消防物联网实战中的ZigBee技术

(1)技术特点

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,它介于射频识别和蓝牙之间。它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通信以实现定位。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。

日常工作生活中可以把ZigBee模块应用在家庭、楼宇自动化、电子消费产品、玩具、游戏产品、传感器以及工业控制等领域中,其特点如表4.1所示。

表4.1　ZigBee典型技术特点

ZigBee与Internet、HomeRF网络信息的传送相比,它具有造价低、稳定性好、协议栈开发简单等优点,因此系统构建较为简单。

(2)ZigBee节点功能分析

ZigBee节点主要由感知模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块组成。图4.5展示了ZigBee节点的硬件模型图。

图4.5　ZigBee节点硬件模型图

如图4.5所示,感知模块由传感器模块及AD转换模块构成。传感器模块完成环境信息的采集并以模拟量传输;得到模拟量后由AD转换模块通过转换变为可以被系统识别出的数字量,最后由数据处理模块完成数据的处理操作。

数据处理模块由处理器及存储模块组成。其中处理器负责ZigBee节点的启动、网络的组件、信息的获取和传送并且实现数据优化等操作;而程序和数据的保存由存储模块完成,比如:节点采集完成后没有处理的信息和完成处理后未进行发送的信息,在存储模块中被保存。

无线通信模块由射频模块、网络层和物理层组成。射频模块将物理层传送的信号完成调制后进行转发以及将天线发来的信号实现解调后向物理层传输。网络层用于实现自身的通信协议;物理层需要实现数据链路层的通信协议。

电源模块的任务是当系统正常工作时向每个模块提供工作电压。

(3)ZigBee的网络架构分析

ZigBee网络中,ZigBee节点需要完成特定的网络功能使命以及相应参数的设置。依据ZigBee节点需要实现的功能,可将其划分为3部分:路由器、协调器、终端节点。

1)路由器

在路由器加入ZigBee网络后,路由器便主要完成ZigBee网络中数据传送的任务。通常情况下,要想保障ZigBee网络工作的稳定可靠,路由器都必须保证在工作模式下,于是路由器的功耗问题需要更深入的研究。

2)协调器

协调器拥有的功能较完善,能够实现整体网络的连接控制,选择合适的信道与网络符号后,便能完成启动并创建网络。协调器在创建网络等基础工作完成后,便扮演路由器的角色,进行信息的传输及保存等功能任务。(www.xing528.com)

3)终端节点

终端节点用来实现外界环境或人体体征信息的采集,为了降低终端节点的能耗,通常可以将其设置为休眠模式或唤醒状态。

ZigBee网络系统中,可将拓扑结构划分为3种类型:星型网络、树状网络及网状网络。整体网络构建中可选用其中一种,也可根据每一种拓扑结构的优点将它们组合起来构成一种新的拓扑结构。图4.6为ZigBee网络的3种拓扑结构图。

图4.6　ZigBee网络拓扑图

系统使用的拓扑结构不相同,相应的模型便不一样,网络中各个节点的参数设置也不一样。表4.2中比较了3种不同ZigBee拓扑结构的特征。

表4.2　ZigBee基本拓扑结构的特点

续表

4)ZigBee技术主要应用领域

ZigBee因为功耗低的优势在数据传输速率要求不高且传输距离短的设备中得到了广泛应用,主要应用领域包括:

①家庭和楼宇网络:调控空调温度、自动控制照明、家电远程控制等。

②工业控制:各种传感器以及监控器的自动化控制。

③商业:智慧型标签等。

④环境控制:烟雾传感器、湿温度传感器等。

⑤精细农业:现代农业使用传感器网络后,将传感器采集的土壤温湿度等数据信息通过网络发送给监控中心,经过分析信息后得出结论建议,帮助指导农业种植。

同时ZigBee技术在其他领域的应用前景也很广阔,比如:休闲领域、酒店服务业等。未来将会有更多具有ZigBee功能的设备走进我们的生活,生活品质将会得到很大的提升。