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【zigbee 3.0模塊】高性能32位內核 自組網快速便捷

zigbee 3.0模塊高性能32位內核 自組網快速便

  1. E180-ZG120A概述

    E180-ZG120A是成都億佰特基于Silicon Labs EFR32MG1B系列無線SOC設計生產的一款小體積 、低功耗、高可靠性、工作在2.4GHz 頻段的ZIGBEE模塊,芯片自帶高性能 32-bit ARM Cortex -M4 內核,內部集成功率放大器,發射功率最高可達到20dBm。

    EFR32 是非常有潛力成為未來智能家具、物聯網改造、工業自動化首選的無線微控制器,其網絡特性符合ZIGBEE 3.0 標準,并提供一個完整的基于 IEEE802.15.4 標準 ISM 頻段的應用集成方案。產品經過系列權威射頻儀器的檢驗和認證,并結合多年的市場經驗和該行業用戶的實際需求,將無線產品極復雜的通訊協議集成到內置的 SoC 中,支持串口透明傳輸模式,并集成快捷易用的自組網功能,提供多路可配置的 AD、 IO、 PWM 接口,化繁為簡,大幅簡化無線產品復雜的開發過程,使您的產品以更低的成本快速投入市場。封面E180
    1.2功能特點

    集中式網絡管理:ZIGBEE 3.0安全標準集中式入網機制,數據安全、可靠;

    Green Power: ZIGBEE 3.0 電源管理機制,整個網絡功耗更低,節點功耗uA級;

    互通性:符合zigbee 3.0標準網絡機制,可支持ZHA、ZLL等網絡協議;

    大容量:256K容量的flash,32K容量的RAM,網絡節點可以擴展到100以上;

    角色切換:用戶可通過串口指令讓設備在協調器,路由器,終端和休眠終端的四種類型中任意切換;

    TOUCHLINK:模塊支持ZLL協議中的TOUCHLINK網絡協議,主要應用于燈控領域,簡化了ZigBee的網絡形式,不需要協調器也可以建立簡單穩定的ZigBee網絡;

    支持多種網絡拓撲:點對點,星型網,MESH網;

    網絡自愈:網絡中間節點丟失,其他網絡自動加入或保持原網絡;

    自動路由:模塊支持網絡路由功能;

    地址收索:用戶可根據已加入網絡節點的 MAC 地址(唯一的,固定的)查找出相應的短地址,同時也可以根據節點的短地址查找網絡中每個節點相應的長地址

    數據安全:集成ZIGBEE 3.0 安全通訊標準,網絡含有多級安全密匙;

    串口配置:模塊內置串口指令,用戶可通過出串口指令配置(查看)模塊的參數及功能

    網絡 PAN_ID 更改: 網絡 PAN_ID 的任意切換,用戶可自定義 PAN_ID 加入相應網絡或者將自動選擇 PAN_ID 加入網絡;

    網絡開放時間可配置,可配置持續一段時間打開網絡,此期間符合ZigBee3.0標準的設備可以加入網絡,過了這段時間后網絡將關閉,任何設備無法加入。也可以配置永久打開,任何ZigBee3.0標準設備可以加入

    GPIO 控制: 本地/遠程的 GPIO 電平控制,4個IO可選擇;

    PWM 控制: 本地/遠程的 PWM 控制, 5路PWM 通道供用戶選擇;

    ADC 控制: 本地/遠程的 ADC 讀取,5路 ADC 通道供用戶選擇;

    一鍵恢復波特率:如果用戶忘記或不知波特率的情況下,可使用該功能,恢復默認波特率為 115200

    串口接收喚醒:支持串口接收喚醒功能,當模塊處于休眠狀態下當接收到一幀大于等于25個字節的數據時將被喚醒,此數據為喚醒幀用于喚醒模塊將不會被當做數據處理

    模塊復位:用戶可通過串口命令對模塊進行復位操作

    恢復出廠設置:用戶可通過串口命令對模塊進行出廠設置的恢復

    空中配置:用戶可使用空中配置指令遠程配置網絡中的其他設備

    1.3設備類型介紹

    ZigBee 網絡中存在三種邏輯設備類型:Coordinator(協調器),Router(路由器),End-Device(非休眠終端)和Sleep- End-Device(休眠終端)。ZigBee 網絡由一個 Coordinator 以及多個 Router 和多個 End_Device 組成(其終端節點可分為休眠終端和非休眠終端)。

    當需要接收數據時,是通過周期性的喚醒來接收數據,喚醒周期設置的越長接收就越延遲,喚醒周期設置必須小于30秒。若只需上傳數據則可以把喚醒周期設置大于30秒或更長來降低功耗(默認為5分鐘)比如電池供電的傳感器。

    1.4 應用場景

    智能家居以及工業傳感器等;

    安防系統、定位系統;

    無線遙控,無人機;

    無線游戲遙控器;

    醫療保健產品;

    無線語音,無線耳機;

    高級抄表架構(AMI);

    汽車行業應用;

    樓宇自動化解決方案;

    農業大棚自動化應用

    二、E180-ZG120A規格參數

    2.1 極限參數

主要參數

性能

備注

最小值

最大值

電源電壓(V)

0

3.8

超過3.8V 永久燒毀模塊

阻塞功率(dBm)

-

10

近距離使用燒毀概率較小

工作溫度(℃)

-40

+85

工業級


2.2 工作參數

主要參數

性能

備注

最小值

典型值

最大值

工作電壓(V)

1.95

3.3

3.7

≥3.3V 可保證輸出功率

通信電平(V)


3.3


使用5V TTL 有風險燒毀

工作溫度(℃)

-40

-

+85

工業級設計

工作頻段(MHz)

2400

-

2480

支持ISM 頻段

功耗

發射電流(mA)


135


瞬時功耗

接收電流(mA)


11.6


休眠電流(μA)


2.5


軟件關斷

最大發射功率(dBm)

19.6

20.0

20.5


空中速率(bps)

250kbps

主要參數

描述

備注


參考距離

1000m

兩點之間(zigbee網絡支持路由多跳功能,可通過增加路由器達到延長傳輸距離的目的)。


晶振頻率

38.4MHz


支持協議

Zigbee 3.0


封裝方式

貼片式



接口方式

1.27mm

郵票孔


IC全稱

EFR32MG1B232F256GM48


FLASH

256KB


RAM

32KB


內核

Cortex-M4


外形尺寸

17.5*28.7mm


天線接口

PCB/IPEX

等效阻抗約50Ω


三、E180-ZG120A工作模式

3.1 傳輸模式

當模塊進入傳輸模式后,串口接收到的任何數據都將被無線發送出去,傳輸模式就是網絡節點間進行無線通信,其通信的方式包括單播、廣播、組播等。

3.2 配置模式

當模塊進入配置模式后,串口接收的數據都默認為配置指令,對設備進行功能配置和操作,在配置模式下,模塊串口收到的數據均認為是HEX指令。

3.3 模式切換

3.3.1 指令切換

模塊上電初始化默認為傳輸模式。在傳輸模式下,當模塊串口接收到“2A 2D 2E”字符后則進入配置模式,進入配置模式成功后返回“7A 7D 7E”字符。在配置模式下,當模塊串口接收到“2F 2C 2B”字符時則模塊退出配置模式,進入傳輸模式,進入傳輸模式成功后返回“7F 7C 7B”字符。

3.3.2 引腳切換

工作模式切換引腳PB11,內部配置上拉電阻輸入模式,上電默認高電平,在任何模式下當模式切換引腳PB11被拉低時間大于500ms時,則模塊工作模式切換,具體如下圖所示:550FBF3F-E705-48d5-8DCB-520D8087E3D2
四、E180-ZG120A收發模式

數據發送的方式模塊的數據發送方式包括單播、廣播、組播等3種方式。

4.1、廣播模式

廣播模式下,發送設備將串口接收到的數據發送給網絡中的每一個節點(也包括自己),網絡中所有的非休眠設備都將接收數據。

4.2、組播模式

組播模式下,首先對網絡中的設備設定組號(進行分組),發送設備必須指定發送的目標組號(把數據發給哪一個組),然后發送設備將串口收到的數據發送到網絡中,網絡中具有相同組號的設備將接收到數據。

4.3、單播模式

點播模式下,網絡中的設備通過網絡地址進行點對點的通信,發送設備把接收到的串口數據發送給目標地址設備,并且目標地址設備收到數據后可以回一個ACK給發送設備表示已經收到數據。

接收數據的輸出方式

接收數據輸出方式:當模塊接收到無線數據后,串口輸出數據的方式;

4.1、 透明輸出

若配置設備的輸出模式為透明輸出,則模塊接收到無線數據后將原始數據通過串口輸出;

4.2、數據+短地址

當設備的輸出模式為數據+短地址時,模塊接收到無線數據后,串口將輸出原始數據+發送設備的短地址;

4.3、 數據+長地址

當設備的輸出模式為數據+長地址時,模塊接收到無線數據后,串口將輸出原始數據+發送設備的長地址;

4.4、 數據+RSSI

當設備的輸出模式為數據+RSSI,模塊接收到無線數據后,串口將輸出原始數據+接收到該數據包的RSSI值;

4.5、 數據+短地址+RSSI

當設備的輸出模式為數據+短地址+RSSI,模塊接收到無線數據后,串口將輸出原始數據+發送設備的短地址+接收到該數據包的RSSI值;

4.6、 數據+長地址+RSSI

當設備的輸出模式為數據+長地址+RSSI,模塊接收到無線數據后,串口將輸出原始數據+發送設備的長地址+接收到該數據包的RSSI值;注:發送方單包支持最大數據包長72字節

五、E180-ZG120A二次開發設計參考

5.1機械尺寸和引腳定

1

引腳序號

引腳名稱

引腳方向

引腳用途

1

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

2

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

3

VCC

輸入

模塊電源正參考電,電壓范圍1.95~3.7V

4

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

5

PD10

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

6

PD11

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

7

PD12

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

8

PD13

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

9

PD14

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

10

PD15

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

11

PA0

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

12

PA1

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

13

PA2

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

14

PA3

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

15

PA4

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

16

PA5

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

17

PB11

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

18

PB12

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

19

PB13

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

20

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

21

PB14

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

22

PB15

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

23

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

24

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

25

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

26

PC6

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

27

PC7

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

28

PC8

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

29

PC9

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

30

PC10

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

31

PC11

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

32

SWCLK

輸入/輸出

DBG_SWCLKTCK,可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

33

SWDIO

輸入/輸出

DBG_SWDIOTMS,可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

34

PF2

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

35

PF3

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

36

PF4

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

37

PF5

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

38

PF6

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

39

PF7

輸入/輸出

可配置的通用IO口(詳見EFR32MG1手冊)

40

RESETN

輸入

復位引腳

41

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

42

GND

輸入/輸出

地線,連接到電源參考地

5.2模塊原理圖2
5.3開發使用

序號

關鍵字

注意事項

1

燒錄程序

模塊是SOC模塊,自帶GPIO口,程序下載使用J-LINK專用下載器 ;我司提供 demo 程序供用戶參考,用戶可以直接下載我們編譯好的HEX文件,或在原代碼基礎上更改實現自己需要的功能。程序下載接口定義

E76系列引腳

J-LINK 接口

VCC

VCC

PF0

SWCLK

PF1

SWDIO

GND

GND

                                             

2

測試底板

我司暫時沒有提供配套底板。

5.4 硬件設計

● 推薦使用直流穩壓電源對該模塊進行供電,電源紋波系數盡量小,模塊需可靠接地

● 請注意電源正負極的正確連接,如反接可能會導致模塊永久性損壞

● 請檢查供電電源,確保在推薦供電電壓之間,如超過最大值會造成模塊永久性損壞

● 請檢查電源穩定性,電壓不能大幅頻繁波動

● 在針對模塊設計供電電路時,往往推薦保留30%以上余量,有整機利于長期穩定地工作

● 模塊應盡量遠離電源、變壓器、高頻走線等電磁干擾較大的部分

● 高頻數字走線、高頻模擬走線、電源走線必須避開模塊下方,若實在不得已需要經過模塊下方,假設模塊焊接在Top Layer,在模塊接觸部分的Top Layer鋪地銅(全部鋪銅并良好接地),必須靠近模塊數字部分并走線在Bottom Layer;

● 假設模塊焊接或放置在Top Layer,在Bottom Layer或者其他層隨意走線也是錯誤的,會在不同程度影響模塊的雜散以及接收靈敏度;

● 假設模塊周圍有存在較大電磁干擾的器件也會極大影響模塊的性能,跟據干擾的強度建議適當遠離模塊,若情況允許可以做適當的隔離與屏蔽;

● 假設模塊周圍有存在較大電磁干擾的走線(高頻數字、高頻模擬、電源走線)也會極大影響模塊的性能,跟據干擾的強度建議適當遠離模塊,若情況允許可以做適當的隔離與屏蔽;

● 通信線若使用5V電平,必須串聯1k-5.1k電阻(不推薦,仍有損壞風險);

● 盡量遠離部分物理層亦為2.4GHz的TTL協議,例如:USB3.0;

● 天線安裝結構對模塊性能有較大影響,務必保證天線外露,最好垂直向上。當模塊安裝于機殼內部時,可使用優質的天線延長線,將天線延伸至機殼外部;

● 天線切不可安裝于金屬殼內部,將導致傳輸距離極大削弱。

5.5 軟件編寫

1. 此模塊核心為EFR32,其驅動方式完全等同于EFR32,用戶可以完全按照EFR32芯片手冊進行操作(詳見EFR32手冊);

2.燒錄程序:模塊是SOC模塊,自帶GPIO口,程序下載使用J-LINK專用下載器。

3.程序下載接口定義:                

引腳

J-LINK接口

VCC

VCC

PF0

SWCLK

PF1

SWDIO

GND

GND


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