當前，華爾街的金融風暴來勢兇猛，許多技術領域都感到陣陣寒風，然而，具有綠色特點和節能特征的ZIGBEE技術，卻在這波風暴中，依然紅火，發展迅速。

ZIGBEE聯盟最近推出了最新的ZIGBEE PRO技術，在自動跳頻處理，可靠網狀網絡多路徑自動路由選擇，大型復雜網絡，網絡安全等方面，取得了突破進展，使無線網絡功耗更低，運行更可靠；以TI/CHIPCON為代表的一批廠家，也陸續推出了完全免費的ZIGBEE協議棧和一大批新的無線SoC芯片和系列擴展電路，這些芯片以低成本，微功耗為特征，加速了ZIGBEE技術的產品化和實用化的步伐，使ZIGBEE技術以越來越快的速度，開始融入我們生活的方方面面，也越來越快的進入各行各業，在節能，環保，數字家庭，現代農業，工業自動化，健康照顧等等領域，大顯神通；據有關市場研究機構估計，到2010年，全球將會銷售多達5億8千萬片ZIGBEE芯片。

一、突破ZIGBEE應用系統設計的瓶頸

ZIGBEE技術是建立在IEEE802.15.4國際標準上的一種自組織無線網絡技術，主要的硬件基礎是一個符合IEEE802.15.4國際標準硬件收發器和一個微控制器（可以是任何8、16、32位內核的微控制器，國內也稱為單片機），軟件主要是運行于單片機內部的一套軟件，稱為ZIGBEE協議棧。

對于一個實際ZIGBEE應用系統的設計，設計者主要面對的技術難點有三個，通訊距離，高頻設計技術和無線軟件技術，這也是ZIGBEE技術走向應用的主要瓶頸。

1、通訊距離問題，由于一般的ZIGBEE前端RF部分輸出大部分只有0DBM，點對點開闊地帶 實際通訊距離只有幾十米，如果加上環境和阻擋因數，通訊距離還會縮水。雖然可以通過中繼路由來解決，都是很多應用還是有困難，像無線點菜系統，棉田滴灌系統，安防系統，樓宇監控，醫院應用，糧庫監控，電力線監控，井下定位等等，都需要比較長的通訊距離才可以滿足需要；

2、ZIGBEE芯片工作在2.4GHZ和900MHZ的高頻率，硬件設計不可能繞開高頻設計和調試，需要的高頻設備如頻譜分析儀等，價格較高，也構成了一定技術門檻；

3、為了實時處理復雜的無線網絡管理和路由，ZIGBEE軟件協議棧代碼比較復雜，同時涉及比較多的無線技術知識背景，掌握這些無線軟件需要比較多的時間，加上協議棧在不斷升級，使用的微控制器也在不斷變化中，也加長了開發和調試周期；

這些瓶頸，早已經被相關廠家所重視，目前我們看到，很多廠家已經推出了各種比較完整的解決方法。

對于ZIGBEE通訊距離的擴展，目前采用外部擴展和內部增加放大器兩套辦法，TI最近推出的CC2591放大器芯片，就是比較典型的外部擴展的辦法，CC2591能夠和CC2430等ZIGBEE單芯片完整結合，以非常低的成本，實現ZIGBEE通訊距離的擴展，圖一是CC2591原理和采用CC2591CC+2430設計的EZ-Lbee模塊系列產品。

圖一CC2591CC+2430設計的EZ-Lbee模塊

采用CC2591后，ZIGBEE網絡通訊距離可以輕易在點對點開闊地帶通訊距離可以達到600米以上， 通過ZIGBEE網狀網絡的自動中繼路由 ，可以容易實現微功耗下數十公里的網絡 通訊和無線傳感器網絡。

由于大量模塊化產品的出現，也就同時解決了第二個應用瓶頸，這些模塊只有大約1平方英寸大小（隨著工藝改進還會越來越小），可以使用AA電池供電，也非常容易集成到用戶系統中去；對于用戶使用而言，從模塊入手，完全避免的高頻設計和調試的問題，可以將自己的主要精力主要集中到自己的應用系統設計。

而且由于目前的模塊，大多數在出廠時也配備了一套ZIGBEE串口通訊協議，這套協議將復雜的ZIGBEE應用，轉換為簡單的，具有ZIGBEE網絡功能的AT命令集，例如加入網絡，配置網絡，數據收發等功能，都可以通過單片機向串口發送簡單的操作命令來完成，用戶只要會單片機串口編程，無需要深入研究ZIGBEE協議棧，就可以輕松使用ZIGBEE技術；這樣，就解決了第三個主要的技術瓶頸。

二、 標準產品和評估系統加快ZIGBEE應用系統集成

通過使用內置ZIGBEE網絡功能的長距離微功耗模塊，基本解決了ZIGBEE技術走向實際應用的主要瓶頸，但是，對于系統集成商和應用集成商而言，要在自己熟悉的行業，將ZIGBEE技術容易的集成到自己的系統中去，還會面臨2個其他方面的困難。一是評估困難，二是缺乏部件化的標準組件。

第一方面的困難是：ZIGBEE是一種全新的技術，系統集成商在開始進行評估時，缺乏必要的實際評估系統，所以無法實際觀測和了解ZIGBEE技術實際效果，如通訊距離，抗干擾能力，功耗，環境適應等，而且對這樣的系統如何設計，也心中無數；

第二方面的困難是，缺乏標準的應用組件，可以容易的向搭積木一樣，迅速采用這些標準部件，構成自己需要的ZIGBEE系統；

其實，標準產品，也可以用來作為快速評估系統 ， 根據目前這樣的實際應用需要，不少廠家也陸續推出了各種ZIGBEE標準產品，包括網關（實現ZIGBEE網絡和GPRS，WI-FI，以太網，藍牙等網絡的互聯），路由器，低功耗節點，也推出了各種應用評估系統.

這些標準產品都是“即插即用”的產品，你可以像搭積木一樣，在很短時間內，對ZIGBEE技術進行現場測試，也很容易將這些標準產品集成到你自己的系統中去，實現一個長距離，微功耗的巨大網狀網絡和各種行業應用；

三、ZIGBEE應用系統設計的層次和實例

隨著ZIGBEE技術和無線傳感器網絡技術不斷向更加廣闊的應用領域深入，如果是采用由淺入深的路徑，大概順序如下：

1、系統集成，在這個層次，主要是要掌握ZIGBEE技術的應用特征，例如系統可靠性和網絡可靠性，通訊距離，抗干擾性能，低功耗性能等，使用標準產品和評估系統進行是比較好的進入點；

優點是：入門需要的時間短，幾個小時或幾天；

缺點是：系統靈活性可能不夠，成本稍微高一些；

2、采用模塊和自己的單片機系統組合設計，這要求對單片機技術比較熟悉，當然最好是采用自己熟悉的單片機，主要工作是熟悉ZIGBEE AT命令集，如何通過AT命令集來操作復雜的ZIGBEE無線網絡，由于不需要分析無線協議棧代碼和進行高頻設計，用戶可以將主要精力集中在自己的應用代碼開發；

優點是：入門時間是一星期或更短；（如果能夠使用帶有驅動源代碼的模塊開發系統，還可以進一步縮短上手時間）；

缺點是：需要在模塊后面，加上自己的微控制器，成本稍有增加；

3、采用模塊或者直接使用ZIGBEE芯片進行自己的ZIGBEE應用系統設計；

如果不希望進行高頻設計，可以從模塊開始，直接使用TI等公司提供的ZIGBEE協議棧源代碼和庫文件，自己進行應用代碼的編寫，然后直接下載到模塊進行調試，由于EZ-Lbee這樣的通用，開放，開源模塊的出現，使這種開發辦法成為了可能。

當然，也可以自己直接采用CC2430/CC2431等芯片，使用ZIGBEE開發系統，進行設計；

優點是：可以實現單芯片化設計，最終產品成本最低；

缺點是：需要對軟件和ZIGBEE協議棧進行消化和分析，也需要高頻設計方面的知識和經驗，需要的時間可能是數月或更長；

當然，我們也可以將上述過程看成一個對ZIGBEE技術逐步深入的過程的不同階段，而這些階段，也是一個入門和熟悉ZIGBEE技術的漸進過程。

下面，我們就以一個實際應用系統設計例子，來看看如何實現應用系統評估設計全過程：

應用實例：ZIGBEE無線溫度傳感器網絡系統

主要功能： 對溫濕度進行無線測量、監控、記錄；

應用對象：高層字樓、醫院、，成品庫、醇化庫、發酵庫、儲絲房、糧庫、煙草庫，溫室大棚等，需要對溫度，濕度進行監控，而且布線困難的應用。系統應用框圖（ 圖4）

圖四 ZIGBEE無線溫度傳感器網絡系統

應用系統的評估和開發過程：

評估： 采用評估系統，安裝電池，安裝PC監控應用軟件，系統自動組網，PC軟件顯示出傳感器節點傳來的實時數據，10分鐘內完成安裝，可以方便進行通訊距離，可靠性等評估；

模塊級別外置微控制器開發：

使用自己選擇的微控制器接口 標準產品模塊，采用ZIGBEE模塊開放系統，在AT命令級別進行自己的軟件開發，下面是外置8051和STM32兩種ZIGBEE模塊開發平臺，軟件支持KEIL 8051和STM32位平臺。見圖五

圖五 外置8位和32位微控制器的ZIGBEE 模塊開發系統

模塊內部軟件開發：

將模塊從應用系統或者模塊開發系統20腳插座取下來，直接插入C51RF－3－PK這樣ZIGBEE開發系統的20腳插座，不需要任何硬件更改，就可以直接采用IAR等軟件開發平臺和TI免費ZIGBEE協議棧進行CC2430內部ZIGBEE協議棧和應用軟件代碼開發，包括編譯，下載，調試等，實現單芯片，低成本的高級ZIGBEE應用；

從上面的這個例子我們可以看到，由于ZIGBEE芯片廠家和應用支持廠家大量推出各種標準產品和評估工具，開發系統，開放資源的模塊和模塊開發工具，免費ZIGBEE協議棧等，大大降低了ZIGBEE技術入門臺階，目前用戶可以方便的根據自己的實際情況，確定進入和入門的方式，輕松開始ZIGBEE應用系統設計和輕松將ZIGBEE技術集成在自己的行業應用中。

責任編輯：gt