浅谈ZigBee无线通信技术特点

光伏领域的朋友对微型逆变器并不陌生。而CC2340，对大家而言则都是陌生的主。它是何方神仙？和微型逆变器能有什么关系？你还说它可能引领微型逆变器的下一个时代？不急，我们一起来看看。 

在全球为双碳愿景努力以及俄乌战争带来的欧洲化石能源危机的当下，分布式光伏发电以其供应绿色能源和增强电网韧性的特点越来越为新能源界所看重，也越来越受到各国管理当局的欢迎和鼓励。自本世纪初微型逆变器出现以来，几经发展，它已成为发达地区分布式光伏发电领域不可或缺的组成部分，它不但能提高光伏模组在现场实际工作中的转换效率，还能很大程度上提高整个发电系统的安全性和稳定性。预计2023年全球微型逆变器出货量将达13.39GW，且未来五年将保持年化70%的增长率。当前光伏微型逆变器的通信方式有两种，一种是采用电缆连接通信，另一种是无线通信方法（主要是ZigBee技术）。无线方式由于安装便捷，且具有天然的电隔离效果，安全性也更高，因而已经成为市场的发展趋势。新技术的大规模应用，除了它能解决我们的问题外，还需要能带来足够的性价比优势，降低应用推广的入门成本。而CC2340这款德州仪器（Texas Instrument）推出的支持Zigbee的无线通信芯片，恰恰是为这一新趋势应运而生。而这点，可能是其开发者TI也未意识到的。为什么呢？客官您继续往下看。

ZigBee是一种低速率的短距离无线通信技术，其最大的特点就是天然支持MESH组网，使得其稳定性和组网能力十分出色。此外，ZigBee的本地化部署给应对各种特殊情况带来了良好的稳定性。以ZigBee为基础的产品能够在微型逆变器系统中完成工作，并且具有较高的稳定性和组网能力。微型逆变器适用于户用或小型工商业系统，非常适合使用ZigBee组网。

TI在ZigBee领域早有布局。它的CC2530、CC265x都有得到广泛应用。而TI新推出的CC2340则在性价比方面做到了碾轧优势。该SoC以4x4 RGE QFN24 和5x5 RKP QFN40 两种封装出品，带48MHz MCU，待机功耗710 nA，休眠功耗150nA，接收电流5.3mA， 最高发射功率+8dbm 情况下，发射电流小于11mA。这些性能，相比之前世代的芯片都有大幅提高。在此情况下，TI发布的起始价格仅为0.79美元。采用TI CC2340势必提高微型逆变器的无线通信性能并有效降低方案的终端成本，为厂商打造足够的竞争优势。下表是TI CC2340、CC2530和CC265x Soc的参数对比。

表 TI 2340、CC2530和CC265x SoC对比

微型逆变器系统中，每块组件都有独立的MPPT，组件之间的发电互不影响，可以实现对每块组件的控制，即组件级控制，通过智能运维系统，可以查看每一块组件的位置及发电情况等信息，可以更快、更精准地定位故障问题。

微型逆变器系统采用ZigBee无线通讯方式，能量通信器ECU和微型逆变器内置ZigBee模块，实现网络自愈、多级跳转、优化路径通讯。通过ZigBee MESH网状网络，能量通信器ECU负责收集和传输微逆变器发电数据。数据可以通过有线/Wi-Fi/4G网关接入因特网上传到云平台，用户可以通过电脑或者手机等终端设备随时随地查看系统的发电情况，实现实时监控、智能告警、统计分析、远程升级控制等。MESH网络拓扑具有灵活的通讯模式，当其中一个逆变器出现问题，数据也可以沿着其他的逆变器或者直接与能量通信器ECU自动进行传输，不会因一台逆变器的通讯问题而影响整个系统的通讯。每台ECU可监控上百台逆变器，微型逆变器之间具有无线信号中继功能，可以接力传输通讯信息，整个系统组网搭建成一个MESH 自组网，传输速度更快更稳定。

图  微型逆变器系统ZigBee组网

ZigBee无线通信技术特点

01低功耗

ZigBee的低耗电待机模式使得2节5号干电池可以支持一个节点工作6-24个月，甚至更长时间。相比之下，蓝牙只能工作数周，Wi-Fi只能工作数小时，这是ZigBee的突出优势。

02低成本

通过大幅简化协议，ZigBee的成本非常低，不到蓝牙的1/10，降低了对通信控制器的要求。根据预测分析，使用8051的8位微控制器，全功能的主节点需要32 KB代码，子功能节点只需要4 KB代码。另外，ZigBee的协议专利免费。

03低速率

ZigBee的通讯速率为250 kbps，适合低速率传输数据的应用需求。

04近距离

ZigBee的传输范围通常在10~100米之间，通过提高RF发射功率，传输范围可扩展到1-3千米。这些传输距离是相邻节点之间的距离。通过路由和节点间的中继，传输距离可以进一步扩展。

05短时延

ZigBee的响应速度较快，只需15 ms即可从睡眠状态转换为工作状态，节点接入网络只需30 ms。既提高了响应速度，又节省电力。相比之下，蓝牙需要3~10 s才能建立连接，Wi-Fi需要3 s才能完成连接。

06高容量

ZigBee可以采用星形、片状和网状网络结构，由一个主节点管理多个子节点。一个主节点可以管理最多254个子节点，同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。这种高容量的架构可以适应不同规模和复杂度的应用。

07高安全

ZigBee提供三级安全模式，包括无安全设置、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据，以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以确定其安全属性。这种灵活的安全设置可满足不同应用的安全需求，保护数据不受到未经授权的访问。

08免许可频段

ZigBee使用工业科学医疗(ISM)频段，其中包括915MHz(美国)，868MHz(欧洲)和2.4GHz(全球)，不需申请就可以免费使用。

深圳信驰达科技结合微型逆变器系统和物联网复合赛道的需求，继推出CC2530系列ZigBee模块、CC265x系列多协议无线模块（支持ZigBee协议）之后，推出了基于TI CC2340无线SoC的RF-BM-2340Bx系列ZigBee模块，可以内嵌入微型逆变器，实现用户在远端读取微型逆变器数据和远程控制。

RF-BM-2340Bx系列无线模块支持ZigBee自组网技术，+8 dBm发射功率，具有多个封装尺寸、支持PCB天线和IPEX座的无线输出方式、具有高性能、低功耗、高可靠性、高性价比、组网灵活便捷、支持大规模节点组网等特性。随着TI CC2340系列SoC的推出，我们可以期待它在微型逆变器市场上有大规模应用，尤其是基于CC2340的ZigBee模块。因此，让我们拭目以待CC2340 SoC市场化的表现。

关于信驰达

信驰达科技的研发团队在无线通信模块行业拥有多年的经验和技术积累，致力于为客户提供优质的无线射频解决方案和产品服务。作为美国TI第三方IDH，信驰达科技将持续推动着蓝牙及多协议产品的市场普及和技术进步，对TI的第四代无线SoC----CC2340进行全方位的支持，加速其在市场上的推广和应用。

审核编辑：汤梓红