Zigbee无线裸机通信研究与实践

王雪

摘要：本文从学习实践角度出发，分析了Zigbee无线通信协议的总体发展情况，指出了目前在Zigbee应用过程中出现的一些问题，设计了摆脱Z-Stack协议栈的裸机无线通信应用框架，编写了关键发送模块和接收模块代码示例，供广大学习者参考使用。适合刚刚入门并有志学习Zigbee通信的开发者使用。

关键词：Zigbee无线通信；信道；PANID

中圖分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）06-0029-02

1 Zigbee概述

ZigBee[1]（紫蜂协议）是一种基于IEEE802.15.4标准的无线通信协议，名称来源于蜜蜂的八字舞。它最大的特点就是低功耗、可组网，特别是带有路由的可组网功能，理论上可以使ZigBee覆盖的通讯面积无限扩展，在工业控制、环境监测、智能家居、医疗护理、安全预警、目标追踪等应用场合已经展现出广阔的市场前景。

与蓝牙、WLAN等无线通信技术相比，Zigbee网络在结构上、功能上都更为强大和复杂，在应用开发过程中，需要植入协议栈来完成相关功能。CC2530芯片采用的协议栈Z-Stack采用分层结构，目的是为了使协议栈各层能够独立，每一层向上提供一些服务，在目录结构中包括14个文件，需要配合操作系统抽象层（OSAL）才能够运行。

2 存在的问题

在Zigbee的应用过程中，Z-Stack协议栈因其自身的复杂性，使得许多学习者在初期上手十分困难，对协议栈各层次及相关术语也比较陌生，致使学习效果不理想。鉴于这种情况，本文目的是在系统讲解Z-Stack之前，先以裸机的方式实现射频无线通信，从底层寄存器的使用层面来实现无线射频通信，让学习者有一个全面的感性认识，有利于理解和接受Z-Stack协议栈。

3 硬件结构

由发送端和接收端来组成，两端的硬件结构相同，均为电源系统、时钟系统、CC2530和天线构成，如图1所示。

4 发送端设计

发送端工作流程，如图2所示。

射频初始化是无线通信的关键步骤，主要设置内容包括设置信道号、设置网络PANID和网络地址的设置。Zigbee无线通信，需要高频的载波来提供发射效率，Zigbee模块之间要可以正常的收发，接收模块必须把接收频率设置和发射模块的载波频率一致。Zigbee在2.4G频段有16个信道可以进行通信，这些载波的频率落在某些频率区段，我们把这些区段叫做频段。每个信道的频率差是5MHz。从11号信道开始计数，信道排列如表1所示。

Zigbee在发送数据时，数组格式是相对固定的，第一个字节0x0C代表后面还有12个字节要发送；第5、6个字节表示的是PANID；第7、8个字节是无线模块目标设备的网络地址 0xBEEF；第9、10就是本地模块的网络地址；第11个字节是要发送的数据；第12、13个字节是CRC码，硬件自动追加。

5 接收端设计

发送端工作流程，如图3所示。

6 结语

本文以项目式的方法出发，以裸机运行的方式实现了Zigbee的无线射频通信。并对主要的寄存器进行了配置示范。通过这样的方式，让初次接触Zigbee的人们能够直观地感受到无线通信的实验效果，并懂得底层硬件的工作原理，为日后Z-Stack协议栈的学习和理解打下坚实的基础。

参考文献

[1]杜军朝，刘惠，刘传益，马海潮.Zigbee技术原理与实战[M].北京：机械工业出版社，2017：1-4.

[2]廖建尚.物联网平台开发及应用—基于CC2530和ZigBee[M].北京：电子工业出版社，2016：19-23.

Abstract：This paper starts from the perspective of learning and practice， analyzes the overall development of Zigbee wireless communication protocol， points out some problems in the application process of Zigbee， designs a bare metal wireless communication application framework to get rid of the Z-Stack protocol stack， and writes Key send module and receive module code examples for reference by the majority of learners. Suitable for developers who are just getting started and interested in learning about Zigbee communications.

Key words：zigbee wireless communication； channel； PANID