullFunctional Device)作为网络的中心，负责协调全网的工作。
网状网适合用对网络要求更复杂的情况。
网络中的每一个FFD同时可作为路由器，根据Ad Hoc网络路由协议优化最短和最可靠的路径，从而减小了功耗，节约了成本，并具有高度动态的拓扑结构和自组织、自维护功能。
混合网中，终端节点采集的信息首先传到同一子网内的协词点，再通过网关节点上传到上一层网络的PAN协调点。
混合网都适用于覆盖范围较大的网络。
3种拓扑结构如图1所示。
图1 三种拓扑结构图1 (a)、(b)、(c)中，黑色五角星代表网络协调器，黑色实心圆代表全功能设备，黑色十字星代表简化功能设备。
3.zigbee 网络设备类型ZigBee网络中的设备有3种类型：网络协调器(Coordinator)、全功能设备(FFD)和简化功能设备( RFD)。
无线接入技术Zigbee技术
•ZigBee技术简介 — 短程无线网络标准
ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率 为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近； ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的 联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。 ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低 成本应用。
ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率 为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近； ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的 联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。 ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成 本应用。
•ZigBee技术简介 — 应用项目
PPT文档演模板
无线接入技术Zigbee技术
•ZigBee技术优 势
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无线接入技术Zigbee技术
•ZigBee技术优势 — 与FSK电台的比较
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无线接入技术Zigbee技术
•ZigBee技术优势 — 与蓝牙的比较
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无线接入技术Zigbee技术
•ZigBee技术简介 — ZigBee技术优势
PPT文档演模板
•ZigBee 技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的 应用优势。
无线接入技术Zigbee技术
•ZigBee技术简介 — 频带和带宽
ZigBee 无线可使用的频段有 3 个，分别是 2.4GHz 的 ISM 频段、 欧洲的 868MHz 频段、以及美国的 915MHz 频段，而不同频段可使 用的信道分别是 16 、 1 、 10 个；
ZigBee技术及智能家居 ppt课件
特点：能实现随时随地的数据交换。 缺点：手机需要支持3G，费用增加。
ppt课件
9
无线传感器网络构建
3种有效的网络结构（星型、树型、网状型）
基于ZigBee技术的居室安全监测系统设计，采用的树型拓扑结构，主要因为其结构 简单，实现方便，不需要大量的协调器节点，降低了成本. 每个终端无线传感器节 点为每家的气表（平时无线通讯模块为掉电方式，通过路由节点来激活），手持式 接受机为移动的路由
ZigBee技术及智能家居
2021年2月23日
ppt课件
1
主要内容
一 ZigBee网络通信特点 二 无线传感器网络构建 三 ZigBee智能家居系统
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
在刚刚过去的 2015 年极客公园创新大会上，小米首次在非官方平台上发布 了新款产品：小米智能家庭套装：
•多功能网关 •人体传感器 •门窗传感器 •无线开关
共同特点
•支持 Zigbee 协议
主要功能
•使用小米智能模块 •连接ZigBee设备，超低功耗 •把ZigBee设备连接小米云和其他设备 •多功能扬声器，18颗全彩LED可调夜灯
ppt课件
5
随着近两年智能家居的潘多拉魔盒被打开，各类智能家居产品经历 了从无到有的过程后，数量将会越来越多，Zigbee协议才又重新走入了 大众的视野。什么是ZigBee协议？
ppt课件
9
无线传感器网络构建
3种有效的网络结构（星型、树型、网状型）
基于ZigBee技术的居室安全监测系统设计，采用的树型拓扑结构，主要因为其结构 简单，实现方便，不需要大量的协调器节点，降低了成本. 每个终端无线传感器节 点为每家的气表（平时无线通讯模块为掉电方式，通过路由节点来激活），手持式 接受机为移动的路由
ZigBee技术及智能家居
2021年2月23日
ppt课件
1
主要内容
一 ZigBee网络通信特点 二 无线传感器网络构建 三 ZigBee智能家居系统
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
在刚刚过去的 2015 年极客公园创新大会上，小米首次在非官方平台上发布 了新款产品：小米智能家庭套装：
•多功能网关 •人体传感器 •门窗传感器 •无线开关
共同特点
•支持 Zigbee 协议
主要功能
•使用小米智能模块 •连接ZigBee设备，超低功耗 •把ZigBee设备连接小米云和其他设备 •多功能扬声器，18颗全彩LED可调夜灯
ppt课件
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随着近两年智能家居的潘多拉魔盒被打开，各类智能家居产品经历 了从无到有的过程后，数量将会越来越多，Zigbee协议才又重新走入了 大众的视野。什么是ZigBee协议？
第10课智能交通——ZigBee技术
第10课智能交通——ZigBee技术一、教学目标1．知识与技能了解蜜蜂传递信息的方式，ZigBee技术的概念，简单的ZigBee网络，ZigBee 技术的应用，会根据电路图搭建实物电路，并能进行调试实现其功能。
2．过程与方法（1）通过教师提出的问题，故事，动画等材料，发挥想象力，理解ZigBee 技术的概念。
（2）通过亲身实验，应用比特造型模块，创意设计出造型各异的小车的外形。
（3）连接电子模块，完成智能小车的制作并调试各功能。
3. 情感态度与价值观（1）通过介绍ZigBee技术的简介，培养学生发散思维，提高创新能力。
（2）通过模块的组建，拼装，培养动手能力。
（3）作品的调试展示，培养学生操作演示能力。
二、教学重难点重点：ZigBee技术的理解；难点：平板小车各电子模块的搭建与调试。
三、教学资源PPT课件，图片，视频资料，比特造型模块，比特电子模块。
四、教学过程1．设疑导入师：同学们，今天我们一起来学习物联网的一种新技术——ZigBee技术。
（幻灯片出示：ZigBee技术。
）师：什么是ZigBee技术，让我们一起来讨论以下几个问题。
（幻灯片出示三个问题。
）问题1：人与人是如何交流的？问题2：人与动物（例如狗）是如何交流的？问题3：举个例子说一下某一种动物之间是如何交流的？学生一一作答，教师适应点评。
（幻灯片出示本课重点问题）你知道蜜蜂是如何传递信息的吗？（学生稍作回答）师：让我们先来看一段关于蜜蜂采蜜过程的录像。
（课件播放蜜蜂采蜜视频）观看了蜜蜂采蜜的录像后，我们可以用这图来说明整个过程（课件示意图）（1）学生观看示意图并说出过程，教师点评师：聪明的人类受蜜蜂采蜜过程的启发，研究出了ZigBee无线通信技术。
（2）师讲解ZigBee技术，让学生初步了解ZigBee技术。
（幻灯出示定义）ZigBee技术：根据基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议规定，ZigBee 技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
最新ZigBee基础知识概要课件PPT
❖ 容量大：ZigBee网络可由一个节点管理若干子节点，最多一个节点可以管理 254个子节点，同时该节点还可由上一层网络节点管理，可组成65000个节点 的大型网络
❖ 时延短：ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠状态转入工作状态只需15ms， 节点连接进入网络只需要30ms。相对而言，蓝牙需要3~10s，WiFi需要3s。这 样一方面节省了能量消耗，另一方面更适用于对时延敏感的场合，例如一些 应用在工业上的传感器就需要以毫秒的速度获取信息，以及安装在厨房内的 烟雾探测器也需要在尽量短的时间内获取信息并传输给网络控制者，从而阻 止火灾的发生。
ZigBee基础知识概要
Contents
1
ZigBee简介
2
ZigBee发展历史
3
ZigBee介绍
4
ZigBee技术应用案例
5
ZigBee小结Βιβλιοθήκη 22021/3/8
ZigBee简介
2021/3/8
❖ ZigBee这个字源于蜜蜂群发现食物源的时候，通 过跳“之”字形的舞蹈（Zig舞）在同伴中传递信 息，以到达彼此沟通讯息的目的，故以此做新一 代无线通讯技术的命名。
作用：
建立新网络， 保证数据的传 输。对数据进 行加密，保证 数据的完整性
10
作用：
应用支持层根据 服务和需求使多 个器件之间进行 通信。
应用层主要根据 具体应用由用户 开发。
ZigBee含义
2021/3/8
❖ ZigBee三种含义：
这三种含义是三位一体的关系，联盟是协议和技术的主要开发者；协议犹如社会 法律、交通的规则，联盟和技术都要遵守；技术是联盟的和协议的载体和具体表现。 总而言之：三者是一个整体的三个方面。 ❖ 1. ZigBee联盟 ❖ ZigBee联盟2002年成立，现超过300多个成员单位。 ❖ 联盟使命：为可靠，低价、低功率无线联网的监控产品建立开放的全球标准。 ❖ 联盟目标：通过给日常设备注入无线能力和智能，简化使用，极大的提供灵活性和移 动性。 ❖ 联盟工作：（1）制定网络层、安全和应用层标准（网络七层OSI模型要熟记） ❖ （2）提供互操作和兼容性测试规范 ❖ （3）推广ZigBee品牌，提升市场感知度 ❖ （4）技术演进
❖ 时延短：ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠状态转入工作状态只需15ms， 节点连接进入网络只需要30ms。相对而言，蓝牙需要3~10s，WiFi需要3s。这 样一方面节省了能量消耗，另一方面更适用于对时延敏感的场合，例如一些 应用在工业上的传感器就需要以毫秒的速度获取信息，以及安装在厨房内的 烟雾探测器也需要在尽量短的时间内获取信息并传输给网络控制者，从而阻 止火灾的发生。
ZigBee基础知识概要
Contents
1
ZigBee简介
2
ZigBee发展历史
3
ZigBee介绍
4
ZigBee技术应用案例
5
ZigBee小结Βιβλιοθήκη 22021/3/8
ZigBee简介
2021/3/8
❖ ZigBee这个字源于蜜蜂群发现食物源的时候，通 过跳“之”字形的舞蹈（Zig舞）在同伴中传递信 息，以到达彼此沟通讯息的目的，故以此做新一 代无线通讯技术的命名。
作用：
建立新网络， 保证数据的传 输。对数据进 行加密，保证 数据的完整性
10
作用：
应用支持层根据 服务和需求使多 个器件之间进行 通信。
应用层主要根据 具体应用由用户 开发。
ZigBee含义
2021/3/8
❖ ZigBee三种含义：
这三种含义是三位一体的关系，联盟是协议和技术的主要开发者；协议犹如社会 法律、交通的规则，联盟和技术都要遵守；技术是联盟的和协议的载体和具体表现。 总而言之：三者是一个整体的三个方面。 ❖ 1. ZigBee联盟 ❖ ZigBee联盟2002年成立，现超过300多个成员单位。 ❖ 联盟使命：为可靠，低价、低功率无线联网的监控产品建立开放的全球标准。 ❖ 联盟目标：通过给日常设备注入无线能力和智能，简化使用，极大的提供灵活性和移 动性。 ❖ 联盟工作：（1）制定网络层、安全和应用层标准（网络七层OSI模型要熟记） ❖ （2）提供互操作和兼容性测试规范 ❖ （3）推广ZigBee品牌，提升市场感知度 ❖ （4）技术演进
ZigBee技术入门之一开发系统介绍
备注
2
ZigBee高频模块
块
3
CC2430
3
USB线
根
2
4
网络扩展板
5
短接帽
块
2
液晶
个
6
6
电池底板
个
3
7
光盘
8
天线
9
保修卡
张
1
支
3
杆状2.4G
张
1
16.01.2021
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8
硬件介绍
16.01.2021
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9
网络表演板
• 尺寸：
– 111.58㎜×82.28㎜×26.50㎜
• 电源电压：
– 5V（DC）
• 液晶：
– 128×64，点阵图形液晶
• 按键：
– 6个用户按键，1个复位按键
• 传感器：
– 光敏、电位器
• 接口：
– RS232接口，10针JTAG插， 无线龙无线模块标准插座， USB转串口等
16.01.2021
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10
仿真器
• 尺寸：86.70㎜ ×52.44㎜×21.98㎜
• TIMAC1.1.0实验及实验手册：在OSAL之 上，利用PHY和MAC进行CC2430的全面操 控，脱离zigbee的NWK和APL，仅仅利用 IEEE802.15.4进行数据传输。让我们更深 入分析理解无线网络的PHY和MAC结构和 原理以及程序实现。
• 代码半开源，完全C语言，移植性超强
16.01.2021
16.01.2021
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24
ZigBee技术广泛应用前景
16.01.2021
ZIGBEE技术简介
ZigBee无线通讯技术介绍一、ZigBee技术的起源ZigBee是一种新兴的近距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线传感器网络的新技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
主要用于近距离无线连接，面向无线传感和工业控制应用领域。
它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。
ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。
可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。
人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含此寓意。
一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。
相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。
ZigBee联盟成立于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等四大公司加盟ZigBee联盟，这一事件成为ZigBee技术的里程碑。
到目前为止，加盟ZigBee 联盟的不仅仅只有当初的四大公司，而是涵盖了IT领域以及其它行业的150多家企业。
ZigBee是一组基于IEEE 802.15.4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，IEEE 802.15.4仅处理MAC层和物理层协议，ZigBee 联盟对其网络层协议和API进行了标准化。
ZigBee是由ZigBee Alliance所主导的标准，定义了网络层（Network Layer）、安全层（Security Layer）、应用层（Application Layer）、以及各种应用产品的资料（Profile）；而由国际电子电机工程协会（IEEE）所制订的802.15.4标准，则是定义了物理层（PHY Layer）及媒体存取层（Media Access ControlLayer；MAC Layer）二、技术特点：★功耗低ZigBee 技术采用了多种节电的工作模式，在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短的情况下工作状态的耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上；★通信可靠ZigBee采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，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；MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；★网络的自组织、自愈能力强ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作；★成本低设备的复杂程度低，且ZigBee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；ZigBee 的工作频段为免执照频段的2.4GHz，是免使用费的无线通信信道；★网络容量大每个ZigBee网络最多可支持65000个节点，也就是说每个ZigBee节点可以与数万节点相连接。
第10课智能交通—ZigBee技术
提问：你知道ZigBee技术吗？有什么用呢？
要求学生根据课本进行自学。
提问：说一说你现在知道的ZigBee技术。
师：大家说的ห้องสมุดไป่ตู้错，ZigBee无线通信技术可以采集数据。
简单的ZigBee网络
图中的“用户设备”是信息传感设备
（2）遥控汽车比赛
实现把汽车将要行走的采集点安装ZigBee模块。
智能交通中采用和遥控汽车中数据采集和传输技术。
智能交通如何实现教学准备ppt课件教学过程教师活动学生活动设计意图利用学生熟悉的场景导入亲切自然贴合实际
第10课智能交通—ZigBee技术
教学目标
（1）自主学习了解ZigBee技术相关知识。
（2）通过导读，自学并了解ZigBee技术的应用
（3）理解智能交通系统的原理
教学重、难点
重点：ZigBee相关知识
行车路线与数据采集点
（3）ZigBee技术的应用：
无线灌溉技术无线点餐。
ZigBee交通监控物流实时跟踪控制
三习题巩固
根据ZigBee交通监控图，说一下其中的ZigBee模块各起什么作用？通过它们是怎样实现智能交通管理的？
四课后延伸
参加遥控汽车比赛兴趣活动小组的同学，进一步了解ZigBee应用知识。
畅想未来的生活。感受信息技术进步给我们带来的变化。
对整个过程要有所了解，能用自己的话阐述一下整个系统。
学生兴趣盎然，拿出小汽车参加比赛。
学生担任评委。
学生一脸茫然，说应该没有吧？
学生讨论
生：这是一种新兴的近距离、低功耗的双向无线通讯技术。
生：ZigBee无线数据传输模块可以组成无线数据传输网络，ZigBee模块之间可以相互传输数据。
生：自己尝试着组建一个简单的ZigBee网络。
要求学生根据课本进行自学。
提问：说一说你现在知道的ZigBee技术。
师：大家说的ห้องสมุดไป่ตู้错，ZigBee无线通信技术可以采集数据。
简单的ZigBee网络
图中的“用户设备”是信息传感设备
（2）遥控汽车比赛
实现把汽车将要行走的采集点安装ZigBee模块。
智能交通中采用和遥控汽车中数据采集和传输技术。
智能交通如何实现教学准备ppt课件教学过程教师活动学生活动设计意图利用学生熟悉的场景导入亲切自然贴合实际
第10课智能交通—ZigBee技术
教学目标
（1）自主学习了解ZigBee技术相关知识。
（2）通过导读，自学并了解ZigBee技术的应用
（3）理解智能交通系统的原理
教学重、难点
重点：ZigBee相关知识
行车路线与数据采集点
（3）ZigBee技术的应用：
无线灌溉技术无线点餐。
ZigBee交通监控物流实时跟踪控制
三习题巩固
根据ZigBee交通监控图，说一下其中的ZigBee模块各起什么作用？通过它们是怎样实现智能交通管理的？
四课后延伸
参加遥控汽车比赛兴趣活动小组的同学，进一步了解ZigBee应用知识。
畅想未来的生活。感受信息技术进步给我们带来的变化。
对整个过程要有所了解，能用自己的话阐述一下整个系统。
学生兴趣盎然，拿出小汽车参加比赛。
学生担任评委。
学生一脸茫然，说应该没有吧？
学生讨论
生：这是一种新兴的近距离、低功耗的双向无线通讯技术。
生：ZigBee无线数据传输模块可以组成无线数据传输网络，ZigBee模块之间可以相互传输数据。
生：自己尝试着组建一个简单的ZigBee网络。
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20世纪80～90年代，无线传感器网络的研究依旧主要 应用于军事领域，并成为网络中心站思想中的关键技术。
11
1994年，加州大学洛杉矶分校的Willian J.Kaiser教授向美 国国防部高级研究计划局提交了研究建议书《低功率无线集 成微传感器》，以便于深入研究无线传感器网络。1998年， G.J.Pottie从网络的研究角度重新阐释了无线传感器网络的 科学意义。同年，美国国防部高级研究计划局投入巨资启动 SensIT项目，目标是实现“超视距”战场监测。1999年9月， 美国《商业周刊》将无线传感器网络列入21世纪最重要的21 项技术之一，被认为是21世纪人类信息研究领域所面临的重 要挑战之一。
9
1.1.2 无线传感器网络与Zigbee的关系 1. 无线传感器网络 无线传感器网络是指大量的静止或移动的传感器以自
组织和多跳的方式构成的无线网络。其目的是协作地感知、 采集和处理传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息， 并报告给用户。
无线传感器网络起源于20世纪70年代，是一种特殊的 无线网络，最早应用于美国军方，例如空中预警控制系统。 这种原始的传感器网络只能捕获单一信号，传感器节点只能 进行简单的点对点通信。
17
3. 大容量 Zigbee设备既可以使用64位IEEE网络地址，又可以使 用指配的16位网络短地址。在一个单独的Zigbee网络内，理 论上可以容纳最多65 536个设备。 4. 可靠 无线通信是共享信道的，因而面临着众多有线网络所 没有的问题。Zigbee在物理层和MAC层采用IEEE802.15.4协 议，使用带时隙或不带时隙的“载波检测多址访问/冲突避 免”(CSMA/CA)的数据传输方法，并与“确认和数据检验” 等措施相结合，可保证数据的可靠传输。
10
1980年，美国国防部高级研究计划局提出了分布式传 感器网络项目，开启了现代无线传感器网络研究的先例。此 项目由美国国防部高级研究计划局信息处理技术办公室主任 Robert Kahn主导，并由卡耐基·梅隆大学、匹兹堡大学和 麻省理工学院等大学研究人员配合，旨在建立一个由空间分 布的低功耗传感器节点构成的网络。这些节点之间相互协作 并自主运行，将信息送达处理的节点。
19
1.1.4 Zigbee芯片 目前最常见的Zigbee芯片为CC243X系列、MC1322X系
列和CC253X系列。下面分别介绍三种系列芯片的特点。 1. CC243X系列 CC2430/CC2431是Chipcon公司(已被TI收购)推出的用
来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4 GHz IEEE802.15.4/Zigbee协议，是世界上首个单芯片Zigbee解 决方案。CC2430/CC2431片上系统家族包括三个不同产品： CC2430-F32、CC2430-F64和e的关系 无线传感器网络的应用，一般不需要很高的带宽，但 对功耗要求却很严格，大部分时间必须保持低功耗。传感器 节点通常使用存储容量不大的嵌入式处理器，对协议栈的大 小也有严格的限制。另外，无线传感器网络对网络安全性、 节点自动配置和网络动态重组等方面也有一定的要求。无线 传感器网络的特殊性对应用于该技术的协议提出了较高的要 求，目前使用最广泛的无线传感器网络的物理层和MAC层协 议为IEEE802.15.4。
6
Zigbee模块类似于移动网络的基站，通信距离从几十 米到几百米，并支持无线扩展。Zigbee理论上可以是一个由 65 536个无线模块组成的无线网络平台，在整个网络覆盖范 围内，每一个Zigbee模块之间可以互相通信。
7
2. Zigbee技术的发展 2003年12月，Chipcon公司推出第一款符合2.4 GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器CC2420，而后又有很多家公 司推出与CC2420收发芯片相匹配的处理器，其中以ATMEL公 司的Atmega128最成功(即常用方案是Atmega128 + CC2420)。 2004年12月，Chipcon公司推出全球第一个IEEE 802.15.4 Zigbee片上系统解决方案—CC2430无线单片机， 该芯片内部集成了一款增强型的8051内核以及当时业内性能 卓越的射频收发器CC2420。
23
提供了优秀的接收器灵敏度和较强的抗干扰性、多种供电模 式以及一套广泛的外设集(包括2个高速UART、12位ADC和64 个通用GPIO，4个定时器，I2C等)。除了更强的MCU外，还改 进了射频输出功率、灵敏度和选择性，提供了超越第一代 CC2430的重要性能改进，而且支持一般低功耗无线通信，还 可以配备一个标准网络协议栈(Zigbee，Zigbee RF4CE)来简 化开发，因此可被广泛应用在住宅区和商业自动化、工业控 制、卫生保健和消费类电子等产品中。其主要特性如下：
高性能、低功耗8051微控制器内核。 极高的灵敏度及抗干扰能力。
21
强大的DMA功能。 外围电路只需极少的外接元件。 电流消耗小(当微控制器内核运行在32MHz时，RX为27 mA，TX为25 mA)。 硬件支持CSMA/CA。 电源电压范围宽(2.0～3.6 V)。 支持数字化接收信号强度指示器/链路质量指示 (RSSI/LQI)。
15
1.1.3 Zigbee技术的特点 Zigbee可工作在2.4 GHz(全球流行)、868 MHz(欧洲
流行)和915 MHz(美国流行)三个频段上，分别具有最高 250 kb/s、20 kb/s和40 kb/s的传输速率，它的传输距离在 10～75 m的范围内。Zigbee作为一种无线通信技术，具有以 下几个特点。
3
1.1 Zigbee技术概述
Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的 双向无线通信技术。它主要用于距离短、功耗低且传输速率 不高的各种电子设备之间的数据传输(包括典型的周期性数 据、间歇性数据和低反应时间数据)。
4
Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是IEEE802.15.4仅 处理低级的MAC(媒体接入控制协议)层和物理层协议， Zigbee联盟对网络层协议和应用层协议进行了标准化。
14
从应用上来讲，Zigbee适用于通信数据量不大、数据 传输速率相对较低、成本较低的便携或移动设备。这些设备 只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一 个传感器传到另外一个传感器，并能实现传感器之间的组网， 实现无线传感器网络分布式、自组织和低功耗的特点。
从以上两个方面来讲，Zigbee是实现无线传感器网络 应用的一种重要的技术。
1 第1章 Zigbee概述
1.1 Zigbee技术概述 1.2 Zigbee软件开发平台 1.3 Zigbee硬件开发平台
2
掌握Zigbee技术概念。 理解Zigbee技术特点。 了解常用Zigbee芯片的特点。 了解几种常见的Zigbee协议栈。 掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装。 理解Zigbee与无线传感器网络的关系。
13
无线传感器网络与Zigbee技术之间的关系可以从两方 面进行分析：一是协议标准；二是应用。其具体关系的描述 如下。
从协议标准来讲，目前大多数无线传感器网络的物理 层和MAC层都采用IEEE802.15.4协议标准。IEEE802.15.4描 述了低速率无线个人局域网的物理层和媒体接入控制(MAC) 层协议，属于IEEE802.15.4工作组，而Zigbee技术是基于 IEEE802.15.4标准的无线技术。
5
1.1.1 Zigbee的由来和发展 1. Zigbee名字的由来 Zigbee名字起源于蜜蜂之间传递信息的方式。蜜蜂通
过一种特殊的肢体语言告知同伴新发现的事物源的位置信息， 这种肢体语言是Zigzag(之字形，Z字形)舞蹈，借此意义以 Zigbee作为新一代无线通信技术的命名。在此之前Zigbee也 被称为HomeRF Lite、RF-EasyLink或FireFly无线电技术， 现在统一称为Zigbee技术。
8
2005年12月，Chipcon公司推出内嵌定位引擎的Zigbee IEEE802.15.4解决方案CC2431。2006年2月，TI公司收购 Chipcon公司，又相继推出一系列的Zigbee芯片，比较有代 表性的片上系统有CC2530等。
TI公司在软件方面发展得比较快。2007年1月，TI公 司宣布推出Zstack协议栈，目前已被全球众多Zigbee开发商 所采用。Zstack协议栈符合Zigbee2006规范，支持多种平台， 其中包括面向IEEE802.15.4/Zigbee的CC2430片上系统解决 方案、基于CC2420收发器的新平台以及TI公司的MSP430超低 功耗控制器(MCU)。除此之外，Zstack还支持具备定位感知 特性的CC2431。
1. 低功耗 低功耗是Zigbee重要的特点之一。一般的Zigbee芯片 有多种电源管理模式，
16
这些管理模式可以有效地对节点的工作和休眠进行配置，从 而使得系统在不工作时可以关闭射频部分，极大地降低了系 统功耗，节约了电池的能量。
2. 低成本 Zigbee网络协议简单，可以在计算能力和存储能力都 很有限的MCU上运行，非常适用于对成本要求苛刻的场合。 现有的Zigbee芯片一般都是基于8051单片机内核，成本较低， 这对于一些需要布置大量无线传感器网络节点的应用是很重 要的。
26
3. CC253X系列 CC253X系列的Zigbee芯片主要是CC2530/CC2531，它 们是CC2430/CC2431的升级，在性能上要比CC243X系列稳定。 CC253X系列芯片是广泛使用于2.4 G片上系统的解决方案， 建立在IEEE802.15.4标准协议之上。其中CC2530支持 IEEE802.15.4以及Zigbee、Zigbee PRO和Zigbee RF4CE标准， 且提供了101 dB的链路质量指示，具有优秀的接收器灵敏度 和强抗干扰性。CC2531除了具有CC2530强大的性能和功能外， 还提供了全速的USB2.0兼容操作，支持5个终端。
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1994年，加州大学洛杉矶分校的Willian J.Kaiser教授向美 国国防部高级研究计划局提交了研究建议书《低功率无线集 成微传感器》，以便于深入研究无线传感器网络。1998年， G.J.Pottie从网络的研究角度重新阐释了无线传感器网络的 科学意义。同年，美国国防部高级研究计划局投入巨资启动 SensIT项目，目标是实现“超视距”战场监测。1999年9月， 美国《商业周刊》将无线传感器网络列入21世纪最重要的21 项技术之一，被认为是21世纪人类信息研究领域所面临的重 要挑战之一。
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1.1.2 无线传感器网络与Zigbee的关系 1. 无线传感器网络 无线传感器网络是指大量的静止或移动的传感器以自
组织和多跳的方式构成的无线网络。其目的是协作地感知、 采集和处理传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息， 并报告给用户。
无线传感器网络起源于20世纪70年代，是一种特殊的 无线网络，最早应用于美国军方，例如空中预警控制系统。 这种原始的传感器网络只能捕获单一信号，传感器节点只能 进行简单的点对点通信。
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3. 大容量 Zigbee设备既可以使用64位IEEE网络地址，又可以使 用指配的16位网络短地址。在一个单独的Zigbee网络内，理 论上可以容纳最多65 536个设备。 4. 可靠 无线通信是共享信道的，因而面临着众多有线网络所 没有的问题。Zigbee在物理层和MAC层采用IEEE802.15.4协 议，使用带时隙或不带时隙的“载波检测多址访问/冲突避 免”(CSMA/CA)的数据传输方法，并与“确认和数据检验” 等措施相结合，可保证数据的可靠传输。
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1980年，美国国防部高级研究计划局提出了分布式传 感器网络项目，开启了现代无线传感器网络研究的先例。此 项目由美国国防部高级研究计划局信息处理技术办公室主任 Robert Kahn主导，并由卡耐基·梅隆大学、匹兹堡大学和 麻省理工学院等大学研究人员配合，旨在建立一个由空间分 布的低功耗传感器节点构成的网络。这些节点之间相互协作 并自主运行，将信息送达处理的节点。
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1.1.4 Zigbee芯片 目前最常见的Zigbee芯片为CC243X系列、MC1322X系
列和CC253X系列。下面分别介绍三种系列芯片的特点。 1. CC243X系列 CC2430/CC2431是Chipcon公司(已被TI收购)推出的用
来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4 GHz IEEE802.15.4/Zigbee协议，是世界上首个单芯片Zigbee解 决方案。CC2430/CC2431片上系统家族包括三个不同产品： CC2430-F32、CC2430-F64和e的关系 无线传感器网络的应用，一般不需要很高的带宽，但 对功耗要求却很严格，大部分时间必须保持低功耗。传感器 节点通常使用存储容量不大的嵌入式处理器，对协议栈的大 小也有严格的限制。另外，无线传感器网络对网络安全性、 节点自动配置和网络动态重组等方面也有一定的要求。无线 传感器网络的特殊性对应用于该技术的协议提出了较高的要 求，目前使用最广泛的无线传感器网络的物理层和MAC层协 议为IEEE802.15.4。
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Zigbee模块类似于移动网络的基站，通信距离从几十 米到几百米，并支持无线扩展。Zigbee理论上可以是一个由 65 536个无线模块组成的无线网络平台，在整个网络覆盖范 围内，每一个Zigbee模块之间可以互相通信。
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2. Zigbee技术的发展 2003年12月，Chipcon公司推出第一款符合2.4 GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器CC2420，而后又有很多家公 司推出与CC2420收发芯片相匹配的处理器，其中以ATMEL公 司的Atmega128最成功(即常用方案是Atmega128 + CC2420)。 2004年12月，Chipcon公司推出全球第一个IEEE 802.15.4 Zigbee片上系统解决方案—CC2430无线单片机， 该芯片内部集成了一款增强型的8051内核以及当时业内性能 卓越的射频收发器CC2420。
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提供了优秀的接收器灵敏度和较强的抗干扰性、多种供电模 式以及一套广泛的外设集(包括2个高速UART、12位ADC和64 个通用GPIO，4个定时器，I2C等)。除了更强的MCU外，还改 进了射频输出功率、灵敏度和选择性，提供了超越第一代 CC2430的重要性能改进，而且支持一般低功耗无线通信，还 可以配备一个标准网络协议栈(Zigbee，Zigbee RF4CE)来简 化开发，因此可被广泛应用在住宅区和商业自动化、工业控 制、卫生保健和消费类电子等产品中。其主要特性如下：
高性能、低功耗8051微控制器内核。 极高的灵敏度及抗干扰能力。
21
强大的DMA功能。 外围电路只需极少的外接元件。 电流消耗小(当微控制器内核运行在32MHz时，RX为27 mA，TX为25 mA)。 硬件支持CSMA/CA。 电源电压范围宽(2.0～3.6 V)。 支持数字化接收信号强度指示器/链路质量指示 (RSSI/LQI)。
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1.1.3 Zigbee技术的特点 Zigbee可工作在2.4 GHz(全球流行)、868 MHz(欧洲
流行)和915 MHz(美国流行)三个频段上，分别具有最高 250 kb/s、20 kb/s和40 kb/s的传输速率，它的传输距离在 10～75 m的范围内。Zigbee作为一种无线通信技术，具有以 下几个特点。
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1.1 Zigbee技术概述
Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的 双向无线通信技术。它主要用于距离短、功耗低且传输速率 不高的各种电子设备之间的数据传输(包括典型的周期性数 据、间歇性数据和低反应时间数据)。
4
Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是IEEE802.15.4仅 处理低级的MAC(媒体接入控制协议)层和物理层协议， Zigbee联盟对网络层协议和应用层协议进行了标准化。
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从应用上来讲，Zigbee适用于通信数据量不大、数据 传输速率相对较低、成本较低的便携或移动设备。这些设备 只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一 个传感器传到另外一个传感器，并能实现传感器之间的组网， 实现无线传感器网络分布式、自组织和低功耗的特点。
从以上两个方面来讲，Zigbee是实现无线传感器网络 应用的一种重要的技术。
1 第1章 Zigbee概述
1.1 Zigbee技术概述 1.2 Zigbee软件开发平台 1.3 Zigbee硬件开发平台
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掌握Zigbee技术概念。 理解Zigbee技术特点。 了解常用Zigbee芯片的特点。 了解几种常见的Zigbee协议栈。 掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装。 理解Zigbee与无线传感器网络的关系。
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无线传感器网络与Zigbee技术之间的关系可以从两方 面进行分析：一是协议标准；二是应用。其具体关系的描述 如下。
从协议标准来讲，目前大多数无线传感器网络的物理 层和MAC层都采用IEEE802.15.4协议标准。IEEE802.15.4描 述了低速率无线个人局域网的物理层和媒体接入控制(MAC) 层协议，属于IEEE802.15.4工作组，而Zigbee技术是基于 IEEE802.15.4标准的无线技术。
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1.1.1 Zigbee的由来和发展 1. Zigbee名字的由来 Zigbee名字起源于蜜蜂之间传递信息的方式。蜜蜂通
过一种特殊的肢体语言告知同伴新发现的事物源的位置信息， 这种肢体语言是Zigzag(之字形，Z字形)舞蹈，借此意义以 Zigbee作为新一代无线通信技术的命名。在此之前Zigbee也 被称为HomeRF Lite、RF-EasyLink或FireFly无线电技术， 现在统一称为Zigbee技术。
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2005年12月，Chipcon公司推出内嵌定位引擎的Zigbee IEEE802.15.4解决方案CC2431。2006年2月，TI公司收购 Chipcon公司，又相继推出一系列的Zigbee芯片，比较有代 表性的片上系统有CC2530等。
TI公司在软件方面发展得比较快。2007年1月，TI公 司宣布推出Zstack协议栈，目前已被全球众多Zigbee开发商 所采用。Zstack协议栈符合Zigbee2006规范，支持多种平台， 其中包括面向IEEE802.15.4/Zigbee的CC2430片上系统解决 方案、基于CC2420收发器的新平台以及TI公司的MSP430超低 功耗控制器(MCU)。除此之外，Zstack还支持具备定位感知 特性的CC2431。
1. 低功耗 低功耗是Zigbee重要的特点之一。一般的Zigbee芯片 有多种电源管理模式，
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这些管理模式可以有效地对节点的工作和休眠进行配置，从 而使得系统在不工作时可以关闭射频部分，极大地降低了系 统功耗，节约了电池的能量。
2. 低成本 Zigbee网络协议简单，可以在计算能力和存储能力都 很有限的MCU上运行，非常适用于对成本要求苛刻的场合。 现有的Zigbee芯片一般都是基于8051单片机内核，成本较低， 这对于一些需要布置大量无线传感器网络节点的应用是很重 要的。
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3. CC253X系列 CC253X系列的Zigbee芯片主要是CC2530/CC2531，它 们是CC2430/CC2431的升级，在性能上要比CC243X系列稳定。 CC253X系列芯片是广泛使用于2.4 G片上系统的解决方案， 建立在IEEE802.15.4标准协议之上。其中CC2530支持 IEEE802.15.4以及Zigbee、Zigbee PRO和Zigbee RF4CE标准， 且提供了101 dB的链路质量指示，具有优秀的接收器灵敏度 和强抗干扰性。CC2531除了具有CC2530强大的性能和功能外， 还提供了全速的USB2.0兼容操作，支持5个终端。