從有線變無線：ZigBee技術在溫控系統中的應用

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把ZigBee技術應用到溫控系統中，現有的溫控系統，很多都是採用有線方式。通過有線方式傳輸信號，布線費用昂貴，維修困難，難於擴展，在某些情況下甚至無法布線成功，這是其遇到的一個極大困難，且系統的抗毀性也比較差，一旦主控制晶元出現了問題，整個系統就會崩潰。應用ZigBee技術以後，溫控系統可以從有線方式變為無線方式。

0 引 言

目前短距離無線通信技術已成為無線通信技術的一個重要分支，現實中很多系統傳輸的數據通常為少量的突發信號，這裡採用的ZigBee技術就是具有統一標準的短距離無線通信技術，專門用於這類信息的傳輸，工作在2．4 GHz的免付費、免申請頻段上，傳輸速率為250 Kb／s。這種無線通信技術具有如下特點：傳輸距離遠、室內大概有30 m，功耗低，工作模式情況下，ZigBee技術傳輸速率低，傳輸數據量很小，因此信號的收發時間很短，其次在非工作模式時，ZigBee節點處於休眠模式。

這裡把ZigBee技術應用到溫控系統中，現有的溫控系統，很多都是採用有線方式。通過有線方式傳輸信號，布線費用昂貴，維修困難，難於擴展，在某些情況下甚至無法布線成功，這是其遇到的一個極大困難，且系統的抗毀性也比較差，一旦主控制晶元出現了問題，整個系統就會崩潰。應用ZigBee技術以後，溫控系統可以從有線方式變為無線方式。

1 ZigBee技術的特點

ZigBee低速率、低功耗和短距離傳輸的特點使它非常適宜支持簡單器件。ZigBee定義了兩種器件：全功能器件(FFD)和簡化功能器件(RFD)。對全功能器件，要求它支持所有的49個基本參數。而對簡化功能器件，在最小配置時只要求它支持38個基本參數。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通話，可以按三種方式工作，分別為：個域網協調器、協調器或器件。而簡化功能器件只能與全功能器件通話，僅適於非常簡單的應用。

2 對等網中的Mesh網路的特點

對等網是全部由完整功能器件(FFD)連接而成的，這種網路能提供更高的可靠性，如圖1所示。

綜上所述，這裡採用ZigBee技術實現網路的傳輸，並選用ZigBee支持的Mesh網路實現此功能。對等網是全部由完整功能器件(FFD)連接而成的，這種網路能提供更高的可靠性。

該網路有一個主控制節點，用來啟動整個網路，這個主控制節點由專門的電源供電，另外還有專門負責路由信息的控制節點，給信息傳輸提供必要的路由，本身也可以參與溫度的測量，還有就是一些終端的節點，它們可以專門用來測量端點的溫度，另外在必要的時候，如網路出現故障，它們啟動相應的命令，就又可以充當路由的功能。

這種無線網路具有較強的抗毀性，某個節點出現故障，路由節點可以選擇另外一條路由去完成此次傳輸。

3 Mesh網路的建立過程

這裡所有的站點都是FFD(全功能器件)，可以用下面的方法組建一個網路。

每個大型的ZigBee的Mesh網路都可以由一個中心協調器(PAN)和路由器(Router)組成。這裡以採用以下原語實現：

該原語由具有ZigBee協調器能力設備的應用層生成，發送給它的網路層管理實體，請求初始化設備，使之成為一個新網路的協調器。

該原語返回在網路中初始化一個ZigBee協調器請求的執行結果。如果成功執行了原語，則狀態參數設置為SUCCESS。

設置ZigBee協調器以後，再採用NLME-PER-MIT-JOINING．request原語允許其他設備同其網路連接。

PermitDuration中參數的有效值從0x00~0xFF，0x00和0xFF分別表示連接是否有效，沒有確定的時間限制，這裡選擇0xFF。

返回：

NLME-PERMIT-JOINING．confirm(Status 與請求狀態相對應)

當收到該原語後，初始化的設備上層即得知允許其他設備連接網路請求原語的執行結果，這裡收到的結果應該為0xFF。

在ZigBee網路中，還要配置路由器，該原語如下：

因為是採用的Mesh網路，所以這裡的Join-AsRouter的參數設置為TURE。

一個新設備連接網路成功後，就發送NLME-JOIN．indication原語，其語法如下：

至此，一個完整的Zigbee網路就建立成功。

這個網路具有很好的抗毀性，在Mesh網路中，當一個鏈路或者一個設備失效時，上層的管理設備將要重新組織路由的信息。如果上層設備由於缺乏路由容量或者其他原因，該路由器設備將會給主協調器發送一個路由錯誤的指令幀，裡面包含了失敗的原因。在必要的情況下，甚至可以從某一個節點開始，重新組織一個新的Mesh網路。

這裡的ZigBee無線自組織網路和Ad Hoc(無線自組織多跳網路)還有一點區別，後者是在過一定的時間，重新選擇新的路由，而ZigBee的無線自組織是在路徑丟失的情況下，才會選擇新的路由。

在某一個晶元出現故障時，會自動搜尋下一個路由，使得信息的傳輸不會受到影響；必要的時候，甚至可以選擇某一個晶元重新啟動整個網路系統；而且採用這種方式，晶元之間接力傳遞，可以最大限度地提高網路的覆蓋範圍。如果採用星型網路，由於在終端節點不是FFD，而是RFD，如果FFD出現故障，整個系統就無法工作，另外其作用範圍也會受到限制。

6 結 語

綜上，在現代溫控系統中，採用無線通信的ZigBee技術，可以很方便地建立網路，選用ZigBee支持的Mesh網路，可以最大程度地增加網路的抗毀性，而採用晶元接力傳遞的方式，可以最大程度地擴展網路的覆蓋範圍。對ZigBee晶元寫入不同的控制程序可以控制加熱器的時間和持續長度。

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