Zigbee无线联网解决方案

基于ZigBee网络的无线联网解决方案【摘要】本测试是针对没有以太网接口的PLC无线联网解决方案。ZigBee模块连接PLC的485端口，通过紫蜂协议收发数据，自动联网，可以点到点或广播模式，最长距离可以达到2km，模块价格较低，是短距离无线联网的高性价比解决方案。PLC仅仅需要普通的Modbus主从模式通讯即可，无需其他配置和附件。关键词：ZigBee，紫蜂协议，超级终端，485通讯，点到点，广播，频段，PLC1.ZigBee简介（百度百科）ZigBee协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。Zigbee的基础是IEEE802.15.4。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：需要数据采集或监控的网点多；要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；要求数据传输可靠性高，安全性高；设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；电池供电；地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；现有移动网络的覆盖盲区；使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统；使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。ZigBee联网的缺点是信号传输对于空间洁净度要求较高，任何实体在站点之间都会影响到信号的接收，如果阴天下雨等气候变化也会影响信号传输，因此应用ZigBee设备联网时需要注意系统的安装环境。2.为什么选择ZigBee联网ZigBee技术在数据采集及物联网领域已经广泛应用，在OEM客户中，有些应用场合与物联网的应用是相似的，比如物流行业、仓储、空调、起重等，这些场合通常不方便布设有线网络，用wifi联网会有成本压力，要么需要PLC有以太网接口，要么需要网管设备，这样的应用场合中ZigBee设备就显示了它的独特优势。3.ZigBee设备与施耐德PLC的联网测试3.1网络拓扑3.2硬件配置本测试方案采用三个PLC，分别为M241，M221，M218控制器，ZigBee设备为上海顺舟科技的ZigBee无线传输设备SZ02-485-2K，该产品配备模块、电源、胶棒天线一套。产品外观如下图所示。ZigBee模块的基本特性如下：主要功能：有RS232、485、USB以及NET接口与无线Z-BEE的相互转换，通过无线ZIGBEE进行组网通信；无线功能强大：具备中继路由功能；通信距离较远：最大视距传输距离2000米；抗干扰能力强：2.4GDSSS扩频技术；串口应用灵活：透明方式或指令格式传输，最高波特率115200；发送模式灵活：广播发送或目标地址发送模式可选；节点类型灵活：中心节点、路由节点、终端节点可任意设置；组网能力较强：星型网、树型网、链型网、网状网；网络容量较大：16信道可选，65535个网络ID可任意设置3.3ZigBee模块的配置3.3.1中心节点的NodeIDZigBee模块在使用前需要配置基本参数，Centre节点专用NodeID是0000，用户没有专用的工具是不能修改的，因为它的配置需要专用的配置平台，一旦设定为Centre，0000地址成为该模块的专用地址，不能配置在其它模块。3.3.2模块的网络参数配置终端模块的网络参数需要通过Windows系统的工具软件“超级终端”来配置，在WindowsXP系统中，超级终端位于“程序——附件——通讯——超级终端”，可以直接打开，选择COM端口后就可以连接ZigBee模块，入下图：而在Win7或更高版本的操作系统中，系统默认是没有这个程序的，需要下载超级终端软件HyperTerminal，安装在系统中后，就可以用该软件来配置ZigBee模块的网络参数。配置方法详见ZigBee操作手册3.3.3配置电缆ZigBee模块的配置也通过485端口，如下图是模块的接口：与施耐德PLC的485端口接线时，对应的端子如下，D1对应Zigbee模块的A，D0接B采用通用的USB——485适配器即可，本次测试使用的适配器如下：3.3.4节点配置参数中心节点0000，网络拓扑星形，广播模式，波特率9600，数据位8，无校验，停止位1，SRC地址不输出；从节点1地址0002，路由节点，主从模式；从节点2地址0003，路由节点，主从模式；其他参数相同。根据ZigBee协议特点，这种配置模式收发效率最高。由ZigBee模块的配置可以看出，通讯参数：波特率9600，数据位8，无校验，停止位1中心节点终端节点1终端节点2每一台与ZigBee连接的PLC的485端口的参数都需要配置与ZigBee相同的通讯参数，才能保证PLC的数据由ZigBee成功转发。3.4PLC的配置3.4.1PLC串口的连接和配置根据PLC和ZigBee的接线图，将两者的485端口连接，D1对应A，D0对应B，如前面的拓扑图所示，把0000的中心节点模块接到master的PLC上，地址为0002的Router模块接到slave1的PLC上，地址为0003的Router模块接到slave2的PLC上。所有PLC的串口通讯参数配置与相应的ZigBee一致，默认为波特率9600，数据位8，停止位1，无校验位。作为主站的M241，配置如下，其他参数为缺省值：从站1为M218，配置如下：从站2为M221，配置如下：3.4.2主站PLC程序编写因为是Modbus主从模式通讯，只在主站PLC里编写了通讯程序，在同一地址写入数据，再读出数据，就可以判断通讯是否成功，如下为示例程序：4.不同环境下的对比测试测试环境一（主从站放在一起）：位置：PLC和ZigBee都放在同一个办公桌上距离：1米天线：无天线PLC和Zigbee在一起经过测试发现，在近距离的环境下，ZigBee网络的数据转发过程非常顺畅。测试环境二（主从站分开，几米远，有开放式隔板）：位置：主站PLC和ZigBee放在办公桌上，从站PLC和ZigBee分别在不同的办公桌上，高度在同一水平线，slave2与主站间隔一个墙板，距离约4米，slave1距离约6米，相隔3个隔板距离：1米天线：胶棒天线，竖直方向PLC和Zigbee在一起本环境下，测试结果仍然比较理想，ZigBee网络的数据转发过程非常顺畅。测试环境三（更远距离，有隔板）：位置：主站PLC和ZigBee放在办公桌上，从站PLC和ZigBee分别在不同的办公桌上，高度在同一水平线，slave2与主站间隔一个墙板，距离约4米，slave1置于上海区实验室，距离约50米，相隔6个隔板距离：1米天线：胶棒天线，竖直方向PLC和Zigbee在一起本环境下，测试结果理想，ZigBee网络的数据转发过程顺畅无变化。测试环境四（更远距离，从站1关闭在房间中）：位置：主站PLC和ZigBee放在办公桌上，从站PLC和ZigBee分别在不同的办公桌上，高度在同一水平线，slave2与主站间隔一个墙板，距离约4米，slave1置于上海区实验室，距离约50米，相隔6个隔板，实验室门关闭，封闭于房间中。距离：1米天线：胶棒天线，竖直方向PLC和Zigbee在一起本环境下，测试结果理想，ZigBee网络的数据转发过程顺畅无变化。