《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ZigBee與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫接入

2011-09-07
作者:致遠(yuǎn)電子
來(lái)源:來(lái)源:微型機(jī)與應(yīng)用2011年第7期

1 前言
    ZigBee網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)異性在之前的文章中已經(jīng)有所提及,為擴(kuò)展ZigBee網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍,需要從使用場(chǎng)合、通信距離等方面做延伸。本文講述ZigBee到圖1所示串口、USB、以太網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換技術(shù),通過(guò)這些技術(shù),ZigBee得以向其他網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放。

2 ZigBee接入串口
    ZigBee最常見(jiàn)的接入方式是TTL串口,因?yàn)镾OC的ZigBee芯片一般都有TTL串口,無(wú)論是面對(duì)MCU還是PC,都是最簡(jiǎn)便易用的接口形式,到達(dá)實(shí)際的通信應(yīng)用,包含RS232、RS485和RS422等形式,本文提及的USB、GPRS和以太網(wǎng)都是以此為基礎(chǔ)的。ZigBee轉(zhuǎn)串口模塊如圖2所示。

    ZigBee數(shù)據(jù)鏈路層傳輸原則一般為兩種:第一種是透明傳輸,即串口收到的數(shù)據(jù)原樣地發(fā)給無(wú)線,不添加任何字節(jié),當(dāng)需要發(fā)給不同的目標(biāo)地址時(shí),使用特殊的配置命令,這種方式在多點(diǎn)傳輸?shù)那闆r下,耗時(shí)會(huì)比較大,但是在定點(diǎn)傳輸?shù)臅r(shí)候,效率很高。第二種方式為協(xié)議幀傳輸,即在每個(gè)數(shù)據(jù)包的前面添加目的地址等信息,這樣會(huì)占用一定字節(jié)的負(fù)載數(shù)據(jù),并且在定點(diǎn)大數(shù)據(jù)量傳輸時(shí),會(huì)產(chǎn)生不必要的數(shù)據(jù)信息,兩種方式都會(huì)硬件CRC校驗(yàn),因此不存在需要重復(fù)信息進(jìn)行冗余性保護(hù)的問(wèn)題。
3 ZigBee接入U(xiǎn)SB
    PC要管理ZigBee網(wǎng)絡(luò),需要一個(gè)類似“上網(wǎng)卡”的設(shè)備,插到最常用的USB口。目前最為簡(jiǎn)便的方案是低成本ZigBee芯片加串口轉(zhuǎn)USB芯片,這種方案會(huì)在PC上生成一個(gè)虛擬串口,通過(guò)此串口,即可使用ZigBee管理配置軟件。市面上的ZigBee分析儀、網(wǎng)關(guān),基本采用此方案。相比于使用帶USB接口的高級(jí)MCU,這個(gè)方案不僅成本低,復(fù)雜性也低,PC開(kāi)發(fā)的軟件只要對(duì)串口編程即可。
    周立功公司的ZigBee-U產(chǎn)品即為USB轉(zhuǎn)ZigBee“上網(wǎng)卡”,在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí),ZigBee-U配合PC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)掃描,單點(diǎn)測(cè)試通信,對(duì)于故障排查非常有用。
4 ZigBee轉(zhuǎn)CAN網(wǎng)絡(luò)
    在某些場(chǎng)合CAN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)鋪設(shè),為在其上架設(shè)無(wú)線ZigBee網(wǎng)絡(luò),需要使用ZigBee轉(zhuǎn)CAN網(wǎng)關(guān),ZigBee模塊自身帶串口,只要添加一個(gè)CTM8251T模塊,即可完成物理層的轉(zhuǎn)換。其上運(yùn)行符合客戶需求的CAN協(xié)議幀,實(shí)現(xiàn)ZigBee和CAN網(wǎng)絡(luò)的互相轉(zhuǎn)換。
    此類型的網(wǎng)關(guān)在井下礦道人員檢測(cè)中,作為無(wú)線路由基站“定位參考點(diǎn)”,根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度定位人員的位置。如圖3所示。

5 ZigBee接入互聯(lián)網(wǎng)
  ZigBee屬于短距離無(wú)線通信技術(shù),范圍有限,為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,可以接入到互聯(lián)網(wǎng)中,這類型的網(wǎng)關(guān)內(nèi)部集成嵌入式TCPIP協(xié)議棧,可以通過(guò)配置實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的訪問(wèn)。
    在具體實(shí)施過(guò)程中,也可由以太網(wǎng)作為有線的骨干網(wǎng),在合適位置接出ZigBee以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān),即可完成類似CAN網(wǎng)絡(luò)形式的組網(wǎng),在西安某油田就使用此方案進(jìn)行ZigBee網(wǎng)絡(luò)覆蓋。ZigBee轉(zhuǎn)以太網(wǎng)如圖4所示。


6 ZigBee接入手機(jī)網(wǎng)絡(luò)
    為實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)到手機(jī)網(wǎng)絡(luò)GPRS的聯(lián)通,需要一個(gè)ZigBee到GPRS的轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),這種類型的網(wǎng)關(guān)具有一張手機(jī)卡,能通過(guò)上網(wǎng)的形式連接到監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)程序上,使用時(shí),先把監(jiān)控中心的公網(wǎng)IP地址和端口號(hào)配置到網(wǎng)關(guān)中,這樣網(wǎng)關(guān)在上電后就會(huì)主動(dòng)連接上監(jiān)控中心,并把監(jiān)控中心下發(fā)的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)給一線的終端設(shè)備,同時(shí)還會(huì)把終端設(shè)備通過(guò)ZigBee上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心。目前智能無(wú)線路燈控制系統(tǒng)中,現(xiàn)場(chǎng)到監(jiān)控室的連接基本上是采用此方案。ZigBee轉(zhuǎn)GPRS模塊如圖5所示。

7 結(jié)語(yǔ)
    通過(guò)本文可以看到ZigBee網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不是單一的網(wǎng)絡(luò),通過(guò)各種類似外交官的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換技術(shù)和產(chǎn)品,ZigBee已經(jīng)嵌入到目前主流的通信網(wǎng)絡(luò)中,這種開(kāi)放性可以彌補(bǔ)ZigBee技術(shù)自身的局限性,ZigBee技術(shù)在不斷的推廣,必然也會(huì)帶來(lái)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展。

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