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(jié)能特征ZigBee技術，卻在這波風暴中，依然紅火，發(fā)展迅速。
ZigBee聯(lián)盟最近推出了最新ZigBee PRO技術，在自動跳頻處理，可靠網(wǎng)狀網(wǎng)絡多路徑自動路由選擇，大型復雜網(wǎng)絡，網(wǎng)絡安全等方面，取得了突破進展，使無線網(wǎng)絡功耗更低，運行更可靠。以TI/CHIPCON為代表的一批廠家，也陸續(xù)推出了完全免費ZigBee協(xié)議棧" title="協(xié)議棧">協(xié)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(chǎn)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(yè)，在節(jié)能，環(huán)保，數(shù)字家庭，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，工業(yè)自動化，健康照顧等等領域，大顯神通。據(jù)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(tǒng)設計" title="系統(tǒng)設計">系統(tǒng)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(wǎng)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(fā)器和一個微控制器" title="微控制器">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(xié)議棧。
對于一個實際ZIGBEE應用系統(tǒng)" title="應用系統(tǒng)">應用系統(tǒng)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(huán)境和阻擋因數(shù)，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(tǒng)，棉田滴灌系統(tǒng)，安防系統(tǒng)，樓宇監(jiān)控，醫(yī)院應用，糧庫監(jiān)控，電力線監(jiān)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(wǎng)絡管理和路由，ZigBee軟件協(xié)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(xié)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(fā)和調試周期。
這些瓶頸，早已經(jīng)被相關廠家所重視，目前我們看到，很多廠家已經(jīng)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(xiàn)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(chǎn)品。
????????????????????????????????? 圖1 CC2591CC+2430設計的EZ-LBee模塊
采用CC2591后，ZigBee網(wǎng)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(wǎng)狀網(wǎng)絡的自動中繼路由，可以容易實現(xiàn)微功耗下數(shù)十公里的網(wǎng)絡 通訊和無線傳感器網(wǎng)絡。
由于大量模塊化產(chǎn)品的出現(xiàn)，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(tǒng)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(tǒng)設計。
而且由于目前的模塊，大多數(shù)在出廠時也配備了一套ZigBee串口通訊協(xié)議，這套協(xié)議將復雜的ZigBee應用，轉換為簡單的，具有ZigBee網(wǎng)絡功能的AT命令集，例如加入網(wǎng)絡，配置網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)收發(fā)等功能，都可以通過單片機向串口發(fā)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(xié)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(chǎn)品和評估系統(tǒng)加快ZigBee應用系統(tǒng)集成
通過使用內置ZigBee網(wǎng)絡功能長距離微功耗模塊，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(tǒng)集成商和應用集成商而言，要在自己熟悉的行業(yè)，將ZigBee技術容易的集成到自己的系統(tǒng)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(tǒng)集成商在開始進行評估時，缺乏必要的實際評估系統(tǒng)，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(huán)境適應等，而且對這樣的系統(tǒng)如何設計，也心中無數(shù)。
第二方面的困難是，缺乏標準的應用組件，可以容易像搭積木一樣，迅速采用這些標準部件，構成自己需要的ZigBee系統(tǒng)。
其實，標準產(chǎn)品，也可以使用來作為快速評估系統(tǒng) ， 根據(jù)目前這樣的實際應用需要，不少廠家也陸續(xù)推出了各種ZigBee標準產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡和GPRS，WI-FI，以太網(wǎng)，藍牙等網(wǎng)絡的互聯(lián))，路由器，低功耗節(jié)點，也推出了各種應用評估系統(tǒng)。圖二和圖三是目前已經(jīng)上市的部分ZigBee標準產(chǎn)品：
????????????????????? 圖2 典型的無線路由器，低功耗節(jié)點標準產(chǎn)品
????????????????????????????????????????? 圖3 典型的無線網(wǎng)關產(chǎn)品
這些標準產(chǎn)品都是“即插即用”產(chǎn)品，你可以像搭積木一樣，在很短時間內對ZigBee技術進行現(xiàn)場測試，也很容易將這些標準產(chǎn)品集成到你自己的系統(tǒng)中去，實現(xiàn)一個長距離，微功耗的巨大網(wǎng)狀網(wǎng)絡和各種行業(yè)應用。
三、ZigBee應用系統(tǒng)設計的層次和實例
隨著ZigBee技術和無線傳感器網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)可靠性和網(wǎng)絡可靠性，通訊距離，抗干擾性能，低功耗性能等，使用標準產(chǎn)品和評估系統(tǒng)進行是比較好的進入點。
優(yōu)點：入門需要的時間短，幾個小時或幾天。缺點：系統(tǒng)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(tǒng)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ZigBee無線網(wǎng)絡，由于不需要分析無線協(xié)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(fā)。
優(yōu)點：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(fā)系統(tǒng)" title="開發(fā)系統(tǒng)">開發(fā)系統(tǒng)，還可以進一步縮短上手時間)。缺點：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(tǒng)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(xié)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(xiàn)，使這種開發(fā)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(fā)系統(tǒng)，進行設計。
優(yōu)點：可以實現(xiàn)單芯片化設計，最終產(chǎn)品成本最低。缺點：需要對軟件和ZigBee協(xié)議棧進行消化和分析，也需要高頻設計方面的知識和經(jīng)驗，需要的時間可能是數(shù)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(tǒng)設計例子，來看看如何實現(xiàn)應用系統(tǒng)評估設計全過程：
應用實例：ZigBee無線溫度傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)
主要功能： 對溫濕度進行無線測量、監(jiān)控、記錄。
應用對象：高層字樓、醫(yī)院、，成品庫、醇化庫、發(fā)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(jiān)控，而且布線困難的應用。
圖4 ZigBee無線溫度傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)
應用系統(tǒng)的評估和開發(fā)過程：
評估：采用評估系統(tǒng)，安裝電池，安裝PC監(jiān)控應用軟件，系統(tǒng)自動組網(wǎng)，PC軟件顯示出傳感器節(jié)點傳來的實時數(shù)據(jù)，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(fā)：
使用自己選擇的微控制器接口 標準產(chǎn)品模塊，采用ZigBee模塊開放系統(tǒng)，在AT命令級別進行自己的軟件開發(fā)，下面是外置8051和STM32兩種ZigBee模塊開發(fā)平臺，軟件支持KEIL 8051和STM32位平臺。
???????????????????????????? 圖5 外置8位和32位微控制器ZigBee模塊開發(fā)系統(tǒng)
模塊內部軟件開發(fā)：
將模塊從應用系統(tǒng)或者模塊開發(fā)系統(tǒng)20腳插座取下來，直接插入C51RF-3-PK這樣ZigBee開發(fā)系統(tǒng)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(fā)平臺和TI免費ZigBee協(xié)議棧進行CC2430內部ZigBee協(xié)議棧和應用軟件代碼開發(fā)，包括編譯，下載，調試等，實現(xiàn)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(chǎn)品和評估工具，開發(fā)系統(tǒng)，開放資源的模塊和模塊開發(fā)工具，免費ZigBee協(xié)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(jù)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(tǒng)設計和輕松將ZigBee技術集成在自己的行業(yè)應用中。