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家用物联网无线技术ZigBee、蓝牙、WiFi和射频433比较

智子空间2018-12-08 12:49:26

近年来,各种无线通信技术迅猛发展,极大地提高了人们的生活质量和工作效率。在电子领域,目前发展较成熟且应用较多的几大家用物联网无线通信技术主要有Zigbee、蓝牙、WiFi和433,这些技术有什么特点和优缺点呢?下面让小编来详细介绍。

1.ZigBee 

ZigBee 是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用技术。为满足人们对支持低数据速率、低功耗、安全性和可靠性,而且经济高效的标准型无线网络解决方案的需求,ZigBee 标准应运而生。


ZigBee有大的网络容量,每个ZigBee网络最多可支持255个设备,也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接。其有效范围较小,有效覆盖范围10~75m之间,只能用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。


ZigBee的特点是低功耗、高可靠性、强抗干扰性,布网容易,通过无线中继器可以非常方便地将网络覆盖范围扩展至数十倍,但在不使用功率放大器的前提下,ZigBee节点的有效传输范围一般为10~75 m,仅能覆盖普通的家庭和办公场所,因此只能用于距离短、功耗低且传输速率不高的数据传输应用。Zigbee模块成本较高,在安防市场上流通产品较少,还没有大规模推广。

2.蓝牙 

蓝牙协议是由爱立信公司创造并于1999年5月20日与其他业界领先开发商一同制定了蓝牙技术标准,最终将此种无线通信技术命名为蓝牙。蓝牙技术是一种可使电子设备在10~100 m的空间范围内建立网络连接并进行数据传输或者语音通话的无线通信技术。


蓝牙4.0目前基本是手机标配,比较新的手机都支持这一技术,其特点是成本低,功耗低,建立连接的时间较短,稳定性较高,但也存在以下缺点:

1) 数据传输的大小受限

蓝牙传输速率一般,高速跳频使得蓝牙传输信息时有极高的安全性,但同时也限制了蓝牙传输过程中数据包不可能太大。

2) 设备连接数量少

相对于Wifi与ZigBee,蓝牙连接设备能力确实较差,理论上可连接8台设备,实际上也就只能做到6——7个设备连接。


蓝牙传输安全性极高,同时也限制了蓝牙传输过程中数据包不可能太大,其遭遇最大的障碍在于传输范围受限,通常在几十米以内,且与手机直连的方式会改变用户习惯。此外,抗干扰能力不强、信息安全问题等问题也是制约其进一步发展和大规模应用的主要因素。

3.WiFi 

Wi-Fi技术一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有,Wi-Fi工作频率也是2.4GHz,能使多个用户同时通过一个点接入带宽进行共享,不受墙壁阻隔,稳定性较好,适用于家庭无线网络以及不便安装电缆建筑物或场所。


WiFi技术特点 :

1)传输范围广 

WiFi的电波覆盖范围半径高达100 m,甚至连整栋大楼都可以覆盖。

2) 传输速度快        

高达54Mb/s的传输速率使得WiFi的用户可以随时随地接收网络,并可快速地享受到类似于网络游戏、视频点播(VOD)、远程教育、网上证券、远程医疗、视频会议等一系列宽带信息增值服务。在这飞速发展的信息时代,速度还在不断提升的WiFi必能满足社会与个人信息化发展的需求。

3) 健康安全       

WiFi设备在IEEE 802.11的规定下发射功率不能超过100 mW,而实际的发射功率可能也就在60~70 mW。与类似的通信设备相比,手机发射功率约在200 mW~1 W,而手持式对讲机更是高达5 W。相对于这两者WiFi产品的辐射更小。     

4) 普及应用度高        

现今配置WiFi的电子设备越来越多,手机、笔记本电脑、平板电脑、MP4几乎都将WiFi列入了他们的主流标准配置。


WiFi技术的缺点在于其功耗较大,不适合使用在带电池的产品上,且WiFi模块成本较高。WiFi连接设备过多时,也会造成网络拥挤。

4.射频433 

433技术使用433MHz无线频段,因此相比于WiFi和Zigbee,433的显著优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。其缺点是数据传输速率只有9600bps,远远小于WiFi和Zigbee的数据速率,因此433技术一般只适用于数据传输量较少的应用场合。


433信号传输距离长,穿透、绕射能力也较强,抗干扰能力好,稳定性高,能适应大多数的应用环境,且其功耗较低,在成本上远低于蓝牙及WiFi方案。


433模块在物联网方案中非常适用,比如传感器数据采集,自动化控制等。如今,433模块已经被越来越广泛地投入到应用中。


ASK与FSK调制方式:

ASK (Amplitude Shift Keying):振幅键控方式。这种调制方式是根据信号的不同,调节正弦波的幅度。 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断,在信号为1的状态载波接通,此时传输信道上有载波出现;在信号为0的状态下,载波被关断,此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。

幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的,其最简单的形式是,载波在二进制调制信号控制下通断, 此时又可称作开关键控法(OOK)。多电平MASK调制方式是一种比较高效的传输方式,但由于它的抗噪声能力较差,尤其是抗衰落的能力不强,因而一般只适宜在恒参信道下采用。 


FSK(Frequency-shift keying):频移键控。就是用数字信号去调制载波的频率。是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。 它的主要优点是实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好,在中低速数据传输中得到了广泛的应用。


FSK、ASK都可以做发射/接收模块,两者之间的不同点是,FSK是调频的,ASK是调幅的,FSK的发射距离要比ASK的发射距离远。 具体描述如下: 


幅度键控(ASK):即按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值,例如对应二进制0,载波振幅为0;对应二进制1,载波振幅为1。调幅技术实现起来简单,但容易受增益变化的影响,是一种低效的调制技术。在电话线路上,通常只能达到1200bps的速率。 


频移键控(FSK):即按数字数据的值(0或1)调制载波的频率。例如对应二进制0的载波频率为F1,而对应二进制1的载波频率为F2。该技术抗干扰性能好,但占用带宽较大。在电话线路上,使用FSK可以实现全双工操作,通常可达到1200bps的速率 。


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