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ZigBee技术与SJK晶振产品应用

来源: 发布时间:2015-01-16 点击量:2013

ZigBee的起源

ZigBee, 在中国被译为"紫蜂",它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线技术。

用于传感控制应用(Sensor and Control)。

ZigBee的底层技术基于 IEEE 802.15.4。

物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4。

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,家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,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,对无线数据通信的需求越来越强烈,而且,对于工业现场,这种无线数据传输必须是高可靠的,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。

Zigbee自身的技术优势

1. 低功

在低耗电待机模式下,2 节5 号干电池可支持1个节点工作6~24个月,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

2. 低成本

通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2 美元。

3. 低速率

ZigBee工作在20~250 kbps的较低速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。

4. 近距离

传输范围一般介于10~100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到1~3 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。

5. 短时延

ZigBee 的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15 ms,节点连接进入网络只需30 ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10 s、WiFi 需要3 s。

6. 高容量

ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。

7. 高安全

ZigBee 提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128) 的对称密码,以灵活确定其安全属性。

8. 免执照频段

采用直接序列扩频在工业科学医疗( ISM) 频段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美国) 和868 MHz(欧洲) 。

9. 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。

具备自组织、自愈能力的无线通信网络才是自动抄表系统最理想的通信方式。

ZigBee的频带

1) 868MHZ 传输速率为20KB/S 适用于欧洲

2) 915MHZ 传输速率为40KB/S 适用于美国

3) 2.4GHZ 传输速率为250KB/S 全球通用

由于此三个频带物理层并不相同,其各自信道带宽也不同,分别为0.6MHZ,2MHZ和5MHZ。分别有1个10个和16个信道.

不同频带的扩频和调制方式有区别。虽然都使用了直接扩频(DSSS)的方式,但从比特到码片的变换方式有较大的差别。

调制方式都用了调相技术,但868MHZ和915MHZ频段采用的是BPSK,而2.4GHZ频段采用的是OQPSK,在发射功率为0dBm的情况下,BLUETOOTH通常能用10M的作用范围。

而基于IEEE 802.15.4的ZigBee在室内通常能达到30-50米作用距离,在室外如果障碍物少,甚至可以达到100米作用距离。

所以ZigBee可归为低速率的短距离无线通信技术。

Zigbee的应用前景

ZigBee并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争,它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场,它有着广阔的应用前景。ZigBee联盟预言在未来的四到五年,每个家庭将拥有50个ZigBee器件,最后将达到每个家庭150个。据估计,到2007 年,ZigBee 市场价值将达到数亿美元。其应用领域主要包括:

◆家庭和楼宇网络:空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等;

◆工业控制:各种监控器、传感器的自动化控制;

◆商业:智慧型标签等;

◆公共场所:烟雾探测器等;

◆农业控制:收集各种土壤信息和气候信息;

◆医疗:老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。

◆消费性电子设备:电视、DVD、CD机等电器 (含ZigBee功能的手机就可以支持主要遥控器功能)。

◆PC外设:无线键盘、鼠标、游戏操纵杆等。

ZigBee的晶振产品

目前,支持ZigBee技术的芯片主要有TI(Chipcon),CC2430,CC2420,CC2530等,主要用到的晶振产品频率为32.768kHz和32MHz晶振产品。例如使用SMD 1612贴片晶振(1.6*1.2*0.35mm),SMD 2016晶体振荡器(2.0*.1.6*0.75mm),SMD 2012(2.0*1.2*0.6mm)32.768kHz石英晶振,SMD 1612(1.6*1.2*0.6mm)TCXO,差分输出晶体振荡器(LVDS/LVPECL/HCSL),OCXO(恒温晶体振荡器),SMD 7050(7.0*5.0*1.4mm)贴片晶体滤波器,SMD 3225(3.2*2.5*0.8)声表谐振器,SMD 2520(2.5*2.0*0.9mm)32.768kHz贴片有源晶振等多款晶振。

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