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威士丹利ZigBee智能家居控制系统原理

发布于2022.08.05 人已读

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议,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,它的传输距离在10-200m的范围内。


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。从网络容量来说,其可以扩展到65000的数量,绝对满足智能家居产品的接入要求,速率有250K,对于无需大数据传输的家居设备来说绰绰有余。目前新型的智能家居产品多数采用Zigbee进行控制和组网连接。


随着全屋智能不断普及,未来ZigBee将成为智能家居普遍支持的主流通讯协议之一。ZigBee 3.0提供了良好的兼容性、安全性与可靠性,并且,由于 ZigBee 3.0 的设备搭载能力大,可接入上百个智能家居设备,不易掉线,有效解决了智能家居设备连接数量少、状态不稳定的痛点,为全屋智能的实现提供了更有的基础。


可是已经有了WiFi、蓝牙,为何还需要ZigBee?

虽然蓝牙技术许多优点,但对工业、家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,它显得太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等。

威士丹利ZigBee智能家居控制系统原理(图1)


特别是在工业自动化领域,对无线数据通信的需求越来越强烈。对于工业现场,这种无线数据传输必须有很高的可靠性,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。


因此,ZigBee协议在2003年正式问世。

ZigBee的Mac层、PHY层基于 IEEE802.15.4协议。根据这个协议规定的技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。


ZigBee有何魅力?

1.低功耗

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。相比之下蓝牙可以工作数周、WiFi可以工作数小时;


2.低成本

通过大幅简化协议使成本很低(不足蓝牙的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的协议专利免费;


3.短时延

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


4.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;


5.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(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。



威士丹利ZigBee智能家居控制系统原理(图2)



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