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2018年05月24日 | ZigBee如何快速一键自组网?

2018-05-24

ZigBee技术作为物联网领域最常用的无线技术,经常受限于协议栈开发难、组网过于繁琐等问题而难以应用,这里将为您介绍ZigBee如何快速一键自组网?


ZigBee技术作为物联网领域最常用的无线技术,目前在智能家居、农田智能管理、节能应用等行业得到大量应用。为方便大家利用ZigBee进行项目开发,今天对ZigBee协议栈及组网相关知识做个分享。


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图 1  ZigBee无线网络应用

ZigBee协议栈可以分为四层:物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)及应用层(APL)。如图2所示,粉色的部分是由IEEE标准中定义的,浅蓝色部分是由ZigBee联盟规定的,黄色部分是由设备厂商自行定义。


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图 2  ZigBee协议栈图示

ZigBee协议栈的物理层及MAC层都是IEEE802.5.14标准中定义的。PHY层(物理层)规定了所使用的频段,以及所使用的编码、调制、扩频、调频等无线传输技术。


MAC层的主要作用规定了无线信道的访问控制机制,也就是规定各个设备按照什么规矩轮流使用信道;如果没有MAC层协议,节点一多,没有规矩的收发机制,就会发生信号冲突,则无法正常传输数据了。


ZigBee协议栈在802.15.4协议基础上定义了网络层。网络层的主要作用是负责设备的连接和断开、在帧数据传递时采用的安全机制、路由发现和维护。简单说,就是保障设备之间的组网和网络节点间的数据传输。


标准的ZigBee网络协议包括协调器、路由器和终端节点,而建立一个ZigBee网络除了必须要有的协调器之外,仅需加上路由器或终端节点即可。


在启动标准ZigBee Pro网络通讯前,如果没有建立存储跳转路径的路由表,则节点无法通信,同样需要定时地发送网络报文检查节点是否异常。由此可见,ZigBee Pro不仅启动速度慢,而且定时发送网络报文占用大量的带宽。

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图 3 ZigBee Pro组网图示


若网络上的任意节点都具备对等的数据传输功能,且无须协调器管理网络,那么网络中的任何节点都可以主动传输数据,这样用户就无需理会具体的网络结构,显然使用会更加方便,且施工人员也无需了解相关配置等。


基于此,致远电子凭借对无线技术的深厚积累以及丰富实战经验,在ZigBee协议栈的基础上开发了FsatZigBee透明对等网络协议。


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图 4 致远电子FastZigBee组网图示

其特点优势如下:


l  启动零延时:FastZigBee节点上电无需组网等待,可直接根据配置信息数据输出,较小唤醒启动组网时间和功耗;

l  节点容量大:FastZigBee采用16bit短地址管理方式,在轮讯机制下,理论上节点容量高达65535个;

l  完全透明:FastZigBee采用透明传输,用户可随意创建私有协议格式,不局限与固定第三方协议;

l  无需二次开发:FastZigBee组网协议内嵌模块中,可使用配套软件或者AT配置命令配置,方便快速组网通信。


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图 5 FastZigBee点对点及多点通信图示


一般情况下节点数量不多时,我们可以通过配套配置工具即可快速完成配置投入使用。当节点数量到一定的程度是,如果还是一个一个节点去配置,显然非常麻烦,那么可使用AT命令控制FsatZigBee模块进入自组网模式,快速实现现场动态组网。


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图 6 主机模块自组网过程图示

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图 7 从机模块自组网图示


如若后期需要对现场进行更新,对于局域网内节点数量及布局进行更改,亦可通过命令控制主机模块重新获取网络参数,从机模块退出之前加入的网络,再次进入自组网快速完成新的网络搭建。


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图 8 主机重新获取网络参数

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图 9 从机模块退网操作


致远电子基于NXP JN516X无线微控制器开发的AW516X系列模块全线支持自组网功能,AW516X系列产品大幅简化无线产品复杂的开发过程,直接提供多路用户可配置的AD、IO、PWM接口,使产品可以更低成本快速投入市场。


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图 10 AW516X系列模块实物图


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关于电蚊拍的基本电路,网友可能提出的问题及回答如下:

问题一:电蚊拍的基本电路由哪些部分组成?

回答:电蚊拍的基本电路主要由三个核心部分组成:阻容降压电路(或称为高频振荡电路)、倍压整流电路以及高压电击网。

  1. 阻容降压电路(高频振荡电路):这部分电路主要负责将直流电源(如电池提供的3V直流电)转换为高频交流电,通常频率在18kHz左右。这一转换过程由三极管和变压器等元件共同完成,通过变压器的升压作用,将电压提升到数百伏。

  2. 倍压整流电路:高频交流电经过升压后,进入倍压整流电路。这个电路通过多个二极管和电容的组合,将电压进一步升高到足以电击蚊虫的水平,通常可达到1500V左右。常见的倍压整流电路有三倍压、四倍压等多种连接方式。

  3. 高压电击网:高压电击网是电蚊拍的输出部分,由细密的金属网格构成。当蚊虫接触到金属网格时,会形成电路通路,导致蚊虫被高压电击死。

问题二:为什么电蚊拍使用一段时间后,电击效果会变差?

回答:电蚊拍使用一段时间后电击效果变差的原因可能包括以下几点:

  1. 电容老化:电蚊拍中的倍压电容(如CBB电容)在频繁充放电过程中会逐渐老化,其容量会逐渐下降,导致储能能力降低,从而影响电击效果。

  2. 元件损坏:电蚊拍中的二极管、三极管等元件在长时间使用后可能出现损坏或性能下降,导致电路无法正常工作或电压无法升到足够高的水平。

  3. 电池电量不足:电池是电蚊拍的能量来源,如果电池电量不足,将直接影响电蚊拍的电击效果。

  4. 金属网格污染或变形:金属网格在使用过程中可能会受到污染或变形,导致接触不良或短路,从而影响电击效果。

问题三:如何判断电蚊拍是否需要维修?

回答:可以通过以下几种方法来判断电蚊拍是否需要维修:

  1. 观察指示灯:如果电蚊拍的指示灯不亮或亮度明显降低,可能是电池电量不足或电路存在故障。

  2. 检查电击效果:如果电蚊拍在使用时电击效果变差或无法电击蚊虫,可能是电路中的元件损坏或老化。

  3. 测量电压:使用万用表等工具测量电蚊拍输出端的电压,如果电压明显低于正常值(如1500V左右),则说明电路存在问题。

  4. 检查金属网格:观察金属网格是否干净、平整、无变形或短路现象。

问题四:如何维修电蚊拍?

回答:维修电蚊拍需要一定的电子知识和技能,以下是一些基本的维修步骤:

  1. 检查电池:首先检查电池是否电量充足且接触良好。如果电池电量不足,应及时更换新电池。

  2. 清洁金属网格:使用软布或棉签等工具清洁金属网格上的污垢和灰尘。

  3. 检查并更换元件:如果确定是电路中的元件损坏导致的问题,应使用万用表等工具检测并更换损坏的元件。常见的损坏元件包括二极管、三极管、电容等。

  4. 调整电路:在更换元件后,可能需要调整电路中的某些参数(如电阻值、电容容量等)以确保电路能够正常工作。

  5. 测试电击效果:在维修完成后,应使用万用表等工具测试电蚊拍的电击效果是否恢复正常。

请注意,由于电蚊拍内部涉及高压电路,因此在维修过程中应确保安全操作,避免触电等危险情况的发生。如果不具备相关知识和技能,建议将电蚊拍送至专业维修机构进行维修。

ADL [ADL Embedded Solutions Inc]公司的发展小趣事

ADL Embedded Solutions Inc. 是一家专注于嵌入式计算解决方案的公司,以下是该公司发展的五个相关故事:

  1. 公司创立与早期发展: ADL Embedded Solutions Inc. 成立于1994年,总部位于美国科罗拉多州科罗拉多斯普林斯市。公司初期致力于为工业、军事、航空航天等领域提供嵌入式计算解决方案。其产品包括工业级嵌入式计算板卡、系统、模块等。

  2. 技术创新与产品推出: ADL 在嵌入式计算领域不断进行技术创新,并推出了多款具有竞争力的产品。公司的产品具有高性能、低功耗、高可靠性等特点,得到了客户的广泛认可。其产品广泛应用于军事航空、医疗、交通、工业自动化等领域。

  3. 客户合作与项目案例: ADL 与各行业的领先企业建立了长期稳定的合作关系,并参与了众多重要项目。例如,公司为航空航天领域的客户提供了符合严格标准的嵌入式计算解决方案,为医疗设备制造商提供了可靠的嵌入式计算板卡等。

  4. 全球市场拓展与国际化发展: ADL 通过不断拓展国内外市场,实现了全球化发展。公司在美国、欧洲和亚洲等地设有销售办事处和服务中心,为客户提供本地化的技术支持和服务。同时,ADL 的产品远销全球各地,深受国际客户的青睐。

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