​《ZigBee技术应用》教案

授课班级

普专2018物联网应用技术P02班

上课地点

北区508机房

学习内容

Zigbee网络基本知识、协议介绍、网络拓扑

Zigbee网络发展历程以及分类，应用领域等

课时

教学目标

专业能力

1.理解Zigbee网络基本知识

2.理解Zigbee网络协议

3.了解网络拓扑

4.Zigbee网络发展历程

5.Zigbee网络应用领域

方法能力

决定能力；计划能力；学习技术的掌握

记忆力培训；传达能力；沟通能力

系统思考；对工作目标的了解。

社会能力

ZigBee技术应用能力

教学重点

Zigbee网络基本知识

教学难点

协议介绍

目标群体

本课程授课对象为学院三年级普专学生，学生记忆力好、想象力丰富、学习目的性较差。学生平时接触本专业的机会很少，对基础知识不了解。应加强基础性的教学。

教学环境

多媒体教室，机房

教学方法

结合任务驱动法、自主探究学习模式，引导学生完成相应的任务

时间

安排

教学过程设计

20分钟

时间

安排

教学过程设计

2学时

2课时

三、布置任务，学生学习

任务1 Zigbee基础知识

短距离无线通信技术特点

发射功率：几微瓦~100微瓦

通信距离：几厘米~几百米

主要在房间内使用

全向天线和线路板天线

不需要申请无线频道

高频操作

引入

Zigbee的由来：

在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，......而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。

Zigbee是什么：

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。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。

不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee"基站"却不到1000元人民币;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料;除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。

每个Zigbee网络节点（FFD和RFD）可以可支持多到31个的传感器和受控设备，每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。

Zigbee技术的应用领域：

Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。（成都西谷曙光数字技术公司的专利技术）。

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：

1． 需要数据采集或监控的网点多；

2． 要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；

3． 要求数据传输可性高，安全性高；

4． 设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；

5． 电池供电；

6． 地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；

7． 现有移动网络的覆盖盲区；

8． 使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。

9． 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 技术的特点：

1.省电：两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性、时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

网络容量大：可支持达65000个节点。

2.安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128。

3.高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密

Zigbee的发展前景：

Zigbee技术和RFID 技术在2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。关于这方面的报道，你只需在百度，或GOOGLE搜索栏中键入"Zigbee"，你就会看到大量的有关报道。总之，今后若干年，都将是Zigbee技术飞速发展的时期。

四、自由练习，促进迁移

根据要求完成实训。收集Zigbee的网上资料。写篇Zigbee的发展现状

通过实训让学生了解Zigbee的发展

五、归纳总结，促进收获

我们今天学习了Zigbee，通过这次学习大家可以了解Zigbee。

教学评价：注重学生对所学知识的意义建构，重视学习过程和学习体验的评价。

教学反思：

二 Zigbee的应用领域

数字油田应用

基于Zigbee 技术的油井监测系统，采用大量传感器无线组网。油井工作状态传感器主要有温度传感器，电压传感器，电机电流传感器，被监控开关断/合传感器，载荷传感器、角位移传感器（或脉冲发生器）、监控器、电参量传感器等，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值通过ZigBee通信模块送至采油场监控中心。

完全摒弃了传统的单一使用有线、数字电台监控油井的方法,使设备费用投入大、运营成本高，维护难度大的问题得到彻底的解决，实现油井井场内无线化，大大提高了系统的稳定性。

能耗监测应用

基于Zigbee 技术能耗监测系统实现对能耗使用的全参数、全过程的管理和控制功能，是能耗监测、温度集中控制和节能运行管理的综合解决方案。

在各种无线传感网技术中，ZigBee的自组网能力特性使其非常适合建筑能耗系统的应用，在节点分散、数量众多、低速率传输的能耗监测采集端建设中，有明显的优势，是当前最适合建筑能耗监测系统数据传输技术。除了组网方便、安全、可靠，Zigbee还有低功耗、低成本等特点，非常适合有大量终端设备的网络，如能耗监测、楼宇自动化等场合。

智能家居中应用

基于ZigBee技术的智能家居应用，把zigbee模块可嵌入到智能家居环境监测系统的各传感器设备中，实现近距离无线组网与数据传输。

通过用户PC或手机、网关、光线传感器、温湿度传感器，二氧化碳传感器、甲醛传感器、灰尘传感器等设备组成完整系统，实现智慧门禁、智慧家电、智慧安防、智慧浇灌等，可以提供一个完整且实时的环境检测报告与治理，给人们带来更健康、更愉悦的生活。

路灯监控应用

ZigBee路灯远程监控，ZigBee模块嵌入在路灯监控终端内的控制器中，获取的数据直接通过2.4G频率的 ZigBee网络发送到ZigBee网关。ZigBee网关在通过3G/4G网络把数据传送到远程管理中心进行存储、统计、分析，帮助管理决策。

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低功耗无线网络传输技术，基于Zigbee技术的路灯远程监控系统已经得到了广泛的应用，也获得了很好的效果，不仅对路灯控制进行了优化，而且实现了节电节能，给智慧城市添了一把力

医疗监测应用

生命体征监测设备是由加速度计、陀螺仪、磁性传感器、皮电、温度、血压等各种传感器组成。实时监测采集心率、呼吸、血压、心电、核心体温、身体姿势、位移等多种身体特征参数。生命体征监测设备内置ZigBee模块，病人数据可实时记录，最终通过无线传输到终端或者工作站实现远程监控。

救护车在去往医院的途中，可以通过无线通信技术提供实时的病人信息，同时还可以实现远程诊断与初级的看护，从而大幅缩减救援的响应时间，为病人的进一步抢救赢得宝贵的时间。

农业大棚智能控制应用

ZigBee农业大棚智能控制，采用ZigBee无线技术，通过在农业大棚内布置已嵌入ZigBee模块来的温度、湿度、光照等传感器，对棚内的温湿度，光照等进行监测自动化控制。

由于ZigBee强大的组网能力，可以实现大面积的区域监控，极大地降低了智能温室大棚的建设成本和运行成本。监控系统与我们建立的基于作物生长周期的墒情专家系统有机集成，实现作物生长的精细和动态监控，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平。

光伏阵列监测应用

基于ZigBee技术的光伏阵列监测系统，采用Zigbee传输设备组网，利用无线传感器网络对光伏阵列进行监测具有无可比拟的优越性。

无线传感器网络向控制中心传送数据，中间无需道题介质，节省人力和维护成本。网络自组网何自动修复能力强，扩展性高。

塔吊起重机无线监控应用

塔式起重机远程监视管理系统是基于传感器技术、数据采集技术、数据处理技术、ZigBee网络技术与远程通信技术相融合的系统平台，通过前端监控装置和平台无缝融合，实现了开放式的实时塔吊作业监控，在对塔吊实现现场安全监控的同时，通过Zigbee自组网络无线数据传输，将塔吊运行工况安全数据和报警信息ZigBee通信模块实时发送到远程监控平台，从而实现远程监测的功能。

四、自由练习，促进迁移

根据要求完成实训。收集Zigbee的网上资料。写篇Zigbee的发展现状

通过实训让学生了解Zigbee的发展

五、归纳总结，促进收获

我们今天学习了Zigbee，通过这次学习大家可以了解Zigbee。

教学评价：注重学生对所学知识的意义建构，重视学习过程和学习体验的评价。

教学反思：

作业

收集Zigbee技术资料

教学反馈