淺談ZigBee無線通信技術(shù)特點

光伏領(lǐng)域的朋友對微型逆變器并不陌生。而CC2340，對大家而言則都是陌生的主。它是何方神仙？和微型逆變器能有什么關(guān)系？你還說它可能引領(lǐng)微型逆變器的下一個時代？不急，我們一起來看看。

在全球為雙碳愿景努力以及俄烏戰(zhàn)爭帶來的歐洲化石能源危機的當(dāng)下，分布式光伏發(fā)電以其供應(yīng)綠色能源和增強電網(wǎng)韌性的特點越來越為新能源界所看重，也越來越受到各國管理當(dāng)局的歡迎和鼓勵。自本世紀(jì)初微型逆變器出現(xiàn)以來，幾經(jīng)發(fā)展，它已成為發(fā)達地區(qū)分布式光伏發(fā)電領(lǐng)域不可或缺的組成部分，它不但能提高光伏模組在現(xiàn)場實際工作中的轉(zhuǎn)換效率，還能很大程度上提高整個發(fā)電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。預(yù)計2023年全球微型逆變器出貨量將達13.39GW，且未來五年將保持年化70%的增長率。當(dāng)前光伏微型逆變器的通信方式有兩種，一種是采用電纜連接通信，另一種是無線通信方法（主要是ZigBee技術(shù)）。無線方式由于安裝便捷，且具有天然的電隔離效果，安全性也更高，因而已經(jīng)成為市場的發(fā)展趨勢。新技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，除了它能解決我們的問題外，還需要能帶來足夠的性價比優(yōu)勢，降低應(yīng)用推廣的入門成本。而CC2340這款德州儀器（Texas Instrument）推出的支持Zigbee的無線通信芯片，恰恰是為這一新趨勢應(yīng)運而生。而這點，可能是其開發(fā)者TI也未意識到的。為什么呢？客官您繼續(xù)往下看。

ZigBee是一種低速率的短距離無線通信技術(shù)，其最大的特點就是天然支持MESH組網(wǎng)，使得其穩(wěn)定性和組網(wǎng)能力十分出色。此外，ZigBee的本地化部署給應(yīng)對各種特殊情況帶來了良好的穩(wěn)定性。以ZigBee為基礎(chǔ)的產(chǎn)品能夠在微型逆變器系統(tǒng)中完成工作，并且具有較高的穩(wěn)定性和組網(wǎng)能力。微型逆變器適用于戶用或小型工商業(yè)系統(tǒng)，非常適合使用ZigBee組網(wǎng)。

TI在ZigBee領(lǐng)域早有布局。它的CC2530、CC265x都有得到廣泛應(yīng)用。而TI新推出的CC2340則在性價比方面做到了碾軋優(yōu)勢。該SoC以4x4 RGE QFN24 和5x5 RKP QFN40 兩種封裝出品，帶48MHz MCU，待機功耗710 nA，休眠功耗150nA，接收電流5.3mA， 最高發(fā)射功率+8dbm 情況下，發(fā)射電流小于11mA。這些性能，相比之前世代的芯片都有大幅提高。在此情況下，TI發(fā)布的起始價格僅為0.79美元。采用TI CC2340勢必提高微型逆變器的無線通信性能并有效降低方案的終端成本，為廠商打造足夠的競爭優(yōu)勢。下表是TI CC2340、CC2530和CC265x Soc的參數(shù)對比。

表 TI 2340、CC2530和CC265x SoC對比

微型逆變器系統(tǒng)中，每塊組件都有獨立的MPPT，組件之間的發(fā)電互不影響，可以實現(xiàn)對每塊組件的控制，即組件級控制，通過智能運維系統(tǒng)，可以查看每一塊組件的位置及發(fā)電情況等信息，可以更快、更精準(zhǔn)地定位故障問題。

微型逆變器系統(tǒng)采用ZigBee無線通訊方式，能量通信器ECU和微型逆變器內(nèi)置ZigBee模塊，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈、多級跳轉(zhuǎn)、優(yōu)化路徑通訊。通過ZigBee MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，能量通信器ECU負(fù)責(zé)收集和傳輸微逆變器發(fā)電數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以通過有線/Wi-Fi/4G網(wǎng)關(guān)接入因特網(wǎng)上傳到云平臺，用戶可以通過電腦或者手機等終端設(shè)備隨時隨地查看系統(tǒng)的發(fā)電情況，實現(xiàn)實時監(jiān)控、智能告警、統(tǒng)計分析、遠(yuǎn)程升級控制等。MESH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂徐`活的通訊模式，當(dāng)其中一個逆變器出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)也可以沿著其他的逆變器或者直接與能量通信器ECU自動進行傳輸，不會因一臺逆變器的通訊問題而影響整個系統(tǒng)的通訊。每臺ECU可監(jiān)控上百臺逆變器，微型逆變器之間具有無線信號中繼功能，可以接力傳輸通訊信息，整個系統(tǒng)組網(wǎng)搭建成一個MESH 自組網(wǎng)，傳輸速度更快更穩(wěn)定。

圖 微型逆變器系統(tǒng)ZigBee組網(wǎng)

ZigBee無線通信技術(shù)特點

01低功耗

ZigBee的低耗電待機模式使得2節(jié)5號干電池可以支持一個節(jié)點工作6-24個月，甚至更長時間。相比之下，藍牙只能工作數(shù)周，Wi-Fi只能工作數(shù)小時，這是ZigBee的突出優(yōu)勢。

02低成本

通過大幅簡化協(xié)議，ZigBee的成本非常低，不到藍牙的1/10，降低了對通信控制器的要求。根據(jù)預(yù)測分析，使用8051的8位微控制器，全功能的主節(jié)點需要32 KB代碼，子功能節(jié)點只需要4 KB代碼。另外，ZigBee的協(xié)議專利免費。

03低速率

ZigBee的通訊速率為250 kbps，適合低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

04近距離

ZigBee的傳輸范圍通常在10~100米之間，通過提高RF發(fā)射功率，傳輸范圍可擴展到1-3千米。這些傳輸距離是相鄰節(jié)點之間的距離。通過路由和節(jié)點間的中繼，傳輸距離可以進一步擴展。

05短時延

ZigBee的響應(yīng)速度較快，只需15 ms即可從睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)，節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms。既提高了響應(yīng)速度，又節(jié)省電力。相比之下，藍牙需要3~10 s才能建立連接，Wi-Fi需要3 s才能完成連接。

06高容量

ZigBee可以采用星形、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理多個子節(jié)點。一個主節(jié)點可以管理最多254個子節(jié)點，同時主節(jié)點還可以由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大型網(wǎng)絡(luò)。這種高容量的架構(gòu)可以適應(yīng)不同規(guī)模和復(fù)雜度的應(yīng)用。

07高安全

ZigBee提供三級安全模式，包括無安全設(shè)置、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)，以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對稱密碼，以確定其安全屬性。這種靈活的安全設(shè)置可滿足不同應(yīng)用的安全需求，保護數(shù)據(jù)不受到未經(jīng)授權(quán)的訪問。

08免許可頻段

ZigBee使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，其中包括915MHz(美國)，868MHz(歐洲)和2.4GHz(全球)，不需申請就可以免費使用。

深圳信馳達科技結(jié)合微型逆變器系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)復(fù)合賽道的需求，繼推出CC2530系列ZigBee模塊、CC265x系列多協(xié)議無線模塊（支持ZigBee協(xié)議）之后，推出了基于TI CC2340無線SoC的RF-BM-2340Bx系列ZigBee模塊，可以內(nèi)嵌入微型逆變器，實現(xiàn)用戶在遠(yuǎn)端讀取微型逆變器數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制。

RF-BM-2340Bx系列無線模塊支持ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)，+8 dBm發(fā)射功率，具有多個封裝尺寸、支持PCB天線和IPEX座的無線輸出方式、具有高性能、低功耗、高可靠性、高性價比、組網(wǎng)靈活便捷、支持大規(guī)模節(jié)點組網(wǎng)等特性。隨著TI CC2340系列SoC的推出，我們可以期待它在微型逆變器市場上有大規(guī)模應(yīng)用，尤其是基于CC2340的ZigBee模塊。因此，讓我們拭目以待CC2340 SoC市場化的表現(xiàn)。

關(guān)于信馳達

信馳達科技的研發(fā)團隊在無線通信模塊行業(yè)擁有多年的經(jīng)驗和技術(shù)積累，致力于為客戶提供優(yōu)質(zhì)的無線射頻解決方案和產(chǎn)品服務(wù)。作為美國TI第三方IDH，信馳達科技將持續(xù)推動著藍牙及多協(xié)議產(chǎn)品的市場普及和技術(shù)進步，對TI的第四代無線SoC----CC2340進行全方位的支持，加速其在市場上的推廣和應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅