【zigbee 3.0模塊】高性能32位內(nèi)核 自組網(wǎng)快速便
E180-ZG120A是成都億佰特基于Silicon Labs EFR32MG1B系列無線SOC設(shè)計生產(chǎn)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(nèi)核，內(nèi)部集成功率放大器，發(fā)射功率最高可達(dá)到20dBm。
EFR32是非常有潛力成為未來智能家具、物聯(lián)網(wǎng)改造、工業(yè)自動化首選的無線微控制器，其網(wǎng)絡(luò)特性符合ZIGBEE 3.0技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并提供一個完整的基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ISM頻段的應(yīng)用集成方案。產(chǎn)品經(jīng)過系列權(quán)威射頻儀器的檢驗和認(rèn)證，并結(jié)合多年的市場經(jīng)驗和該行業(yè)用戶的實(shí)際需求，將無線產(chǎn)品極復(fù)雜的通訊協(xié)議集成到內(nèi)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(wǎng)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(chǎn)品復(fù)雜的開發(fā)過程，使您的產(chǎn)品以更低的成本快速投入市場。
1.2功能特點(diǎn)
● 集中式網(wǎng)絡(luò)管理:ZIGBEE 3.0安全標(biāo)準(zhǔn)集中式入網(wǎng)機(jī)制，數(shù)據(jù)安全、可靠；
● Green Power: ZIGBEE 3.0 電源管理機(jī)制，整個網(wǎng)絡(luò)功耗更低，節(jié)點(diǎn)功耗uA級；
● 互通性：符合zigbee 3.0標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可支持ZHA、ZLL等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；
● 大容量：256K容量的flash，32K容量的RAM，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以擴(kuò)展到100以上；
● 角色切換：用戶可通過串口指令讓設(shè)備在協(xié)調(diào)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(xié)議中的TOUCHLINK網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,主要應(yīng)用于燈控領(lǐng)域，簡化了ZigBee的網(wǎng)絡(luò)形式，不需要協(xié)調(diào)器也可以建立簡單穩(wěn)定的ZigBee網(wǎng)絡(luò)；
● 支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌狐c(diǎn)對點(diǎn)，星型網(wǎng)，MESH網(wǎng)；
● 網(wǎng)絡(luò)自愈：網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)丟失，其他網(wǎng)絡(luò)自動加入或保持原網(wǎng)絡(luò)；
● 自動路由：模塊支持網(wǎng)絡(luò)路由功能；
● 地址收索：用戶可根據(jù)已加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 MAC 地址（唯一的，固定的）查找出相應(yīng)的● 短地址，同時也可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的短地址查找網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的長地址；
● 數(shù)據(jù)安全：集成ZIGBEE 3.0 安全通訊標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)含有多級安全密匙；
● 串口配置：模塊內(nèi)置串口指令，用戶可通過出串口指令配置（查看）模塊的參數(shù)及功能；
● 網(wǎng)絡(luò) PAN_ID 更改： 網(wǎng)絡(luò) PAN_ID 的任意切換，用戶可自定義 PAN_ID 加入相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)或者將自動選擇 PAN_ID 加入網(wǎng)絡(luò)；
● 網(wǎng)絡(luò)開放時間可配置，可配置持續(xù)一段時間打開網(wǎng)絡(luò)，此期間符合ZigBee3.0標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可以加入網(wǎng)絡(luò)，過了這段時間后網(wǎng)絡(luò)將關(guān)閉，任何設(shè)備無法加入。也可以配置永久打開，任何ZigBee3.0標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可以加入；
● GPIO 控制： 本地/遠(yuǎn)程的 GPIO 電平控制，4個IO可選擇；
● PWM 控制： 本地/遠(yuǎn)程的 PWM 控制， 5路PWM 通道供用戶選擇；
● ADC 控制： 本地/遠(yuǎn)程的 ADC 讀取，5路 ADC 通道供用戶選擇；
● 一鍵恢復(fù)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(fù)默認(rèn)波特率為 115200；
● 串口接收喚醒：支持串口接收喚醒功能，當(dāng)模塊處于休眠狀態(tài)下當(dāng)接收到一幀大于等于25個字節(jié)的數(shù)據(jù)時將被喚醒，此數(shù)據(jù)為喚醒幀用于喚醒模塊將不會被當(dāng)做數(shù)據(jù)處理；
● 模塊復(fù)位：用戶可通過串口命令對模塊進(jìn)行復(fù)位操作；
● 恢復(fù)出廠設(shè)置：用戶可通過串口命令對模塊進(jìn)行出廠設(shè)置的恢復(fù)；
● 空中配置：用戶可使用空中配置指令遠(yuǎn)程配置網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備。
在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型：Coordinator(協(xié)調(diào)器)，Router(路由器)，End-Device(非休眠終端)和Sleep- End-Device(休眠終端)。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)由一個 Coordinator 以及多個 Router 和多個 End_Device 組成（其終端節(jié)點(diǎn)可分為休眠終端和非休眠終端）。
當(dāng)需要接收數(shù)據(jù)時，是通過周期性的喚醒來接收數(shù)據(jù)，喚醒周期設(shè)置的越長接收就越延遲，喚醒周期設(shè)置必須小于30秒。若只需上傳數(shù)據(jù)則可以把喚醒周期設(shè)置大于30秒或更長來降低功耗（默認(rèn)為5分鐘）比如電池供電的傳感器。
● 智能家居以及工業(yè)傳感器等；
● 安防系統(tǒng)、定位系統(tǒng)；
● 無線遙控，無人機(jī)；
● 無線游戲遙控器；
● 醫(yī)療保健產(chǎn)品；
● 無線語音，無線耳機(jī)；
● 高級抄表架構(gòu)(AMI)；
● 汽車行業(yè)應(yīng)用；
● 樓宇自動化解決方案；
● 農(nóng)業(yè)大棚自動化應(yīng)用。
主要參數(shù) | 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(yè)級 |
主要參數(shù) | 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(fēng)險燒毀 | ||||||
工作溫度（℃） | -40 | - | +85 | 工業(yè)級設(shè)計 | ||||
工作頻段（MHz） | 2400 | - | 2480 | 支持ISM 頻段 | ||||
功耗 | 發(fā)射電流（mA） | 135 | 瞬時功耗 | |||||
接收電流（mA） | 11.6 |
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休眠電流（μA） | 2.5 | 軟件關(guān)斷 | ||||||
最大發(fā)射功率（dBm） | 19.6 | 20.0 | 20.5 | |||||
空中速率（bps） |
| 250kbps |
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主要參數(shù) | 描述 | 備注 | ||||||
參考距離 | 1000m | 兩點(diǎn)之間（zigbee網(wǎng)絡(luò)支持路由多跳功能，可通過增加路由器達(dá)到延長傳輸距離的目的）。 | ||||||
晶振頻率 | 38.4MHz |
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支持協(xié)議 | Zigbee 3.0 |
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封裝方式 | 貼片式 | |||||||
接口方式 | 1.27mm | 郵票孔 | ||||||
IC全稱 | EFR32MG1B232F256GM48 |
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FLASH | 256KB |
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RAM | 32KB |
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內(nèi)核 | Cortex-M4 |
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外形尺寸 | 17.5*28.7mm |
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天線接口 | PCB/IPEX | 等效阻抗約50Ω | ||||||
當(dāng)模塊進(jìn)入傳輸模式后，串口接收到的任何數(shù)據(jù)都將被無線發(fā)送出去，傳輸模式就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行無線通信，其通信的方式包括單播、廣播、組播等。
當(dāng)zigbee模塊進(jìn)入配置模式后，串口接收的數(shù)據(jù)都默認(rèn)為配置指令，對設(shè)備進(jìn)行功能配置和操作，在配置模式下，模塊串口收到的數(shù)據(jù)均認(rèn)為是HEX指令。
zigbee3.0模塊上電初始化默認(rèn)為傳輸模式。在傳輸模式下，當(dāng)模塊串口接收到“2A 2D 2E”字符后則進(jìn)入配置模式，進(jìn)入配置模式成功后返回“7A 7D 7E”字符。在配置模式下，當(dāng)模塊串口接收到“2F 2C 2B”字符時則模塊退出配置模式，進(jìn)入傳輸模式，進(jìn)入傳輸模式成功后返回“7F 7C 7B”字符。
zigbee3.0模塊工作模式切換引腳PB11,內(nèi)部配置上拉電阻輸入模式，上電默認(rèn)高電平，在任何模式下當(dāng)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：
四、E180-ZG120A無線模塊收發(fā)模式
數(shù)據(jù)發(fā)送的方式：模塊的數(shù)據(jù)發(fā)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(fā)送設(shè)備將串口接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)（也包括自己），網(wǎng)絡(luò)中所有的非休眠設(shè)備都將接收數(shù)據(jù)。
4.2、組播模式
組播模式下，首先對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備設(shè)定組號（進(jìn)行分組），發(fā)送設(shè)備必須指定發(fā)送的目標(biāo)組號（把數(shù)據(jù)發(fā)給哪一個組），然后發(fā)送設(shè)備將串口收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中具有相同組號的設(shè)備將接收到數(shù)據(jù)。
4.3、單播模式
點(diǎn)播模式下，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信，發(fā)送設(shè)備把接收到的串口數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)地址設(shè)備，并且目標(biāo)地址設(shè)備收到數(shù)據(jù)后可以回一個ACK給發(fā)送設(shè)備表示已經(jīng)收到數(shù)據(jù)。
接收數(shù)據(jù)的輸出方式
接收數(shù)據(jù)輸出方式：當(dāng)模塊接收到無線數(shù)據(jù)后，串口輸出數(shù)據(jù)的方式；
4.1、 透明輸出
若配置設(shè)備的輸出模式為透明輸出，則模塊接收到無線數(shù)據(jù)后將原始數(shù)據(jù)通過串口輸出；
4.2、數(shù)據(jù)+短地址
當(dāng)設(shè)備的輸出模式為數(shù)據(jù)+短地址時，模塊接收到無線數(shù)據(jù)后，串口將輸出原始數(shù)據(jù)+發(fā)送設(shè)備的短地址；
4.3、 數(shù)據(jù)+長地址
當(dāng)設(shè)備的輸出模式為數(shù)據(jù)+長地址時，模塊接收到無線數(shù)據(jù)后，串口將輸出原始數(shù)據(jù)+發(fā)送設(shè)備的長地址；
4.4、 數(shù)據(jù)+RSSI
當(dāng)設(shè)備的輸出模式為數(shù)據(jù)+RSSI，模塊接收到無線數(shù)據(jù)后，串口將輸出原始數(shù)據(jù)+接收到該數(shù)據(jù)包的RSSI值；
4.5、 數(shù)據(jù)+短地址+RSSI
當(dāng)設(shè)備的輸出模式為數(shù)據(jù)+短地址+RSSI，模塊接收到無線數(shù)據(jù)后，串口將輸出原始數(shù)據(jù)+發(fā)送設(shè)備的短地址+接收到該數(shù)據(jù)包的RSSI值；
4.6、 數(shù)據(jù)+長地址+RSSI
當(dāng)設(shè)備的輸出模式為數(shù)據(jù)+長地址+RSSI，模塊接收到無線數(shù)據(jù)后，串口將輸出原始數(shù)據(jù)+發(fā)送設(shè)備的長地址+接收到該數(shù)據(jù)包的RSSI值；注：發(fā)送方單包支持最大數(shù)據(jù)包長72字節(jié)
五、E180-ZG120A二次開發(fā)設(shè)計參考
5.1機(jī)械尺寸和引腳定
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(fù)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 |
序號 | 關(guān)鍵字 | 注意事項 | ||||||||||
1 | 燒錄程序 | zigbee3.0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(chǔ)上更改實(shí)現(xiàn)自己需要的功能。程序下載接口定義
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2 | 測試底板 | 我司暫時沒有提供配套底板。 |
● 推薦使用直流穩(wěn)壓電源對該模塊進(jìn)行供電，電源紋波系數(shù)盡量小，模塊需可靠接地
● 請注意電源正負(fù)極的正確連接，如反接可能會導(dǎo)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(wěn)定性，電壓不能大幅頻繁波動
● 在針對模塊設(shè)計供電電路時，往往推薦保留30%以上余量，有整機(jī)利于長期穩(wěn)定地工作
● 模塊應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源、變壓器、高頻走線等電磁干擾較大的部分
● 高頻數(shù)字走線、高頻模擬走線、電源走線必須避開模塊下方，若實(shí)在不得已需要經(jīng)過模塊下方，假設(shè)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(shù)字部分并走線在Bottom Layer；
● 假設(shè)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(shè)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(jù)干擾的強(qiáng)度建議適當(dāng)遠(yuǎn)離模塊，若情況允許可以做適當(dāng)?shù)母綦x與屏蔽；
● 假設(shè)模塊周圍有存在較大電磁干擾的走線（高頻數(shù)字、高頻模擬、電源走線）也會極大影響模塊的性能，跟據(jù)干擾的強(qiáng)度建議適當(dāng)遠(yuǎn)離模塊，若情況允許可以做適當(dāng)?shù)母綦x與屏蔽；
● 通信線若使用5V電平，必須串聯(lián)1k-5.1k電阻（不推薦，仍有損壞風(fēng)險）；
● 盡量遠(yuǎn)離部分物理層亦為2.4GHz的TTL協(xié)議，例如：USB3.0；
● 天線安裝結(jié)構(gòu)對模塊性能有較大影響，務(wù)必保證天線外露，最好垂直向上。當(dāng)模塊安裝于機(jī)殼內(nèi)部時，可使用優(yōu)質(zhì)的天線延長線，將天線延伸至機(jī)殼外部；
● 天線切不可安裝于金屬殼內(nèi)部，將導(dǎo)致傳輸距離極大削弱。
1. 此zigbee3.0模塊模塊核心為EFR32，其驅(qū)動方式完全等同于EFR32，用戶可以完全按照EFR32芯片手冊進(jìn)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 |
