毕业设计（论文）-基于tc35i模块与CC2430模块的通信接口设计.doc

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1、西西 安安 邮邮 电电 学学 院院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目：基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计 院 （系）： 通信与信息工程学院 专 业： 通信工程 班 级： 通工 0705 班 学生姓名： 导师姓名： 职称： 工程师 起止时间： 2011 年 3 月 15 日至 2011 年 6 月 18 日 西西 安安 邮邮 电电 学学 院院 毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书 学生姓名学生姓名指导教师指导教师职称职称工程师工程师 院院(系系)通信与信息工程学院通信与信息工程学院专业专业通信工程通信工程 题目题目基于基于 tc35itc35i

2、 模块与模块与 CC2430CC2430 模块的通信接口设计模块的通信接口设计 任务与要求任务与要求 本题目应完成的工作，题目预期目标和成果形式：本题目应完成的工作，题目预期目标和成果形式： 本题目主要熟悉数据从用户手机端通过 GSM 网络到达 tc35i 模块，然后经过 Zigbee 协调器解析，最终到达 CC2430 模块，然后将 CC2430 模块采集到的数据经协调器传递给 tc35i 模块，然后发送回用户。这整个过程的完成要建立在对 Zigbee 协调器与 CC2430 模 块间通信技术的充分理解以及对 tc35i 的通信原理和数据处理方式的透彻分析的基础之上， 然后通过程序控制其完成

3、相应的功能，最后将程序下载到硬件上去调试及测试。 1、了解课题所研究的内容，tc35i、CC2430 及其使用的 IAR 环境的概况。 2、准备相关理论材料，主要是常用 AT 指令的功能，以及无线通信原理、无线单片机 等相关资料。 3、使用开发套件对 CC2430 模块进行实验研究，掌握 ZIGBEE 技术的核心软件。 4、将 tc35i 模块与 Zigbee 协调器结合起来进行调试，实现应用软件开发的特定功能。 5、对应用软件进行优化设计，下载到硬件电路之后进行调试以及测试。 6、提交毕业论文，完成答辩。 开始日期开始日期完成完成 日期日期 院长院长(签字签字)年年月月日日 西西 安安 邮邮

4、 电电 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 ( (论文论文) ) 工工 作作 计计 划划 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 职称职称 工程师工程师 院院( (系系) ) 通信与信息工程学院通信与信息工程学院 专业专业 通信工程通信工程 题目题目 基于基于 tc35itc35i 模块与模块与 CC2430CC2430 模块的通信接口设计模块的通信接口设计 工作进程工作进程 1 月 3 日至 1 月 15 日 搜集相关资料，了解 tc35i 和 CC2430 的相关技术。 1 月 16 日至 1 月 31 日 学习 tc35i 信息的传输方式 2 月 1 日至 2 月 20 日 学习 CC243

5、0 的数据接收和传送模式 2 月 21 日至 3 月 31 日 掌握数据在 tc35i 和 CC2430 中的传输及转换过程 4 月 1 日至 4 月 20 日 对 tc35i 和 CC2430 之间的接口进行完成基本功能的设计 尝 试 4 月 21 日至 5 月 10 日 对接口进行进一步的功能完善和性能检测 5 月 11 日至 5 月 31 日 撰写论文，完成论文初稿 6 月 1 日至 6 月 5 日 完善并修改毕业论文 6 月 6 日至 6 月 10 日 准备答辩。 起 止 时 间 工 作 内 容 主要参考书目(资料) Zigbee2006 无线网络与无线定位实战北京航空航天大学出版社

6、Zigbee 无线网络技术入门与实战北京航空航天大学出版社 ZigBee 技术及应用北京航空航天大学出版社 单片机应用设计培训教程实践篇北京航空航天大学出版社 主要仪器设备及材料 C51RF-3-PK 无线 ZigBee 协议栈高级开发工具箱 V3.01： 1)CC2430 无线单片机 C51RF-3 实时在线仿真器(USB 接口) 一个； 2)CC2430 2.4GHZ 高频无线目标模块 3 个； 3)CC2430/CC2431 扩展无线网络表演板(带图形 LCD)2 个； 4)配套电缆/电源/电池盒。 PC 机一台 每周星期四上午到教研室汇报工作进度，听取老师的意见 该计划主要是对 Zig

7、Bee 技术和 tc35i 通信方式的认识，对 CC2430 模块相应控制代码的 编写，下载到硬件电路板之后的整体调试。 论文(设计)过程中教师的指导安排 对计划的说明 西安邮电学院 毕业设计(论文)开题报告 通信与信息工程学院 院（系） 通信工程 专业 07 级 05 班 课题名称：基于基于 tc35itc35i 模块与模块与 CC2430CC2430 模块的通信接口设计模块的通信接口设计 学生姓名： 学号： 指导教师： 报告日期： 2011 年 3 月 24 日 1本课题所涉及的问题及应用现状综述 本课题所涉及的问题：本课题所涉及的问题： 本课题主要是解决 tc35i 模块和 CC2430

8、 模块间的数据传输原理，包括端口配置、数据组织 形式和数据转换等。 应用现状及前景综述：应用现状及前景综述： tc35i 模块是西门子公司推出的一种无线通信模块，它是集射频电路、基带于一体，向用户 提供标准的 AT 命令接口，主要应用于 GSM 网络，具备 GSM 无线通信的全部功能，支持 TEXT 和 PDU 模式的短消息编码方式，方便用户的开发设计及应用。 CC2430 单片机是一种在单个芯片上整合了射频、内存和微处理器的高性能单片机，能以无 线的方式与其他的交换节点进行数据的传输，并能通过串口相连与其他设备交换数据，具备无线 和有线两种数据传输能力。 目前，在全球范围内，由小型单片机组成

9、的无线传感网络和通信网的组合使智能化的远程控 制成为可能，最具典型的模型就是 GSM 网络和单片机的组合，使人们在远离监控环境的条件下能 以一条简单的短信就能实时了解监控区的环境。在实际应用中，通信网络和无线传感网络间的通 信成为研究的热点，也是制约这种系统普遍推广因素。一个合理的基于 tc35i 模块与 CC2430 模 块的通信接口设计将大大推广此类技术在工业、农业、医疗、交通运输等需要远程控制的领域的 应用和发展。 2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行 性分析 关键问题：关键问题： 1. tc35i 的数据接收、传输方式和数据结构 2. CC2430 模块的数据

10、接收和传输模式以及其对数据的处理机制 解决思路：解决思路： 首先，通过分析课题的研究要求和内容，翻阅相关资料，尽快的对两种通信技术有个大致的 了解，熟悉个模块的基本功能。 其次，在对模块的功能有了大致的了解的基础上，进一步对数据在进入模块到从模块输出期 间，其格式的变换，从而找到各个模块对数据的转换机制，以便得出各个模块对从接口进入的数 据的格式的要求，进而更合理的设计满足它们需求的数据接口。 最后通过老师的指导和自己在实际操作过程中的问题，参阅相关书籍和资料，对各个方案进 行科学、合理的论证，得出最后的解决方案，达到预期的研究结果。 实现预期目标的可行性：实现预期目标的可行性： 通过开放实验

11、、科技竞赛已具备对 tc35i 模块和 CC2430 模块的进行开发的基础， 同时实验室能够提供这些芯片资料、以及实际模块来完成硬件方面的开发。 我相信，在老师的指导和自己的努力下，通过合理安排时间、科学的计划和进 行设计作业，最后能达到预期的成果。 3完成本课题的工作方案 1 月 3 日至 1 月 15 日 搜集相关资料，了解 tc35i 和 CC2430 的相关技术。 1 月 16 日至 1 月 31 日 学习 tc35i 信息的传输方式 2 月 1 日至 2 月 20 日 学习 CC2430 的数据接收和传送模式 2 月 21 日至 3 月 31 日 掌握数据在 tc35i 和 CC24

12、30 中的传输及转换过程 4 月 1 日至 4 月 20 日 对 tc35i 和 CC2430 之间的接口进行完成基本功能的设计尝试 4 月 21 日至 5 月 10 日 对接口进行进一步的功能完善和性能检测 5 月 11 日至 5 月 31 日 撰写论文，完成论文初稿 6 月 1 日至 6 月 5 日 完善并修改毕业论文 6 月 6 日至 6 月 10 日 准备答辩。 4指导教师审阅意见 指导教师指导教师(签字)： 2011 年 3 月 24 日 说明： 本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第 1 周 周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 西西安安

13、邮邮电电学学院院毕毕业业设设计计 ( (论论文文) )成成绩绩评评定定表表 学生姓名性别男学号 专 业 班 级通工 0705 班 课题名称基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计 课题 类型 硬件设 计类 难 度 难 毕业设计 （论文）时 间 2011 年年 3 月月 15 日日6 月月 18 日日 指导教师 郑娟毅 (职称 工程师) 课题任务 完成情况 论文 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 (张)； 其它(含附件)： 指导教师意见 分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分； 论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分 指导

14、教师审阅成绩： 指导教师(签字)： 2010 年 月 日 评 阅 教 师 意 见 分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分； 论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分 评阅成绩： 评阅教师(签字)： 2010 年 月 日 验 收 小 组 意 见 分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分 验收成绩： 验收教师(组长)(签字)： 2010 年 月 日 I 答 辩 小 组 意 见 分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分 答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 2010 年 月 日 成绩计算方法 (填写本系实用

15、比例 ) 指导教师成绩指导教师成绩 20 () 评阅成绩评阅成绩 30 () 验收成绩验收成绩 30 () 答辩成绩答辩成绩 20 () 学生实得成绩(百分制) 指导教师成绩指导教师成绩 评阅成绩评阅成绩 验收成绩验收成绩 答辩成绩答辩成绩 总评总评 答 辩 委 员 会 意 见 毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 院(系)答辩委员会主任(签字)： 院(系) (签章) 2010 年 月 日 备 注 II 西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表) I 目录目录 目录目录-I 摘摘 要要-III ABSTRACT -IV 引言引言-1 1.TC35I 与与 ZIGBEE 简单介绍简单介绍 -2

16、 1.1TC35I-2 1.1.1概述-2 1.1.2 tc35i模块通信原理-2 1.2 ZIGBEE技术-3 1.2.1 Zigbee技术简介-3 1.2.2 Zibee技术的应用-3 1.2.3 Zigbee技术的特点-5 2.接口设计接口设计 -5 2.1 接口设计整体方案 -5 2.2 硬件设计 -6 2.3 软件设计 -7 3.系统硬件设计系统硬件设计 -7 3.1 CC2430 模块 3.1.1 CC2430 芯片简介 -7 3.1.2 CC2430 内部结构-7 3.1.3 CC2430硬件应用电路-9 3.2 TC35I模块硬件应用电路 -10 3.3 串口通信 -11 3.

17、3.1 定义-11 3.3.2 原理-11 3.3.3 接口-12 3.4.4 作用-13 3.3.5 常用的串口调试工具介绍-13 4 系统软件设计系统软件设计-14 4.1 IAR 开发系统简介 -14 4.2 系统整体方案 -15 4.3 TC35I模块与 ZIGBEE协调器间通信的开发方案-16 4.3.1 常用AT指令介绍-16 4.3.2 调试方法-16 4.4 ZIGBEE协调器与 CC2430 模块间的通信设计-17 4.4.1 IEEE 802.15.4/ZigBee协议-17 4.4.2 Zigbee协调器与CC2430模块的通信方式-18 致谢致谢-19 II 参考文献参

18、考文献-20 附录附录-21 III 摘摘 要要 在科技飞速发展的今天，人们对智能化的要求越来越高。自 Zigbee 技术问世以 来，基于 ZigBee 技术的各种应用已深入到人们的生活中的方方面面。在工业、交通、 家居、农业等领域，装有支持 ZigBee 通信协议的智能化芯片 CC2430 加入到各个终 端，使各个终端工作在固定的网络中，可以方便管理者的统一管理与调度。然而怎 么才能将此智能网络与现有的通信网结合起来，达到远程、智能的控制与管理的目 的呢？基于此，我提出了一个基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计的解决 方案。该方案由于融合了无线和有线两种数据传输方式，保

19、证了数据在两个模块间 的传输可靠性的同时也将进一步扩展它在工业、农业、医疗和交通运输等领域的应 用。 关键字：Zigbee、tc35i 模块、CC2430 模块 IV Abstract As the technology develops,people have higher expectation for intelligent.Since the technique of Zigbee came out,the applications that based on it have spreaded to all aspects of our daily lives. In industri

20、al, transportation, household,agriculture and other fields,the terminal with the intelligent chip CC2430 that support the Zigbee communication protocol facilitates management.But how to combine the intelligent network with the telecommunication network to remote, intelligent control and management?B

21、ased on this situation,a solution for the design of a communication interface between tc35i and CC2430 is proposed.For this design has combined the wired and wireless data transmission style,the reliability of the data between the two modules is assured,and it will also extend the usage among indust

22、rial,agriculture,medical treatment and transportation and other fields. Keywords: Zigbee,tc35i module,CC2430 module 基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计 1 引言引言 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，家用电器对远程监控技术的要求也在 不断提高。近年来移动通信网络的日益扩大，使手机短消息业务得到了飞速发展， 各种基于短消息收发的增值业务也日益产生。基于短消息数据交换的技术，由于省 略了庞大的网络建设投资和维护费用，对于一些分布广泛、信息点密度系数、信息 点

23、经常移动的系统具有很大的优势。利用现有的 GSM（Global System for Mobile Communication）网络资源，发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势，为现有数据采 集系统提供一种更便捷的无线数据传输方式，这必将成为今后智能电子的发展趋势。 tc35i 模块是西门子公司推出的一种无线通信模块，它是集射频电路、基带于一 体，向用户提供标准的 AT 命令接口，主要应用于 GSM 网络，具备 GSM 无线通信的 全部功能，支持 TEXT 和 PDU 模式的短消息编码方式，方便用户的开发设计及应用。 ZigBee（IEEE802.15.4）技术是最近发展起来的一种短距离无线通信技

24、术，功耗 低，被业界认为是最有可能应用在工控场合的无线方式。它同样使用 2.4GHz 波段， 采用跳频技术和扩频技术。另外，它可与 254 个节点联网。节点可以包括仪器和家 庭自动化应用设备。它本身的特点使得其在工业监控、传感器网络、家庭监控、安 全系统等领域有很大的发展空间。 为了最大限度的利用现有的 GSM 网络和发挥 Zigbee 这种短距离无线通信技术 在智能控制领域的作用，一个合理的基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计 将大大推广此类技术在工业、农业、医疗、交通运输等需要远程控制的领域的应用 和发展。 基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计

25、2 1.tc35i 与与 Zigbee 简单介绍简单介绍 1.1tc35i 1.1.1 概述概述 tc35i 短信模块是西门子公司推出的一种无线通信模块，支持双频 900/1800MHZ。在 GSM 网络日臻完善的今天，tc35i 短信模块秉承了西门子一贯的优 秀品质，它易于集成，集射频电路、基带于一体。在远程监控和无线公话以及无线 POS 终端等领域，tc35i 短信模块都能发挥作用。用户主要通过标准的 AT 指令对其 进行控制，支持 TEXT 和 PDU 两种模式的短信编码方式，可以方便用户根据实际需 要对其进行开发设计。 1.1.2 tc35i 模块通信原理模块通信原理 tc35i 模块

26、提供的命令接口符合 GSM07.05 和 GSM07.07 规范。GSM07.07 中定 义的 AT Command 接口，提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口。用 户通过向 tc35i 模块发送 AT 指令来对其进行控制。tc35i 模块与 GSM 网络的通信通 过无线方式进行，与 CC2430 模块的数据传输主要通过串口进行，CC2430 通过串口 向 tc35i 模块传送 AT 指令对其进行控制。 AT 即 Attention，AT 指令集是从终端设备(Terminal Equipment，TE)或数据终端 设备(Data Terminal Equipment，DTE)向终端适

27、配器(Terminal Adaptor， TA)或数据电 路终端设备(Data Circuit Terminal Equipment，DCE)发送的。通过 TA，TE 发送 AT 指令 来控制移动台(Mobile Station，MS)的功能，与 GSM 网络业务进行交互。用户可以通 过 AT 指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。90 年代初， AT 指令仅被用于 Modem 操作。没有控制移动电话文本消息的先例，只开发了一种 叫 SMS Block Mode 的协议，通过终端设备(TE)或电脑来完全控制 SMS。几年后，主 要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和

28、HP 共同为 GSM 研制了一整套 AT 指令，其中就包括对 SMS 的控制。AT 指令在此基础上演化并被加入 GSM 0705 标准以及现在的 GSM0707 标准，完全标准化和比较健全的标准。如：对 SMS 的 控制共有 3 种实现途径：最初的 Block Mode；基于 AT 指令的 Text Mode；基于 AT 指令的 PDU Mode。到现在 PDU Mode 已经取代 Block Mode，后者逐渐淡出。GSM 模块与计算机之间的通信协议是一些 AT 指令集，AT 指令是以 AT 作首， 字符结束 的字符串，AT 指令的响应数据包在 中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。 基于

29、 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计 3 其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信 息提示，接收端可做相应的处理。 1.2 Zigbee 技术技术 1.2.1 Zigbee 技术简介技术简介 简言之，ZigBee 就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术。 “ZigBee”一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳 ZigZag 形舞蹈来告知同伴， 传递所发现新食物源的位置、距离和方向等信息。可以说，是一种小的动物通过简 洁的方式实现“无线”的沟通，人们借此来称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂 度、低速率的近程无线网络通信技术。ZigB

30、ee 早期也被称作“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“FireFly”无线通信技术，目前统一称为“ZigBee”技术。 近年来在无线个域网 WPAN 技术领域，各种标准的技术在竞相发展，而这些不 同技术的产品之间既有竞争又有互补。ZigBee 正是在这种无线技术蓬勃发展的环境 中应运而生的。不同于其他一些通信技术，它不去追求高速率、远距离；而是针对 特定的在智能家居、智能建筑、工业自动化以及医疗领域的某些特定控制应用需求， 锁定只有几十 kbps 的速率、几米几十米的距离实现无线组网能力，在这样的关键 指标条件下，在确定出其他技术要求微功耗、低复杂度，进而低价格，从此诞

31、 生了一种新的无线通信技术ZigBee。在其他无线通信技术不断追求高速率、远距 离的今天，ZigBee 却向低速率、近距离的方向迈进，其目的就是为了大幅度降低无 线终端的成本及功耗。因为只有这样，才能达到起“无所不在”的目的。 形象化的描述 ZigBee：它是一种简单的东西，其核心是多信道无线通信装置和 微控制器，他们都被集成在一两块半导体芯片上，封装在如同指甲盖大小的塑料制 品里面。使用 ZigBee 技术实现的产品，一般采用廉价的八位微处理器，将无线射频 收发模块集成在一块芯片上，外围接上一个阻容和晶振等器件，在连接一些 A/D、D/A、I/O 接口及控制电路（甚至这些电路也被集成到芯片中

32、，如 TI 的 CC2430），即组成了诸如各种智能控制节点、无线传感器网络的核心控制模块。当 然，只有这些硬件是远远不够的，还需要在其上加载合适的无线通信软件（协议栈） 和控制程序，才能组成完整的控制模块。为此，现在也把这类带有 ZigBee 协议栈及 无线收发模块的单片机成为“无线单片机”，就是这个道理。 1.2.2 Zibee 技术的应用技术的应用 1.2.2.1 智能家居 基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计 4 随着 ZigBee 技术的出现，智能家居可能在未来的两年内加速走入人们的生活。 ZigBee 模块可以安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系

33、统、空调 系统其他家电产品中，实现家居的照明、温湿度、安全和电气智能控制。例如：在 灯泡中安装 ZigBee 模块，当人们要开灯时，不需要走到墙壁开关处，直接通过遥控 便可以实现；当你打开电视机时，灯光会自动减弱；当电话铃响你拿起话机准备通 话时，电视机会自动静音。通过 ZigBee 终端设备还可以收集家居的各种信息，传送 到中央控制设备；或是通过遥控控制家里的电器、门窗，查看安保系统信息等。例 如，回家前预先开启家里的空调；下雨时遥控关闭门窗；家里有非法入侵者时，及 时得到安保系统的通知；及时方便地采集水、电、燃气的用量。总之，只要一个 ZigBee 遥控器，就可以控制所有的家电设备。 1.

34、2.2.2 工业控制 通过 ZigBee 网络自动收集厂区各种设备信息，并将信息送达中央控制系统进行 数据处理与分析，以掌握工厂的整体信息。例如，人们可以通过 ZigBee 网络实现厂 房内不同区域温湿度的监控、照明系统感测；及时得到机器运转状况信息进行生产 线流程控制等；结合 RFID 标签，可以及时统计库零件配件存量等，这些都可以由 ZigBee 网络提供相关信息，达到工业控制和环境检测的目的。当然，目前工厂内已 有大量的有线控制系统，单“以 ZigBee 为基础的系统可以对控制系统和自动化的成 本削减 50%，单单取消管道、线缆和人工的使用这一项就能削弱高达 80%的成本”， 这些是不容

35、忽视的。 1.2.2.3 交通运输 沿着街道、高速公路和其他地方布置大量 ZigBee 节点设备，人们就不会再担心 迷路。安装在汽车里的导航显示器会告诉你当前所处的位置，正向何处去。全球定 位系统（GPS）也能提供类似的服务，但是这种新的分布式系统能够提供更精确、更 具体的信息。即使在 GPS 覆盖不能到的楼内或隧道内，仍能继续使用 ZigBee 系统。 从 ZigBee 无线网络能够得到比 GPS 更多的信息，如限速，街道是单行线还是双行线， 前面每条街的交通情况或事故信息等。使用这种系统，还可以跟踪公共交通情况， 及时地赶上下一班车，而不至于在寒风中或在烈日下在车站登上十分钟。 1.2.2

36、.4 医院应用 在医院，ZigBee 网络可以帮助医生及时，准确地收集急诊病人的信息和检查结 果，快速准确地做出诊断。携带 ZigBee 终端的患者不论走到哪里，都可以被 24 小 基于 tc35i 模块与 CC2430 模块的通信接口设计 5 时监控体温、脉搏等；而配有 ZigBee 终端的担架，可以直接遥控电梯门的开关。时 间是生命，ZigBee 网络可以帮助医生和患者争取每一秒的生命。 1.2.3 Zigbee 技术的特点技术的特点 1.低速率：ZigBee 工作在 20250kbps 的较低速率，分别提供 250 kbps(2.4GHz)、 40kbp s(915 M Hz) 和 20 kbps(868 M Hz) 的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的 应用需求。 2.低功耗：在低耗电待机模式下，2 节 5 号干电池可支持 1 个节点工作 624 个月，甚至更长。这是 ZigBee 的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周