無線一詞已成為我們日常生活的一部分，我們已被無數的無線設備所包圍，例如移動(流動)電話、警報系統、閘門控制器、無線上網、無線鍵盤等。在主要制造商的協助下，已經有數種無線數據傳輸標準陸續出現——比如Bluetooth和Wi-Fi，是目前準備要征服全世界。但是一切事情似乎頗為復雜，縱使你是一位富有經驗的技術人士，到底應如何解決這樣問題呢?數之不盡的半導體制造商生產的IC皆可根據一些常用的技術或其他便可用作無線通信，甚至有些微控制器也可達至此目的，雖然大部分都是很昂貴及往往在電子零件店里找不到，Chipcon CFC2440就是一個很好的例子，縱使你勉強克服了一般的設計問題，作為一位設計師要預先知道在某個時間會出現完全不同類別的問題：需要一個RF輸出級和適合的天線。這個輸出級是困難重重的，不管你如何小心謹慎于寄生電感上，它們仍使你非常頭痛，因為你的設計是好是壞都在此處反映出來。電子制造商也留意到這個問題，所以現在提供有現成的“RF方案”，尤其是支持ZigBee協議的。

圖. 采用兩個XBee模塊的數據傳輸系統

一、ZigBee概述

ZigBee是基于無線通信標準的一個名稱，基本上為工業應用而開發的。從歷史角度來看，ZigBee改良早前稱為“Home RF”的標準，該標準起初前景一片光明，可是因競爭對手Wireless Fidelity(Wi-Fi)標準的成功，它就被廢棄了。Home RF壽命如此短促，至少發人深醒，也教人憂慮，是否歷史會不斷重演?這次的狀況卻大不相同，因為ZigBee由主要的參與者如Digi、TI、Freescale、Honeywell、Philips、Microchip及Mitsubishi等支持，并且聯同大約一百家其他制造商組成“ZigBee Alliance”。

ZigBee原是依據于IEEE 802.15.4標準，并且采用與Wi-Fi同一頻帶(2.4GHz)，它有16個分開的頻道，換言之在單一位置上可提供多達16個網絡而不會互相干擾。最大數據傳輸速率為250Kb/s(在100m范圍內)，相比于Wi-Fi的54Mb/s或BlueTooth的1MB/s，此數據速率實在是很低了，可視之為ZigBee的弱點。可是，這協議原意是用作工業用途，在速度上不是主要考慮的。ZigBee是為滿足低電流損耗和尤其是低成本需求而開發的。表1比較上述提到三種無線通信技術。

表1 Zigbee/BlueTools/wifi比較

二、ZigBee模塊

MaxStream是一家非常有名的無線通信元件制造商，現在已經歸于DIGI公司旗下，在其ZigBee產品上加了一個很貼切的名稱XBee，XBee小型但卻是一個功能完善的ZigBee收發器(即接收器/發射器)，它是雙向操作，在意義上來講它可交替地發射或接收數據(半雙工式)。

Digi提供有兩種版本，XBee和XBee PRO兩版本都是有相同的功能和引腳兼容如圖二所示，唯一的差異是發射功率，XBee為最大2mW，而XBeePRO則最大50mW。發射功率當然是一個重要因素，因為最終產品的距離就決定于它的身上，但這絕不是唯一你要考慮的事情。

進一步考慮的是要符合法定的需求，最大輻射功率是由使用者當地的法律制定，在歐洲的應用限制為10mW。為要令它可以符合這個要求，Digi已在XBee內實行一個配置參數，可用來設定發射功率。

XBee帶有多種不同類型的天線：

1. 整合于芯片內里，在這情況下輻射能量實際是非定向。

2. 備有天線插座，供連接外部天線。

3. 整合有垂直(鞭型)天線，給予比選擇1有更佳的方向特性。

4. U.FL型按扣天線

三、軟件

低成本的XBee模塊很容易經標準串行接口連接，譬如常見于微控制器的UART或PC上的COM接口(RS232)，在115,200 baud的最高速率上傳輸。可是，XBee是由3.3V電源操作，而并非像大部分數字電路的5V電源，正如在圖3的方框圖上所見，兩類邏輯之間作直接相連是不可行的。

除此以外，你不需有使用該模塊的任何特殊知識，所以無須明白ZigBee協議才去開始，模塊為你做好每一樣事情，它是一個“智能”系統，即是說模塊含有可接受來自使用者命令的控制邏輯。這些命令乃由制造商規定。

在你可以發出一個命令之前，須將XBee置于“等待命令”狀態。要使它進入此狀態，便要給它一串三個+字符(hex 2B)，即“+++”。之后，XBee期待收到一個以Hayes格式的命令，這命令總是以ASCII碼的“AT”(代表“attention”)，緊跟著的才是實際命令及任何命令參數(如有)，命令串由一個Carriage Return(CR)回車字符作終結。XBee模塊執行該命令，然后報告命令是否成功處理，如一切已按命令去做，XBee便回應“OK”;否則，會從模塊收到一個錯誤信息。

圖3：AT命令語法

另外，還有一個X-CTU軟件，令到一切事情甚至更加方便，可用它來配置XBee模塊的所有參數，不過先要將XBee模塊連接至PC的COM接口(因信號電平不同須經適配器)，另外亦可用X-CTU來測試模塊和升級固件。

四、模塊內的數據緩存

無線鏈路上總是半雙工通信，用一條天線作發射或接收，但非兩者在同一時間。不過，Xbee模塊可以通過分時的方式達到UART端的同時發射和接收(全雙工模式)。圖4揭示了該原理。

圖4 XBee模塊內部框圖

XBee模塊內有發射(RF TX)緩存和接收(RF RX)緩存，每一緩存提供100bytes暫時存儲的地方，數據可以從兩個方面同時抵達。發射數據來自UART，以及接收數據來自RF鏈路經天線而來。當天線正在接收無線數據時，它不能在同一時間發射無線數據，因此，將要發射的數據可暫時存儲在發射緩存里，而收到數據就堆放在接收緩存內。只要RF端數據流停止，XBee模塊將天線從接收切換至發射，并且將發射緩存內的數據發送到大氣去，與此同時，UART清空接收緩存，把里面的數據傳輸給應用設備。

這雖是一個單純系統，但不是完全完美。應用上如有大量數據要發送時就很容易令發射緩存過載，關于這個問題Digi提供一個“滿載”警告。只要應用設備填入數據至已屆發射緩存最后的17bytes(換言之有83bytes正等待發送)，第12腳即轉高位，告知系統須暫時停止注入數據。發射緩沖器內容已減少至66bytes之后，第12腳再轉低。

五、在實踐中的XBee

圖5 XBee模塊的管腳定義，整個模塊有20只引腳。

為求安全起見，再次提醒，最高電源電壓是3.3V，超過這電壓結果只會令你珍貴的XBee永久損壞。電源電壓須經由100nF電容器退耦合，并盡可能靠近第1和10兩腳之間。 第2及3兩腳提供通信。第5腳很重要∶邏輯1(3.3V)啟動XBee模塊，而邏輯0禁止它。從第5腳接10kΩ上拉電阻至第1腳可保證模塊在接通電源之時即被啟動。第9腳有多種功用選擇，由內部參數決定當中哪一個被使用，最重要的功能是休眠狀態，只要內部SM寄存器不是在邏輯0，模塊便在沉睡之中。

第7腳提供脈寬調制(PWM)信號，此是與最近收到的RF信號成比例的，它有8.32ms時期，相當于120Hz，LED發光二極管及其他光效應器件可將之轉換成模擬信號，并利用它作為一個信號強度指示燈(只需一個RC網路和一個LM3914)。這亦可以由軟件去做，因為最近收到的信號強度存放于內部DB參數上，正如其名稱所指，這是給予dBm RF單位的數量(相對于1mW的分貝數)，可用以下的方程式作dBm RF與mW(P)之間的對換;dBm = 10logP [dB] 或P = 10(dBm/10)[mW]

試舉例∶0dBm = 1mW，10dbm = 10mW，20dBm = 100mW，30dBm = 1W。所有例子都是針對RF計算的。

審核編輯：湯梓紅