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ZIGBEE模塊技術(shù)在無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)路技術(shù),它具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

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(jiǎn)化了協(xié)議所以對(duì)于通信控制器的要求大大降低,同時(shí)ZigBee免去了協(xié)議專利費(fèi),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(jī)功耗,兩節(jié)5號(hào)電池便可讓其工作1年以上。

延時(shí)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(diǎn)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(diǎn)可以管理多個(gè)主節(jié)點(diǎn),而一個(gè)主節(jié)點(diǎn)便可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn),所以一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以控制最多65000個(gè)子節(jié)點(diǎn);

距離低:一般模塊傳輸距離只能到10~100m,通過(guò)在后級(jí)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(wú)安全設(shè)定、使用訪問(wèn)控制清單、AES 128三級(jí)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(kāi)放頻段。

二、搶答器

搶答器最常見(jiàn)到就是電視臺(tái)搶答節(jié)目以及一些學(xué)校舉辦的電子知識(shí)競(jìng)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(huì)隨著使用空間以及數(shù)量的增加而變得繁瑣。所以后期無(wú)線搶答器迅速新興起來(lái),這種搶答器空間限制比較小、布置方便、節(jié)點(diǎn)數(shù)量更多等優(yōu)點(diǎn)。

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三、ZigBee模塊設(shè)計(jì)

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典型的ZigBee控制板原理圖

通過(guò)官方網(wǎng)站推薦的原理圖去設(shè)計(jì)一塊典型的Demo板,所有器件都使用貼片元件會(huì)發(fā)現(xiàn)制作出來(lái)的PCB板會(huì)很精巧,射頻部分按照官方推薦值來(lái)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(huì)直接影響最終通信距離。同時(shí)可以在PCB板載天線位置預(yù)留出一個(gè)IPX或者SMA天線因?yàn)槭菬o(wú)線搶答器,可以只保留兩個(gè)按鍵和兩個(gè)LED便可,根據(jù)項(xiàng)目需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)焊接多少個(gè)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(duì)不可以鋪地的,同時(shí)天線與地的距離也有要求,具體請(qǐng)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(gè)節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器直接進(jìn)行組網(wǎng),某個(gè)節(jié)點(diǎn)或者多個(gè)節(jié)點(diǎn)有按鍵狀態(tài)時(shí),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(jiǎn)單的基于ZigBee無(wú)線搶答器,如果需要優(yōu)化可以對(duì)程序進(jìn)行處理,添加顯示屏,各個(gè)節(jié)點(diǎn)也可以增加顯示屏或者LED燈,對(duì)于搶到的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)顯示。如果搶答器距離不夠遠(yuǎn),可以對(duì)射頻端增加外置天線,提高天線增益,或者后級(jí)增加PA增加功率來(lái)增加距離。



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