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【zigbee 3.0模块】高性能32位内核 自组网快速便捷

zigbee 3.0模块高性能32位内核 自组网快速便

  1. E180-ZG120A概述

    E180-ZG120A是成都亿佰特基于Silicon Labs EFR32MG1B系列无线SOC设计生产的一款小体积 、低功耗、高可靠性、工作在2.4GHz 频段的ZIGBEE模块,芯片自带高性能 32-bit ARM Cortex -M4 内核,内部集成功率放大器,发射功率最高可达到20dBm。

    EFR32 是非常有潜力成为未来智能家具、物联网改造、工业自动化首选的无线微控制器,其网络特性符合ZIGBEE 3.0 标准,并提供一个完整的基于 IEEE802.15.4 标准 ISM 频段的应用集成方案。产品经过系列权威射频仪器的检验和认证,并结合多年的市场经验和该行业用户的实际需求,将无线产品极复杂的通讯协议集成到内置的 SoC 中,支持串口透明传输模式,并集成快捷易用的自组网功能,提供多路可配置的 AD、 IO、 PWM 接口,化繁为简,大幅简化无线产品复杂的开发过程,使您的产品以更低的成本快速投入市场。封面E180
    1.2功能特点

    集中式网络管理:ZIGBEE 3.0安全标准集中式入网机制,数据安全、可靠;

    Green Power: ZIGBEE 3.0 电源管理机制,整个网络功耗更低,节点功耗uA级;

    互通性:符合zigbee 3.0标准网络机制,可支持ZHA、ZLL等网络协议;

    大容量:256K容量的flash,32K容量的RAM,网络节点可以扩展到100以上;

    角色切换:用户可通过串口指令让设备在协调器,路由器,终端和休眠终端的四种类型中任意切换;

    TOUCHLINK:模块支持ZLL协议中的TOUCHLINK网络协议,主要应用于灯控领域,简化了ZigBee的网络形式,不需要协调器也可以建立简单稳定的ZigBee网络;

    支持多种网络拓扑:点对点,星型网,MESH网;

    网络自愈:网络中间节点丢失,其他网络自动加入或保持原网络;

    自动路由:模块支持网络路由功能;

    地址收索:用户可根据已加入网络节点的 MAC 地址(唯一的,固定的)查找出相应的短地址,同时也可以根据节点的短地址查找网络中每个节点相应的长地址

    数据安全:集成ZIGBEE 3.0 安全通讯标准,网络含有多级安全密匙;

    串口配置:模块内置串口指令,用户可通过出串口指令配置(查看)模块的参数及功能

    网络 PAN_ID 更改: 网络 PAN_ID 的任意切换,用户可自定义 PAN_ID 加入相应网络或者将自动选择 PAN_ID 加入网络;

    网络开放时间可配置,可配置持续一段时间打开网络,此期间符合ZigBee3.0标准的设备可以加入网络,过了这段时间后网络将关闭,任何设备无法加入。也可以配置永久打开,任何ZigBee3.0标准设备可以加入

    GPIO 控制: 本地/远程的 GPIO 电平控制,4个IO可选择;

    PWM 控制: 本地/远程的 PWM 控制, 5路PWM 通道供用户选择;

    ADC 控制: 本地/远程的 ADC 读取,5路 ADC 通道供用户选择;

    一键恢复波特率:如果用户忘记或不知波特率的情况下,可使用该功能,恢复默认波特率为 115200

    串口接收唤醒:支持串口接收唤醒功能,当模块处于休眠状态下当接收到一帧大于等于25个字节的数据时将被唤醒,此数据为唤醒帧用于唤醒模块将不会被当做数据处理

    模块复位:用户可通过串口命令对模块进行复位操作

    恢复出厂设置:用户可通过串口命令对模块进行出厂设置的恢复

    空中配置:用户可使用空中配置指令远程配置网络中的其他设备。

    1.3设备类型介绍

    ZigBee 网络中存在三种逻辑设备类型:Coordinator(协调器),Router(路由器),End-Device(非休眠终端)和Sleep- End-Device(休眠终端)。ZigBee 网络由一个 Coordinator 以及多个 Router 和多个 End_Device 组成(其终端节点可分为休眠终端和非休眠终端)。

    当需要接收数据时,是通过周期性的唤醒来接收数据,唤醒周期设置的越长接收就越延迟,唤醒周期设置必须小于30秒。若只需上传数据则可以把唤醒周期设置大于30秒或更长来降低功耗(默认为5分钟)比如电池供电的传感器。

    1.4 应用场景

    智能家居以及工业传感器等;

    安防系统、定位系统;

    无线遥控,无人机;

    无线游戏遥控器;

    医疗保健产品;

    无线语音,无线耳机;

    高级抄表架构(AMI);

    汽车行业应用;

    楼宇自动化解决方案;

    农业大棚自动化应用。

    二、E180-ZG120A规格参数

    2.1 极限参数

主要参数

性能

备注

最小值

最大值

电源电压(V)

0

3.8

超过3.8V 永久烧毁模块

阻塞功率(dBm)

-

10

近距离使用烧毁概率较小

工作温度(℃)

-40

+85

工业级


2.2 工作参数

主要参数

性能

备注

最小值

典型值

最大值

工作电压(V)

1.95

3.3

3.7

≥3.3V 可保证输出功率

通信电平(V)


3.3


使用5V TTL 有风险烧毁

工作温度(℃)

-40

-

+85

工业级设计

工作频段(MHz)

2400

-

2480

支持ISM 频段

功耗

发射电流(mA)


135


瞬时功耗

接收电流(mA)


11.6


休眠电流(μA)


2.5


软件关断

最大发射功率(dBm)

19.6

20.0

20.5


空中速率(bps)

250kbps

主要参数

描述

备注


参考距离

1000m

两点之间(zigbee网络支持路由多跳功能,可通过增加路由器达到延长传输距离的目的)。


晶振频率

38.4MHz


支持协议

Zigbee 3.0


封装方式

贴片式



接口方式

1.27mm

邮票孔


IC全称

EFR32MG1B232F256GM48


FLASH

256KB


RAM

32KB


内核

Cortex-M4


外形尺寸

17.5*28.7mm


天线接口

PCB/IPEX

等效阻抗约50Ω


三、E180-ZG120A工作模式

3.1 传输模式

当模块进入传输模式后,串口接收到的任何数据都将被无线发送出去,传输模式就是网络节点间进行无线通信,其通信的方式包括单播、广播、组播等。

3.2 配置模式

当模块进入配置模式后,串口接收的数据都默认为配置指令,对设备进行功能配置和操作,在配置模式下,模块串口收到的数据均认为是HEX指令。

3.3 模式切换

3.3.1 指令切换

模块上电初始化默认为传输模式。在传输模式下,当模块串口接收到“2A 2D 2E”字符后则进入配置模式,进入配置模式成功后返回“7A 7D 7E”字符。在配置模式下,当模块串口接收到“2F 2C 2B”字符时则模块退出配置模式,进入传输模式,进入传输模式成功后返回“7F 7C 7B”字符。

3.3.2 引脚切换

工作模式切换引脚PB11,内部配置上拉电阻输入模式,上电默认高电平,在任何模式下当模式切换引脚PB11被拉低时间大于500ms时,则模块工作模式切换,具体如下图所示:550FBF3F-E705-48d5-8DCB-520D8087E3D2
四、E180-ZG120A收发模式

数据发送的方式:模块的数据发送方式包括单播、广播、组播等3种方式。

4.1、广播模式

广播模式下,发送设备将串口接收到的数据发送给网络中的每一个节点(也包括自己),网络中所有的非休眠设备都将接收数据。

4.2、组播模式

组播模式下,首先对网络中的设备设定组号(进行分组),发送设备必须指定发送的目标组号(把数据发给哪一个组),然后发送设备将串口收到的数据发送到网络中,网络中具有相同组号的设备将接收到数据。

4.3、单播模式

点播模式下,网络中的设备通过网络地址进行点对点的通信,发送设备把接收到的串口数据发送给目标地址设备,并且目标地址设备收到数据后可以回一个ACK给发送设备表示已经收到数据。

接收数据的输出方式

接收数据输出方式:当模块接收到无线数据后,串口输出数据的方式;

4.1、 透明输出

若配置设备的输出模式为透明输出,则模块接收到无线数据后将原始数据通过串口输出;

4.2、数据+短地址

当设备的输出模式为数据+短地址时,模块接收到无线数据后,串口将输出原始数据+发送设备的短地址;

4.3、 数据+长地址

当设备的输出模式为数据+长地址时,模块接收到无线数据后,串口将输出原始数据+发送设备的长地址;

4.4、 数据+RSSI

当设备的输出模式为数据+RSSI,模块接收到无线数据后,串口将输出原始数据+接收到该数据包的RSSI值;

4.5、 数据+短地址+RSSI

当设备的输出模式为数据+短地址+RSSI,模块接收到无线数据后,串口将输出原始数据+发送设备的短地址+接收到该数据包的RSSI值;

4.6、 数据+长地址+RSSI

当设备的输出模式为数据+长地址+RSSI,模块接收到无线数据后,串口将输出原始数据+发送设备的长地址+接收到该数据包的RSSI值;注:发送方单包支持最大数据包长72字节

五、E180-ZG120A二次开发设计参考

5.1机械尺寸和引脚定

1

引脚序号

引脚名称

引脚方向

引脚用途

1

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

2

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

3

VCC

输入

模块电源正参考电,电压范围1.95~3.7V

4

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

5

PD10

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

6

PD11

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

7

PD12

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

8

PD13

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

9

PD14

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

10

PD15

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

11

PA0

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

12

PA1

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

13

PA2

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

14

PA3

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

15

PA4

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

16

PA5

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

17

PB11

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

18

PB12

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

19

PB13

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

20

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

21

PB14

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

22

PB15

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

23

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

24

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

25

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

26

PC6

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

27

PC7

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

28

PC8

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

29

PC9

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

30

PC10

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

31

PC11

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

32

SWCLK

输入/输出

DBG_SWCLKTCK,可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

33

SWDIO

输入/输出

DBG_SWDIOTMS,可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

34

PF2

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

35

PF3

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

36

PF4

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

37

PF5

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

38

PF6

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

39

PF7

输入/输出

可配置的通用IO口(详见EFR32MG1手册)

40

RESETN

输入

复位引脚

41

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

42

GND

输入/输出

地线,连接到电源参考地

5.2模块原理图2
5.3开发使用

序号

关键字

注意事项

1

烧录程序

模块是SOC模块,自带GPIO口,程序下载使用J-LINK专用下载器 ;我司提供 demo 程序供用户参考,用户可以直接下载澳洲幸运5编译好的HEX文件,或在原代码基础上更改实现自己需要的功能。程序下载接口定义

E76系列引脚

J-LINK 接口

VCC

VCC

PF0

SWCLK

PF1

SWDIO

GND

GND

                                             

2

测试底板

我司暂时没有提供配套底板。

5.4 硬件设计

● 推荐使用直流稳压电源对该模块进行供电,电源纹波系数尽量小,模块需可靠接地

● 请注意电源正负极的正确连接,如反接可能会导致模块永久性损坏

● 请检查供电电源,确保在推荐供电电压之间,如超过最大值会造成模块永久性损坏

● 请检查电源稳定性,电压不能大幅频繁波动

● 在针对模块设计供电电路时,往往推荐保留30%以上余量,有整机利于长期稳定地工作

● 模块应尽量远离电源、变压器、高频走线等电磁干扰较大的部分

● 高频数字走线、高频模拟走线、电源走线必须避开模块下方,若实在不得已需要经过模块下方,假设模块焊接在Top Layer,在模块接触部分的Top Layer铺地铜(全部铺铜并良好接地),必须靠近模块数字部分并走线在Bottom Layer;

● 假设模块焊接或放置在Top Layer,在Bottom Layer或者其他层随意走线也是错误的,会在不同程度影响模块的杂散以及接收灵敏度;

● 假设模块周围有存在较大电磁干扰的器件也会极大影响模块的性能,跟据干扰的强度建议适当远离模块,若情况允许可以做适当的隔离与屏蔽;

● 假设模块周围有存在较大电磁干扰的走线(高频数字、高频模拟、电源走线)也会极大影响模块的性能,跟据干扰的强度建议适当远离模块,若情况允许可以做适当的隔离与屏蔽;

● 通信线若使用5V电平,必须串联1k-5.1k电阻(不推荐,仍有损坏风险);

● 尽量远离部分物理层亦为2.4GHz的TTL协议,例如:USB3.0;

● 天线安装结构对模块性能有较大影响,务必保证天线外露,最好垂直向上。当模块安装于机壳内部时,可使用优质的天线延长线,将天线延伸至机壳外部;

● 天线切不可安装于金属壳内部,将导致传输距离极大削弱。

5.5 软件编写

1. 此模块核心为EFR32,其驱动方式完全等同于EFR32,用户可以完全按照EFR32芯片手册进行操作(详见EFR32手册);

2.烧录程序:模块是SOC模块,自带GPIO口,程序下载使用J-LINK专用下载器。

3.程序下载接口定义:                

引脚

J-LINK接口

VCC

VCC

PF0

SWCLK

PF1

SWDIO

GND

GND