PIC单片机与ZigBee无线网络实战

PIC单片机与ZigBee无线网络实战

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产品简介:
  本书从PIC单片机的基础讲起,逐步展开ZigBee无线网络技术的相关知识,最后通过大量的实验,让读者实际体验如何具体使用ZigBee无线技术进行实际产品的开发设计。作者希望以动手实践为主轴,让读者在不断的实验中,循序渐进地完成PIC 单片机和ZigBee无线技术的有机结合,像开发简单单片机系统一样,完成复杂ZigBee无线产品和技术的开发。  本书适合广大从事单片机、无线应用、自动控制、工业控制、无线传感等的工程技术人员作为学习、参考用书,也可作为高等院校的计算机、电子、自动化、无线课程的教学参考书。

功能特点:

  ZigBee是一种崭新的,专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。它也是目前嵌入式应用的一个大热点。ZigBee的特点主要有以下几个方面:  低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持一个节点工作6~24个月,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较而言,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。按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32 KB代码,子功能节点则少至4 KB代码,而且ZigBee免收协议专利费。  低速率。ZigBee工作在250 kb/s的通信速率下,可满足低速率传输数据的应用需求。  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,可增加到1~3 km。这指的是相邻节点间的距离,如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。  短时延。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,从而进一步节省了电能。相比较之下,蓝牙需要3~10 s、WiFi需要3 s。  高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构。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。  高安全。ZigBee提供了3级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据和采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。  


免执照频段。采用直接序列扩频在工业、科学、医疗的2.4 GHz(全球) (ISM)频段。正是这些全新的特点,将使ZigBee技术在无线数传、无线传感器网络、无线实时定位、射频识别、数字家庭、安全监视、无线键盘、无线遥控器、无线抄表、汽车电子、医疗电子、工业自动化等方面得到非常广阔的应用。对于刚刚起步开始学习ZigBee技术的电子工程师、单片机工程师而言,选择一个高效率、低价格的ZigBee无线技术和相关的学习环境,使自己能快速入门和精通复杂的ZigBee无线技术,是非常重要的事情。


这主要包括以下4个方面的选择。1.选择合适的微处理器  从技术眼光看,ZigBee技术的核心是微控制器(MCU),而ZigBee其实就是由该MCU的软件代码组成的一堆软件。无论是无线数据传输、路由算法、网络拓扑等,都是各种函数的组合、代码组合。学习入门ZigBee,首先要选择一个很优秀的微控制器。由微芯公司开发的PIC系列单片机,是单片机中的后起之秀。它采用精简指令集(RISC)、哈佛总线(Harvard)结构、二级流水线取指令方式,具有实用、低价、指令集小、低功耗、高速度、体积小、功能强和简单易学等特点,体现了单片机发展的一种新趋势,也是作为ZigBee控制核心的一种理想选择。PIC系列单片机由于将其大量的资源全部集成在芯片内部,包括I/O、存储器、通信接口等,使系统电路板需要的空间大大简化,而且一些对高频通信可能产生的干扰噪声大大减少,加上可以用电池供电和具有低功耗模式等新的特点,使PIC系列单片机非常适合应用于短距离无线通信和无线网络中。选择PIC系列微处理器为ZigBee的核心MCU的另外一个优势是,PIC单片机目前在国内已经普及,大学中专都有广泛的课程;各种参考书、教材到处都有,开发软件也早已被大家熟悉,用起来非常顺手。2.选择高效率、低价格的学习开发平台  确定了核心控制微处理器,就好像已经掌握了ZigBee心脏跳动的频率和运行的脉搏,接下来就需要有一套能够进行程序编译、下载、在线调试的实际学习ZigBee无线技术的开发平台了。


成都无线龙通讯科技有限公司专门为使用PIC单片机学习ZigBee技术设计了C51RF3JX教学系统。该系统采用了微芯的PIC18F4620单片机和TI/CHIPCON公司的CC2420最新无线ZigBee芯片,既可以满足单片机初学者熟悉PIC单片机,也可以满足有一定单片机基础的工程师、电子爱好者学习ZigBee技术,具有很强的实用性。C51RF3JX教学系统包括4个ZigBee无线模块、MPU模块、大型实验板、多种传感器(温度、光电、加速度等)、4×4键盘、液晶显示、电机、蜂鸣器、RS232接口等,可以方便地完成本书包括的各种PIC单片机和ZigBee无线网络的多种实验。只要将C51RF3JX教学系统简单地连接上计算机,运行微芯公司提供的开发编译和调试环境,就可以方便地观察ZigBee/802.15.4协议栈源代码的运行情况;而且可跟踪协议栈运行情况,单步、断点和ZigBee的整个协议完全透明可控、可操作;无线收发情况也在计算机屏幕上,一目了然,随意控制。有了这个平台,即使没有任何无线通信经验的工程师,也能够在很短时间内熟悉复杂的ZigBee协议,很快将自己的应用和ZigBee无线技术结合在一起,成为无线通信的内行。


3.选择源代码开放的ZigBee协议栈  ZigBee技术的核心是几万行ZigBee/802.15.4 C51源代码。这些源代码同ZigBee无线单片机芯片配合,完成数据包装收发、校验、各种网络拓扑、路由计算等复杂的功能。因为这个协议栈是ZigBee技术的核心,所以除了微芯公司以外,国外其他厂家几乎都一律不提供协议栈源代码,而是提供协议栈目标码库文件。换句话说,微芯公司是目前全世界唯一提供源代码开放协议栈的厂家。虽然目标码库文件和源代码都能实现ZigBee协议栈的功能,但从开发/使用方便性上而言,两者间有下列明显差异:  源代码对使用者是全透明的,使用者可以任意修改、添加自己需要的功能。目标码则不能改动任何地方。  ZigBee目标码库内部一般带有内部控制/限制信息,如某国外著名厂家提供的免费协议栈是3个月限制版,到时间后该目标码协议栈将自动停止运行,用户需要支付专利费后才能继续使用。而源代码协议栈对用户完全透明,不会有这样的问题。  源代码协议栈由C语言写成,可以在不同微控制器上移植,而目标代码库只能支持特定的微控制器。  源代码协议栈可以帮助使用者理解ZigBee协议的内部结构和实现方法。目标代码库则不具备这样功能。


4.动手实践,在实际动手中学习ZigBee无线技术  高频无线技术、单片机技术、C51编程、无线传感器技术、无线网络技术和ZigBee/802.15.4技术都属于实验技术和实用技术。具体掌握这些技术,需要实际动手,通过编程序、实际调试、实际电路板、现场测试分析等来真正了解技术的核心,来具备实际的经验。对于像ZigBee/802.15.4技术这样全新的技术,很少有书籍来进行详细地介绍,目前书店的无线类书籍大多是理论,各种复杂的计算公式,让人看起来非常吃力。但如何去像开发单片机一样,实实在在地做程序、做电路板、去调试、测试,最后做一个实际的无线产品,这些在现有图书中很难发现,然而这正是电子工程师最需要的东西。


本书从PIC单片机的基础讲起,逐步展开ZigBee无线技术的相关知识,最后通过大量的实验,让读者实际体验如何具体使用ZigBee无线技术,进行实际产品的开发设计。作者希望以动手实践为主轴,让读者在不断地实验中循序渐进地完成PIC单片机和ZigBee无线技术的有机结合,像开发简单单片机系统一样,完成复杂ZigBee无线产品和技术的开发。我们认为,在实践中体验无线通信的原理、自己编程序、自己观察无线通信的实践过程,是快速掌握ZigBee/802.15.4短距离、低功耗无线网络技术的最重要的关键。归纳起来,如果解决好上述4个方面的问题,就具备了打开ZigBee大门的全部条件,剩下的就是看如何运用智慧,去实现千千万万的应用,去开发形形色色的无线产品了。而本书的目的,作为读者迈进ZigBee无线技术的桥梁的作用,也就达到了。衷心希望我们和北京航空航天大学出版社共同努力出版的这本图书,能够成为读者迈入ZigBee无线网络技术大门的“金钥匙”,成为学习嵌入式无线技术的好伴侣。购买了本书,并且需要本书配置实验的源代码/资料的读者,请登录http://www.c51rf.com/download.asp下载或发邮件info@c51rf.com索取。

 



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