【应用】ZigBee在智能电表网络中的应用

时间： 2016-02-16 来源：Silicon Labs（世强翻译）

技术问答

ZigBee的智能能源解决方案用于智能计量家庭区域网络（HAN），其中将包括电表，煤气表和家庭显示器。射频传播的试验表明，2.4GHz无线电可能达到约70%的覆盖率在英国家中不使用额外的设备，一般使用点对点或星型网络的ZigBee智能能源，不使用ZigBee网状网络的能力。这样做的主要原因是气体计量不能依靠路由器/中继器设备被供电，并由消费者控制，这样容易产生电源故障或篡改。

许多早期的基于2.4GHz 家庭区域网络（HAN）不能包含足够的电源供电设备创建一个网络和备用路径。在许多情况下，家庭显示器或燃气表需要能够直接与电表或通讯集线器进行通讯。额外的路由器将确保可靠的通信，但是他们会增加支持和硬件成本，会容易产生功率损耗和篡改。这个挑战突出了需要审查的ZigBee在无线频段2.4GHz频谱运营点至点的传播特性。一些开发人员在其他2.4 GHz的传播解决方案有过不好的经验，担心Zigbee在家庭应用中也会遇到类似的挑战，导致通讯失败和给消费者带来负面的使用体验。

在美国智能计量项目普遍使用ZigBee Smart Energy是一点安慰，因为美国法规允许设备比英国和欧洲（10mW/ + 10 dBm）传输更高的功率水平（100mW/ + 20 dBm）。它也可能是英国住房使用不同建材争论。然而，众多的ZigBee产品已经在欧洲使用，主要是在家庭自动化，智能照明和自动抄表市场，欧洲主要制造商对ZigBee的传播性能感到满意。然而，公布的测试数据并不总是可告诉市场。

英国队智能计量的兴趣不断增加，但是缺乏可用发表材料。SILICON LABS有许多组织在ZigBee传输测试方面非常有经验。Ember公司的ZigBee技术，是Silicon Labs收购Ember公司所得，已被广泛用于这些测试，包括Silicon Labs 公司的EM357 ZigBee片上系统（SOC），以及技术信息和建议的射频和ZigBee的事项。

在英国的智能计量的兴趣增加了缺乏可用的公布材料的磨砺，Silicon Labs公司已与一些组织ZigBee的传输测试经验。现在是Silicon Labs公司提供其收购Ember公司的产生，包括Silicon Labs的Ember公司的ZigBee EM357上系统芯片（SoC），已被广泛用于这些测试，以及RF和ZigBee技术信息和建议。

Silicon Labs公司的Ember SoC芯片是特别适合于这种类型的测试的原因有两个：

1）它可以支持最大发射功率为+8dBm，接收灵敏度为 -102 dBm，动态链路预算110 dBm，发送功率接近+10 dBm的欧盟法定上限无需外部PA或LNA的费用和功耗。

2）Silicon Labs公司的EM357是一个流行的解决方案，在美国和英国许多智能能源无线家庭区域（HAN）设备中,可以说是直接与市场相关。

下面的两个例子说明Silicon Labs的 ZigBee技术如何已经成功地支持在Sheffield大学与EDF能源集团完成这种类型的测试。

Sheffield大学的测试

Sheffield大学的通信组的电子和电气工程系，在无线电波传播模型，主动和被动的频率选择表面（FSS），天线系统和无线系统设计方面具有专长。这个小组采用Silicon Labs EM357 芯片已进行了ZigBee通讯试验。它发表的一份报告，包含了控制细节，并且在多种建筑类型环境下进行了科学测试，包括排屋和公寓楼的地下室。

测试的设备包括米典型位置的燃气表和家庭显示器。它们包括一个固定装置，燃气表通常放置在地下室或在门前。第二装置，位于建筑物周围不同的位置，将消息发送到固定装置。这些所有的通讯信号都被进行测量，记录RSSI（接收信号强度指示器，单位dBm）和LQI（链路质量指标，值的范围0-255）。

下图来自Sheffield大学的公寓测试结果

试验1 窗户关闭：地下室数据，（一楼数据），[二楼数据]

图1：Sheffield大学进行的试验计划

（来源：Sheffield大学，ZigBee无线质量试验，2011）

结果是非常丰富的，给出了RSSI测试数据，参考装置（固定节点）在地面上的建筑的一角，RSSI读数从地面上，第一层和第二层不同位置。

表1：Sheffield大学测试结果

（来源：Sheffield大学，ZigBee无线质量试验，2011）

RSSI值揭示信号通过内部的墙壁以及自由空间是如何减弱的。它也表明，好的射频芯片的选择和良好的PCB设计的重要性。例如，一个测试使用的无线发射功率+5 dBm和-95 dBm的接收灵敏度，这表名动态链路预算10dBm的差异会影响这些结果。

LQI值也很有趣。值255表示一个质量好的链接，而较小的值表示芯片接收到的数据包存在错误。LQI的0值仍然可以成功接收到的数据包，但它是一个迹象表明，它将在环境变化导致的信号丢失很小。

EDF能源现场调查

Silicon Labs公司的Ember技术被用于EDF能源对ZigBee通讯性能测试中，测试使用的智能电表安装在公寓楼。 Silicon Labs的EM357使用在这个现场调查中，EDF能源发表到SMDG HAN工作组在英国智能计量工作实施计划中。

图2示出了类似Sheffield大学测试的模式。在这种情况下，在一个公寓楼地面楼层中心的仪表柜内的固定节点，测试连接到在6个不同的点上，这6个不同的点分布在6个不同公寓的同一楼层。

Packets Received >= 80%

Packets Received >= 50%

Packets Received < 50%

图2：EDF Energy 测试结果 (Source: SMDG HAN Work Group )

总结

与日益增长的兴趣使用ZigBee的智能计量在英国和世界其他地方，测试这些设备的传播特性在2.4 GHz建议技术选择，建筑设计和部署计划是很重要的。这些测试分析对这些过程提供有效的建议。这些测试可以鼓励更多的了解ZigBee在智能计量领域。

这些测试结果，以及由DECC委托测试，表明ZigBee在2.4GHz可用于智能计量斯在大多数的英国家庭，即使不能使用更高功率的ZigBee的网状网络时，特别是最佳的Zigbee射频性能和鲁棒性是用来实现的。

若想获取更多相关资讯及详情，请联系世强。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 5
| 转发至：

本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！

全部评论（5）

用户43004597 Lv7. 资深专家 2019-12-10

Silicon Labs公司的EM357是一个流行的解决方案，在美国和英国许多智能能源无线家庭区域（HAN）设备中,可以说是直接与市场相关
korey Lv7. 资深专家 2019-06-04

学习
用户_2169 Lv8 2019-01-02

学习
小元旦 Lv5. 技术专家 2018-09-18

好东西，学习了
用户80620567 Lv3. 高级工程师 2018-05-18

写错了吧，PAN
- 世小强回复：您好，请详细描述一下问题，谢谢！

没有更多评论了

机房环境监控核芯：片上资源极丰富的嵌入式ZigBee SoC

单颗ZigBee SoC替换多处理器设计中的部分或所有设计！Silicon Labs嵌入式ZigBee芯片，片上资源丰富，兼具高性能，助您在机房环境监控系统大展身手。

新应用发布时间 : 2019-07-30

【应用】Twisthink实现大规模、节能工业无线照明控制

Twisthink 公司通过Silicon Labs Zigbee无线解决方案成功打造了一个大规模、节能的工业无线照明控制系统--Kanepi。信号触发灯具时，系统上的典型延迟小于 1 秒，系统上的典型延迟小于 1 秒。

新应用发布时间 : 2018-03-06

【应用】ZigBee网络通讯实现对多组电池充放电控制及异常检测

Silicon Labs 提供基于ARM Cortex处理器和2.4G收发器的无线SOC系列芯片，并提供完善、可靠的协议栈及简单易用的开发工具。

新应用发布时间 : 2017-11-29

【经验】浅析Zigbee射频测试相关标准

Zigbee是很多公司目前在使用的技术，部分厂家采用现成的模组，还有大部分公司选择Layout出自己的产品。无论哪种方式，射频测试都是必须要进行的。

设计经验发布时间 : 2018-02-26

EFR32MG的ZIGBEE测试，连接开发板无法看到开发板的IP地址，怎么解决？

DEMO 需要连接到带有DHCP服务器的局域网中，会自动分配IP地址给 DEMO板，再将装有simplicity studio软件的电脑和开发板接入同一个局域网内，就可以在simplicity studio中看到该DEMO板分配的IP地址，选择后就可以进行操作。

技术问答发布时间 : 2017-05-16

请问芯科平台上SoC Zigbeedirect Device light demo 是否可以過到Zigbee 3.0 + Zigbee Direct 認證 ?

技术问答发布时间 : 2024-07-15

【经验】Silicon Labs Zigbee设备入网以及离网流程

EFR32MG是Silicon labs专门针对IOT推出的Zigbee方案，具有最全的Zigbee网络协议，被广泛应用在智能家居，工业控制等行业。

设计经验发布时间 : 2017-07-28

Silicon Labs（芯科科技）应用开发基础：ZigBee协议

用户指南 - SILICON LABS - Rev. 1.0 - 2016年08月10日 PDF 英文下载

芯科科技将携手CSA联盟参加上海国际消费电子技术展，并现场演示基于Zigbee和蓝牙的无线多协议技术

Silicon Labs（亦称“芯科科技”）将携手CSA连接标准联盟在2021年10月14至16日举办的上海国际消费电子技术展（Tech G）中设置联合展示区演示最新的基于Zigbee和蓝牙的无线多协议参考设计。

原厂动态发布时间 : 2021-08-31

在ZigBee的软件设计中，发送方给接收方发送一个数据，默认都会有default response的消息，此消息应何屏蔽?

需要屏蔽此功能只需要将：// Bit 4 is Disable Default Response Sub-field;#define ZCL_DISABLE_DEFAULT_RESPONSE_MASK BIT(4);这个宏定义设置为0即可:#define ZCL_DISABLE_DEFAULT_RESPONSE_MASK 0.

技术问答发布时间 : 2017-10-10

【经验】Silicon Labs Zigbee应用程序Nodetest和RAILtest的安装使用

应用程序Nodetest可以实现RF校准、RF功能测试、硬件测试等。而 RAILtest则主要用于EFR32MG1x芯片的RF测试。

设计经验发布时间 : 2017-08-29

【经验】基于Silicon Labs的Zigbee无线SoC EFR32MG如何实现组播

Silicon Labs的Zigbee无线SoC EFR32MG在Zigbee的应用中占有非常多的份额，主要的优势为集成PA，最高19.5dbm的发射功率，-102.7dbm接收灵敏度，整个链路预算即122.2db，穿墙的效果非常好。全球范围内使用EFR32MG作为Zigbee网关的产品高达80%。

设计经验发布时间 : 2019-01-22

【经验】Silicon Labs Zigbee SoC芯片EM35X系列烧录工具ISA3的配置

ISA3仿真器是Silicon labs的zigbee芯片EM35X系列的开发工具之一，主要用于编程调试数据分析等，本文介绍其使用前的一些基本配置。

设计经验发布时间 : 2017-09-13

【应用】Silicon Labs低功耗Zigbee 无线SoC EFR32MG助力实现3路单火线供电墙壁开关

单火线供电智能墙壁开关，安装方便，仅需一根火线供电，安装中非常的方便。但是单火线开关最需要避免的是鬼火现象的产生。所谓鬼火，就是指在单火线取电过程中，由于主控功耗太高，导致流过灯泡的电流达到了其发光的阈值，而导致的灯泡有微光闪烁的状态出现。基于Silicon Labs的低功耗Zigbee无线SoC，成功应用于3路单火线供电墙壁开光中，由于其超低的功耗，将鬼火出现的几率降低至最小。

应用方案发布时间 : 2019-04-10

Zigbee采用无线SoC EFR32MG芯片做NCP方案，请问如何给加入网络的设备发送数据？

send发送命令，可以理解为发送缓冲buffer里面的内容。因此，在send之前，需要使用CLI命令组建一条你想发送的命令。这种场景，通常应用在ZCL命令下。首先所有的命令可以在SimplicityStudio安装目录找到详细的解释。C:/SiliconLabs/SimplicityStudio/v4/developer/sdks/gecko_sdk_suite/v1.1/protocol/zigbee_5.10/documentation/120-3023-000_AF_V2_API/group__cli.html比如发送一条on/off命令给一个节点。你可以在任意节点上输入info查看当前节点的网络信息，比如nodeID，PANID，endpotin，cluster信息等等。send [id:2] [src-endpoint:1] [dst-endpoint:1]Send a pre-buffered message from a given endpoint to an endpoint on a device with a given short address.id - INT16U - short id of the device to send the message tosrc-endpoint - INT8U - The endpoint to send the message fromdst-endpoint - INT8U - The endpoint to send the message to 假设从A节点发送on/off命令到B节点。通过info查看A节点的nodeID（0x0001），Endpoint是1。通过info查看B节点的nodeID（0x0002），Endpoint是1。那么可以在A节点的CLI使用如下命令。 ZCL on/off onSend 0x0002 1 1

技术问答发布时间 : 2017-06-27