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ZIGBEE模塊技術(shù)在無線搶答器中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

一、概述

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ZigBee是一種無線傳感器網(wǎng)路技術(shù),它具有以下幾個特點:

速率低:工作在20~250kbps,分別是250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐量;

成本低:由于其簡化了協(xié)議所以對于通信控制器的要求大大降低,同時ZigBee免去了協(xié)議專利費,使其成本大大降低;

功耗低:相比于藍(lán)牙和WiFi,ZigBee大大降低了其待機功耗,兩節(jié)5號電池便可讓其工作1年以上。

延時短:其響應(yīng)速率很快,一般只需要15ms便可由睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài),即使節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)也只需要30ms;

容量高:其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以管理多個主節(jié)點,而一個主節(jié)點便可管理254個子節(jié)點,所以一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以控制最多65000個子節(jié)點;

距離低:一般模塊傳輸距離只能到10~100m,通過在后級增加PA或者使用高增益的外置天線,可以將其距離增加上千米甚至幾千米;

安全性:ZigBee具有無安全設(shè)定、使用訪問控制清單、AES 128三級安全模式,有效的保證了其靈活的安全屬性;免執(zhí)照頻段:使用的頻段均為開放頻段。

二、搶答器

搶答器最常見到就是電視臺搶答節(jié)目以及一些學(xué)校舉辦的電子知識競賽節(jié)目中,早期的搶答器均是使用模擬電路與數(shù)字電路搭載的產(chǎn)品,這種產(chǎn)品雖然技術(shù)很成熟,但是這種搶答器會隨著使用空間以及數(shù)量的增加而變得繁瑣。所以后期無線搶答器迅速新興起來,這種搶答器空間限制比較小、布置方便、節(jié)點數(shù)量更多等優(yōu)點。

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三、ZigBee模塊設(shè)計

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典型的ZigBee控制板原理圖

通過官方網(wǎng)站推薦的原理圖去設(shè)計一塊典型的Demo板,所有器件都使用貼片元件會發(fā)現(xiàn)制作出來的PCB板會很精巧,射頻部分按照官方推薦值來焊接可以滿足基本的通信,如果希望通信距離更加遠(yuǎn),需要使用頻譜儀等儀器進(jìn)行射頻端匹配,PCB板大小,器件擺放位置等等都會直接影響最終通信距離。同時可以在PCB板載天線位置預(yù)留出一個IPX或者SMA天線因為是無線搶答器,可以只保留兩個按鍵和兩個LED便可,根據(jù)項目需要的節(jié)點數(shù)焊接多少個控制板。

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左側(cè)空曠區(qū)為PCB板載天線區(qū),天線底層是絕對不可以鋪地的,同時天線與地的距離也有要求,具體請參考具體的PCB天線要求,網(wǎng)格部分為電源部分,網(wǎng)格地可以有效的避免電磁干擾,如果使用的是鋰電池或者干電池也可以不用鋪網(wǎng)格地,給但是需要在靠近射頻芯片端多加濾波電容。

四、工作原理

將各個節(jié)點與協(xié)調(diào)器直接進(jìn)行組網(wǎng),某個節(jié)點或者多個節(jié)點有按鍵狀態(tài)時,射頻芯片與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信,協(xié)調(diào)器將優(yōu)先收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,這便是簡單的基于ZigBee無線搶答器,如果需要優(yōu)化可以對程序進(jìn)行處理,添加顯示屏,各個節(jié)點也可以增加顯示屏或者LED燈,對于搶到的節(jié)點進(jìn)行一個顯示。如果搶答器距離不夠遠(yuǎn),可以對射頻端增加外置天線,提高天線增益,或者后級增加PA增加功率來增加距離。



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