Zigbee 简介
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频移键控（FSK，数字 信号控制载波频率，抗 噪声与抗衰减性较好）
相移键控（PSK）
模拟调制
幅度调制（AM，信号 是高频载波的包络线， 乘cos（wt）来载波， 信号易丢失，收音机）
频率调制（FM，频率 的偏移量和信号的大小 成正比，乘cos（wt+θ （t）），质量好，频带 要求更宽）
相位调制（PM）
4
信号传输之调制与解调
载波： 调幅(AM)
包络线
5
信号传输之调制与解调
通过对Um（调幅） w（调频） θ（调相载到f=w/2π=2.4GHz的正弦波上）
6
信号传输之调制与解调
幅移键控： （ASK）
（相移键控将在下 面的zigbee中介绍）
应用：用51单片机编写红外遥控器
用51实现红外遥控（zigbee技术也一样，对芯片操作设置， 达到无线通信的效果，只是zigbee技术的芯片优点更多。）
1、编码方式
0,1数字信号可以用PWM波方式编码（0，1占脉冲 的多少）
发射如图的一串二进制代码，我们称它为一帧数据。 （低位在前，高位在后）（进行调制后的）
IEEE 802.15.4特点： 1、20、40和250kbps三种不同的传输速率 2、星型和点对点两种网状拓扑 结构 3、有16位和64位两种地址格式 4、支持确认（ACK）机制，保证传 输可靠性
19
Zigbee 的特点
低功耗
低成本
网状网通信
免执照频段
高容量
短时延
20
Zigbee由于上面所述的一些优点，使其能够得到广泛
24
Zigbee 的特点
免执照频段
ZigBee工作在三种频带上，分别是用于欧洲的868MHz频带，用于美 国的915MHz频带，以及全球通用的2.4GHz频带 它们各自的信道带宽分别是0.6MHz， 2MHz和5MHz分别有1个，10个 和16个信道
868MHz和915MHz频段采用的是BPSK 而2.4GHz频段采用的是OQPSK（因为调相技术的误码性能要优于 调频和调幅技术）
7
信号传输之调制与解调
8
信号传输之调制与解调
解调
解调实际就是调制的逆过程
定义：解调就是从已调信号中恢复出原调制信号的过程
9
信号传输之调制与解调
解调
用傅里叶变换得到下面信号的频谱
乘cos（wt）的
—w
w
频谱：
信号频谱：
信号乘cos（wt）在频谱里为他们的频谱相卷积（此处与脉冲信号卷积 即平移，但幅度有变化）
21
Title
网状网通信
22
Title
网状网通信
核心指导思想是：
让网络中的每个节点都可以发送和接收信号
网状网通信，即在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这 些传感器只需要很低的功耗，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，因此它们的通信效率非常高
通信中不能保证一个无线通道都能够始终畅通，就像交通一样，某条道路 交通会出现中断，此时由于我们有多个道路可走，车辆仍然可以通过其他 道路到达目的地。所以网状网通信就是各节点之间能相互通信，不会像点 到点通信那样。
应用，低成本，低功耗等使得它能进入千千万万家庭，可 见zigbee是未来的一个趋势，且市场很大
低速率：分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率 近距离：传输范围一般介于10～100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加 到1～3 km。这指的是相邻节点间的距离 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(AES 128) 的对称密码
12
信号传输之调制与解调
实例：zigbee技术
把信号调制到2.4GHz―2.5GHz ISM 微波段 再把这个含有用信号的复合高频信号 经过一些步骤、设备以电磁波通过天线发射出去 接收端有天线，接收后解调出来即可
线极化：垂直极化（zigbee） 水平极化 圆极化（效果好，成本高，一般军用）
13
信号传输之调制与解调
损耗大
抗干扰弱
频频段段少少
3
信号传输之调制与解调
调制
载波
将所需传送的信号 加载到高频信号上 ，一般采用正弦波 作为载波
（比如说，蓝牙和 我们待会要讲的 zigbee技术都是把 信号加载到2.4GHz 的电磁波上）
调制分两种
数字调制
幅移键控（ASK，用乘 法器和开关电路来实现 ，载波的有无还原出数 字信号的1和0 ， 抗噪 声与抗衰减性较差）
25
ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作 状态只需15 ms ,节点连接进入网络只需30 ms ,进一步节省了电能。 相比较,蓝牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s
高容量
由于ZigBee采用网状网络结构,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，容量 非常之大
14
信号传输之调制与解调
应用：用51单片机编写红外遥控器
2、协议
接收到引导码时，表示一帧数据的开始 地址码重发了一次，主要是加强遥控器的可靠性 数据反码（求反），与数据码比较，判断数据是否正确
15
信号传输之调制与解调
应用：用51单片机编写红外遥控器
3、接收电路
红外接 收头
图5为一体化红外接收电路，电路只有5V电源、地、信号 输出三个引脚 红外接收头将红外接收二极管、放大、解调、整形等电路 做在一起
23
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 相比较, 蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时
低成本
通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10) ,降低了 对通信控制器的要求，而且ZigBee免协议专 利费 每块芯片的价格大约为2 美元
Cc2530
# TI公司的cc2530芯片是适应IEEE802.15.4的 RF收发器（2.4 GHz 标准射频收发器 ）
# 通用性强 # 出色的接收器灵敏度和抗干扰能力。 # 只需极少的外接元件，只要一个晶振就可满足
网状网系统需要 # 内嵌51内核 ，C51 编程
28
26
Zigbee 模块应用
ZigBee模块：
包含了所有外围电路和完整协议栈 并能够立即投入使用的产品
zigBee应用“模块”具有在硬件上设计紧凑，体积小，贴片式焊盘设 计，可以内置Chip或外置SMA天线，通讯距离从100米到1200米 不等 还包含了ADC，DAC，比较器，多个IO，I2C等接口和用户的产品 相对接 软件上包含了完整的ZigBee协议栈，并有自己的PC上的配置工具， 采用串口和用户产品进行通讯 并可以对模块进行发射功率，信道等网络拓扑参数的配置，使用起 来简单快捷。
通信网络中两计算机进行通信所必须共同遵守的规定或规则。
18
Zigbee 的特点
了解下
IEEE 802.15.4
IEEE 802.15协议规定是WPAN网络的物理层（PHY）和媒体访问层 （MAC）的标准化（提供通信标准） IEEE 802.15.1标准是中等速率、近距离（蓝牙） IEEE 802.15.4把低能耗、低速率传输、低成本作为重点目标 （zigbee）
27
Zigbee 模块应用
对zigbee技术的学习，实际就是对zigbee模块的应用及芯片的掌握， 只要会用这些产品，那zigbee技术也就掌握了
我们不需要设计芯片，所有许多协议，许多技术我们有概念就可以 了，不需要太过纠结一些名词、某些技术
比如，我们不是做碗的人，我们也就不需要了解陶瓷技术等东西了， 知道有碗这个概念，会拿饭碗吃饭就可以了
Zigbee 简介
蒋佳君
Contents
1
信号传输之调制与解调
2
Zigbee的特点
3
Zigbee模块应用
1
信号传输之调制与解调
2
信号传输之调制与解调
信号为何要进行调制
需要传送的信息是低频信号（如5M大小 调的制一可首以歌实）现，有如效果的直发接射把和这有个选低择频的信接号收， 最以终电目磁的波就发是射增出大去传送距离、减少损耗、 同时用最少的带宽传输信号
实例：24L01收发模块
实际对调制解调技术有概念即可，关键是在不同要求下选择用哪种调 制解调方法，从而选择适当的收发装置即可
内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡 器、调制器、解调器等
使用的是高斯键控频移（GFSK）调制
发射数据时，首先将24L01配置为发射模 式：接着把接收节点地址和有效数据按照 时序写入24L01缓存区，延迟130μs后发射 数据，若自动应答开启，那么24L01在发 射数据后立即进入接收模式，接收应答信 号。
16
信号传输之调制与解调
应用：用51单片机编写红外遥控器
4、解码算法（经解调后）
单片机在中断时使用T0或T1开始计时，每次脉冲产生一中断， 中断后计时值取出 比较每次中断时间间隔及PWM占空比，来判断接收到的是引导 码还是 0和1
17
Zigbee 的特点
什么是 zigbee
Zigbee是根据IEEE 802.15.4协议规定的 一种短距离、低功耗的无线通信技术。 协议：
信号乘cos（wt） 的频谱F（w）：
—w
w
10
信号传输之调制与解调
解调
用傅里叶变换得到下面信号的频谱
再乘cos（wt） 的频谱：
—2w —w
w
2w
可见信号调制后再乘个cos（wt），图中画圈部分2倍就是原信号频谱
所以解调后加个低通滤波器就能检波出来 从而完成了解调，信号于是得到了传输
11
信号传输之调制与解调
相移键控（PSK）
模拟调制
幅度调制（AM，信号 是高频载波的包络线， 乘cos（wt）来载波， 信号易丢失，收音机）
频率调制（FM，频率 的偏移量和信号的大小 成正比，乘cos（wt+θ （t）），质量好，频带 要求更宽）
相位调制（PM）
4
信号传输之调制与解调
载波： 调幅(AM)
包络线
5
信号传输之调制与解调
通过对Um（调幅） w（调频） θ（调相载到f=w/2π=2.4GHz的正弦波上）
6
信号传输之调制与解调
幅移键控： （ASK）
（相移键控将在下 面的zigbee中介绍）
应用：用51单片机编写红外遥控器
用51实现红外遥控（zigbee技术也一样，对芯片操作设置， 达到无线通信的效果，只是zigbee技术的芯片优点更多。）
1、编码方式
0,1数字信号可以用PWM波方式编码（0，1占脉冲 的多少）
发射如图的一串二进制代码，我们称它为一帧数据。 （低位在前，高位在后）（进行调制后的）
IEEE 802.15.4特点： 1、20、40和250kbps三种不同的传输速率 2、星型和点对点两种网状拓扑 结构 3、有16位和64位两种地址格式 4、支持确认（ACK）机制，保证传 输可靠性
19
Zigbee 的特点
低功耗
低成本
网状网通信
免执照频段
高容量
短时延
20
Zigbee由于上面所述的一些优点，使其能够得到广泛
24
Zigbee 的特点
免执照频段
ZigBee工作在三种频带上，分别是用于欧洲的868MHz频带，用于美 国的915MHz频带，以及全球通用的2.4GHz频带 它们各自的信道带宽分别是0.6MHz， 2MHz和5MHz分别有1个，10个 和16个信道
868MHz和915MHz频段采用的是BPSK 而2.4GHz频段采用的是OQPSK（因为调相技术的误码性能要优于 调频和调幅技术）
7
信号传输之调制与解调
8
信号传输之调制与解调
解调
解调实际就是调制的逆过程
定义：解调就是从已调信号中恢复出原调制信号的过程
9
信号传输之调制与解调
解调
用傅里叶变换得到下面信号的频谱
乘cos（wt）的
—w
w
频谱：
信号频谱：
信号乘cos（wt）在频谱里为他们的频谱相卷积（此处与脉冲信号卷积 即平移，但幅度有变化）
21
Title
网状网通信
22
Title
网状网通信
核心指导思想是：
让网络中的每个节点都可以发送和接收信号
网状网通信，即在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这 些传感器只需要很低的功耗，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，因此它们的通信效率非常高
通信中不能保证一个无线通道都能够始终畅通，就像交通一样，某条道路 交通会出现中断，此时由于我们有多个道路可走，车辆仍然可以通过其他 道路到达目的地。所以网状网通信就是各节点之间能相互通信，不会像点 到点通信那样。
应用，低成本，低功耗等使得它能进入千千万万家庭，可 见zigbee是未来的一个趋势，且市场很大
低速率：分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率 近距离：传输范围一般介于10～100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加 到1～3 km。这指的是相邻节点间的距离 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(AES 128) 的对称密码
12
信号传输之调制与解调
实例：zigbee技术
把信号调制到2.4GHz―2.5GHz ISM 微波段 再把这个含有用信号的复合高频信号 经过一些步骤、设备以电磁波通过天线发射出去 接收端有天线，接收后解调出来即可
线极化：垂直极化（zigbee） 水平极化 圆极化（效果好，成本高，一般军用）
13
信号传输之调制与解调
损耗大
抗干扰弱
频频段段少少
3
信号传输之调制与解调
调制
载波
将所需传送的信号 加载到高频信号上 ，一般采用正弦波 作为载波
（比如说，蓝牙和 我们待会要讲的 zigbee技术都是把 信号加载到2.4GHz 的电磁波上）
调制分两种
数字调制
幅移键控（ASK，用乘 法器和开关电路来实现 ，载波的有无还原出数 字信号的1和0 ， 抗噪 声与抗衰减性较差）
25
ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作 状态只需15 ms ,节点连接进入网络只需30 ms ,进一步节省了电能。 相比较,蓝牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s
高容量
由于ZigBee采用网状网络结构,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，容量 非常之大
14
信号传输之调制与解调
应用：用51单片机编写红外遥控器
2、协议
接收到引导码时，表示一帧数据的开始 地址码重发了一次，主要是加强遥控器的可靠性 数据反码（求反），与数据码比较，判断数据是否正确
15
信号传输之调制与解调
应用：用51单片机编写红外遥控器
3、接收电路
红外接 收头
图5为一体化红外接收电路，电路只有5V电源、地、信号 输出三个引脚 红外接收头将红外接收二极管、放大、解调、整形等电路 做在一起
23
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 相比较, 蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时
低成本
通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10) ,降低了 对通信控制器的要求，而且ZigBee免协议专 利费 每块芯片的价格大约为2 美元
Cc2530
# TI公司的cc2530芯片是适应IEEE802.15.4的 RF收发器（2.4 GHz 标准射频收发器 ）
# 通用性强 # 出色的接收器灵敏度和抗干扰能力。 # 只需极少的外接元件，只要一个晶振就可满足
网状网系统需要 # 内嵌51内核 ，C51 编程
28
26
Zigbee 模块应用
ZigBee模块：
包含了所有外围电路和完整协议栈 并能够立即投入使用的产品
zigBee应用“模块”具有在硬件上设计紧凑，体积小，贴片式焊盘设 计，可以内置Chip或外置SMA天线，通讯距离从100米到1200米 不等 还包含了ADC，DAC，比较器，多个IO，I2C等接口和用户的产品 相对接 软件上包含了完整的ZigBee协议栈，并有自己的PC上的配置工具， 采用串口和用户产品进行通讯 并可以对模块进行发射功率，信道等网络拓扑参数的配置，使用起 来简单快捷。
通信网络中两计算机进行通信所必须共同遵守的规定或规则。
18
Zigbee 的特点
了解下
IEEE 802.15.4
IEEE 802.15协议规定是WPAN网络的物理层（PHY）和媒体访问层 （MAC）的标准化（提供通信标准） IEEE 802.15.1标准是中等速率、近距离（蓝牙） IEEE 802.15.4把低能耗、低速率传输、低成本作为重点目标 （zigbee）
27
Zigbee 模块应用
对zigbee技术的学习，实际就是对zigbee模块的应用及芯片的掌握， 只要会用这些产品，那zigbee技术也就掌握了
我们不需要设计芯片，所有许多协议，许多技术我们有概念就可以 了，不需要太过纠结一些名词、某些技术
比如，我们不是做碗的人，我们也就不需要了解陶瓷技术等东西了， 知道有碗这个概念，会拿饭碗吃饭就可以了
Zigbee 简介
蒋佳君
Contents
1
信号传输之调制与解调
2
Zigbee的特点
3
Zigbee模块应用
1
信号传输之调制与解调
2
信号传输之调制与解调
信号为何要进行调制
需要传送的信息是低频信号（如5M大小 调的制一可首以歌实）现，有如效果的直发接射把和这有个选低择频的信接号收， 最以终电目磁的波就发是射增出大去传送距离、减少损耗、 同时用最少的带宽传输信号
实例：24L01收发模块
实际对调制解调技术有概念即可，关键是在不同要求下选择用哪种调 制解调方法，从而选择适当的收发装置即可
内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡 器、调制器、解调器等
使用的是高斯键控频移（GFSK）调制
发射数据时，首先将24L01配置为发射模 式：接着把接收节点地址和有效数据按照 时序写入24L01缓存区，延迟130μs后发射 数据，若自动应答开启，那么24L01在发 射数据后立即进入接收模式，接收应答信 号。
16
信号传输之调制与解调
应用：用51单片机编写红外遥控器
4、解码算法（经解调后）
单片机在中断时使用T0或T1开始计时，每次脉冲产生一中断， 中断后计时值取出 比较每次中断时间间隔及PWM占空比，来判断接收到的是引导 码还是 0和1
17
Zigbee 的特点
什么是 zigbee
Zigbee是根据IEEE 802.15.4协议规定的 一种短距离、低功耗的无线通信技术。 协议：
信号乘cos（wt） 的频谱F（w）：
—w
w
10
信号传输之调制与解调
解调
用傅里叶变换得到下面信号的频谱
再乘cos（wt） 的频谱：
—2w —w
w
2w
可见信号调制后再乘个cos（wt），图中画圈部分2倍就是原信号频谱
所以解调后加个低通滤波器就能检波出来 从而完成了解调，信号于是得到了传输
11
信号传输之调制与解调