Беспроводные сети zigbee. часть 1 [вводная]

Как работает Зигби

Далее расскажем, как работает Zigbee.

Для построения сети используются модули серии ETRX3. Размер всего 19 мм x 25 мм как для стандартной версии, так и для версии PA/LNA, что на 40% меньше по сравнению с модулем ETRX2. Они доступны с встроенными антеннами или разъемом Hirose U.FL для подключения внешних антенн. Мощность радиосигнала канала в 105 дБ на стандартном модуле ETRX3 обеспечивает превосходную производительность. Мощность радиочастот может быть дополнительно увеличена за счет использования ETRX3-LRS.

Серия ETRX3 – это маломощные радиомодули Zigbee 2,4 ГГц, в которые встроен приемопередатчик 2,4 ГГц, совместимый со стандартом IEEE 802.15.4, со вспышкой до 192 КБ, 12 КБ ОЗУ и многие современные периферийные устройства. EM357 и EM351 используют эффективную архитектуру, которая превышает требования к динамическому диапазону, налагаемые IEEE 802.15.

Как построить свой собственный умный дом с “Raspberry Pi” и “Mozilla’s Things Gateway”

Вот что понадобится:

  • плата Raspberry Pi (желательно Pi 3 со встроенным Wi-Fi, но ключ Wi-Fi также должен работать);
  • чистая карта microSD с минимальным объемом памяти 4 ГБ;
  • совместимый USB-ключ Zigbee и / или USB-накопитель с поддержкой Z-Wave для связи с устройствами по этому протоколу;
  • совместимые устройства умного дома для добавления.

Порядок действий следующий:

  1. Первое, что нужно сделать – загрузить программное обеспечение “Things Gateway” на ваш Mac или ПК.
  2. Затем найдите файл в загрузках, и распакуйте пакет. Распакованный файл называется «gateway-0.3.0.img».
  3. Отсюда скопируйте файл на чистую SD-карту.
  4. Вставьте карту microSD в компьютер и выберите образ с жесткого диска.
  5. Нажмите “Flash”.

Настройка “Raspberry Pi”:

  1. Теперь запустите “Raspberry Pi. Перед включением вставьте SD-карту, загруженную с помощью программного обеспечения “Things Gateway”.
  2. Вам также необходимо вставить USB-ключи Zigbee и / или Z-Wave. Мы использовали Digi XStick (версия ZB-сетки).
  3. Если нет встроенного Wi-Fi, вы можете вставить USB-адаптер.
  4. Через минуту «Mozilla IoT Gateway» появится в списке доступных сетей Wi-Fi. Подключитесь к этому сетевому идентификатору на своем ноутбуке или смартфоне, и появится всплывающее окно с просьбой ввести SSID и пароль для домашней сети.
  5. Затем шлюз подключится к широкополосной сети, и всплывающее окно исчезнет. Войдите в «gateway.local» в браузере, чтобы завершить настройку.
  6. Здесь нужно создать уникальный веб-домен для шлюза, чтобы управлять удаленно. Задайте имя пользователя и пароль для защиты соединения.
  7. После завершения настройки откроется главный экран “Things Gateway”. Нажмите знак «+» в правом нижнем углу, и шлюз просканирует доступные устройства, поэтому убедитесь, что они подключены.

Создание сетевого моста покажем на примере освещения “Philips Hue”:

  1. Чтобы добавить освещение в “Gateway”, нажмите  Меню> Надстройки> знак +> Philips Hue.
  2. Каждая лампочка в списке указана отдельно, чтобы включать и выключать их. Нажав значок «Вещи» рядом с лампочкой, измените цвет на всплывающем колесе спектра цветов.

“Зигби” и голосовое управление

В созданном хабе голосовое управление выполняется и с помощью виртуальных помощников: Siri, Google Assistant или Alexa. В сопроводительной документации или на коробке производитель указывает, какого помощника поддерживает устройство. Для любителей приключений лучшие интернет-клубы подобрали самые популярные игровые автоматы от именитых разработчиков. При выборе площадки многим нравится казино с выводом на карту Сбербанка на oldrushistory.ru , которые позволяют быстро получать деньги в собственное распоряжение. Этот способ выгодный и удобный, ведь в любом банкомате можно обналичить средства. О Siri – виртуальном ассистенте Apple, говорит логотип “HomeKit”, Google Home – “Works with the Google Assistant”.

Задачи устанавливаются через приложение на смартфоне.

Например, колонка “Echo” записывает голосовую команду пользователя в цифровом виде. Этот оцифрованный звук затем отправляется на облачные серверы Amazon, где преобразуется в текст. Этот текст затем интерпретируется службой Alexa.

Технические характеристики

Открытый стандарт Зигби предназначен для приложений с низким уровнем передачи данных и энергопотреблением.

Теоретически это позволяет смешивать реализации разных производителей, но на практике продукты Zigbee расширены и настроены поставщиками и, таким образом, страдают от проблем совместимости.

В отличие от сетей Wi-Fi, используемых для подключения точек к высокоскоростным сетям, Zigbee поддерживает более низкие скорости и использует протокол ячеистой сети, чтобы избежать использования устройств-концентраторов и создать самовосстанавливающуюся архитектуру.

Итак, Zigbee что это такое?

Протокол Zigbee основан на спецификации 802.15 и создан для сетей управления и датчиков по беспроводному стандарту IEEE для беспроводных персональных сетей (WPAN). Сети работают на частотах 2,4 ГГц, 900 МГц и 868 МГц.

Zigbee устройства взаимодействуют между собой в экосистеме умного дома, использующих топологию ячеистой сети. Устройства находят активные девайсы в его окрестностях, инициируют связь без прерываний. Эффективность системы повышается с помощью связи D2D.

Скорость Zigbee – 250 кбит/с, лучше всего подходит для периодической, а также промежуточной двусторонней передачи данных между датчиками и контроллерами. По технологии Zigbee дальность связи заявлена 10-100 метров. Как показывает практика, этот показатель не превышает 20 метров.

Структура системы Zigbee состоит из трех типов устройств: координатор, маршрутизатор и конечное устройство. Каждая сеть должна состоять минимум из одного координатора, который действует как корень и мост (хаб) сети. Координатор отвечает за обработку и хранение информации при выполнении операций приема и передачи данных. Маршрутизаторы выступают в роли промежуточных устройств, которые обеспечивают обмен между компонентами.

Минусы ZigBee

Несмотря на массу положительных качеств, у стандарта ZigBee хватает и недостатков, главный из которых – отличия в спецификациях разных производителей. Поэтому нередко устройства стандарта ZigBee, выпущенные разными производителями, несовместимы друг с другом. Исключения составляют устройства, которые помечены надписью ZigBee-certified, однако их стоимость гораздо выше обычных устройств ZigBee. Еще один недостаток связан с невозможностью использования любых устройств стандарта ZigBee в системах наблюдения. Ведь сети ZigBee не поддерживают передачу данных, не связанных с режимом работы устройств, поэтому не могут передавать никакой сторонней информации.

Сравнение ZigBee и других популярных сетей

Возможно, вам также будет интересно

С развитием высокоскоростных сетей мобильной связи 3G-поколения российскому рынку M2M (телеметрия/мониторинг, охранные системы, навигация и пр.) открылся немалый потенциал для развития. Классически применяемая технология пакетной передачи данных GPRS посредством GSM/GPRS-модулей во многих случаях является достаточной, но накладывает ряд технических ограничений на характеристики встраиваемых реш…

В статье рассматриваются вопросы, связанные с созданием и эксплуатацией перспективной радиосети обмена данными нового поколения для автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) подвижными дежурными силами служб общественной безопасности. Предлагаемое решение предусматривает использование для обеспечения работы разнородных сил технологической радиосети обмена данными, р…

Компания Microsemi представила новый транзистор 1011GN-700ELM, разработанный для применения во вторичных системах радионаблюдения (SSR) систем контроля воздушного движения.
Транзистор 1011GN-700ELM открывает новую линейку GaN-on-SiC силовых радиочастотных транзисторов Microsemi, которая будет включать в себя транзисторы с уровнями выходной мощности 250, 500 и 700 Вт для создания радарных …

6.3 Снижение энергопотребления спящих устройств

По умолчанию все модули находятся в режиме энергосбережения 0, независимо от задаваемого типа. Переход в спящий режим и обратно можно реализовать с помощью вызова соответствующей встроенной функции по какому-нибудь событию.

Энергопотребление модулей в различных режимах

Пусть спящие устройства переходят в режим энергосбережения 2 при подключении к сети (регистр S28)

Обратите внимание, что модули, находящиеся в режимах 2-4, не отвечают на команды, отправленные по последовательному интерфейсу UART. В связи с этим необходимо предусмотреть возможность перехода модуля в режим 0 и обратно, для того, чтобы была возможность внести изменения в конфигурацию устройства или в логику его работы

Однако, есть возможность настроить выход из сна с помощью отправки символа по интерфейсу UART (более подробно см. описание регистра S11). На отладочных платах есть 4 кнопки, каждая из которых может активировать определенную встроенную функцию по прерыванию. Мы будем использовать кнопки 1 и 2 (выводы PA0 и PA1). Команды для задания соответствующей конфигурации:

Ниже приведены графики энергопотребления для спящих конечных устройств в различных режимах работы:

Пики, идущие с интервалом 1 секунда, это работа Polling-механизма. Этот интервал может быть увеличен или уменьшен, в зависимости от того, требуется двусторонний канал связи или нет. Интервал в 1 секунду позволяет гарантировать надежную доставку адресных сообщений на спящие устройства. Увеличение Polling-интервала уменьшает среднее энергопотребление устройства, но и доставить сообщение для него будет сложнее.

Что такое Z-Wave?

Z-Wave также является ячеистой сетью, которая использует радиоволны с низким энергопотреблением, чтобы помочь устройствам и приборам в вашем умном доме общаться.

Созданный как для коммерческих, так и для жилых умных зданий, вам понадобится центральный узел. Затем вы можете управлять своими устройствами с помощью смартфона, клавиатуры или беспроводного брелока.

Датская компания Zensys разработала z-Wave еще в 2001 году как более дешевую и простую альтернативу Zigbee.

В отличие от Zigbee, сеть поддерживает только 4 перехода между устройствами Z-Wave, что делает ее более жесткой. Сама сеть также ограничена 232 устройствами, но этого более чем достаточно для большинства жилых умных домов.

Что касается безопасности, Z-Wave использует тот же стандарт AES-128, что и Zigbee. Хотя это не стопроцентная защита от взлома, на самом деле это не та проблема, которой вам не стоит особо беспокоиться. Кроме того, если вас действительно беспокоит вопрос безопасности интеллектуальных технологий, мы советуем вам не поддаваться искушению полностью автоматизировать свой дом. В конце концов, бессмысленно добавлять уровень удобства и безопасности, если вы будете тратить время на беспокойство о компрометации ваших устройств или сети.

Устройства Z-Wave работают в диапазоне радиочастот 800-900 МГц. Это один из его ключевых аргументов, поскольку вы не получите никакого вмешательства.

В ПОРЯДКЕ…

У нас есть базовый обзор Zigbee и Z-Wave, и мы взглянем на эти ячеистые сети лицом к лицу.

Однако до этого нужно ли выбирать один протокол вместо другого или вы можете использовать оба?

Структура сети

В сети ZigBee есть три основных узла:

  1. Координатор — собирает данные от конечных устройств, раздает им команды, задает политику безопасности. В сети он всегда один. Этот узел выполняет еще и работу роутера.
  2. Роутер — совмещают в себе функции конечного устройства и могут ретранслировать пакеты от координатора к другим элементам сети.
  3. Конечные устройства — сенсоры, исполнительные устройства, подключаемые к сети через родительский узел и лишенные возможности организовывать маршрутизацию трафика.

Благодаря этой технологии и проведенной работе по стандартизации сетевого и уровня приложений, появилась большая библиотека ZCL, описывающая более 200 устройств. Например:

  • Блоки управления освещением;
  • Выключатели;
  • Интерфейсы для счетчиков и датчиков.

Как сделать так, чтобы умные лампочки не глупели при перебоях питания

Если вы когда-либо обзаведётесь технологиями умного дома, то скорее всего, в числе первых купленных устройств у вас окажутся именно умные лампочки. Они действительно удобны. Включение-выключение света при движении. По таймеру. Плавное нарастание яркости для более комфортного пробуждения. Разные цветовые температуры. И так далее.

Вот они умные технологии. Однако… Не обходится без ложки дёгтя. Есть у умных лампочек, как минимум, одна особенность поведения, которую обычно не афишируют в рекламных буклетах и не упоминают в описании товара. Если задуматься, то это поведение можно даже назвать очевидным и логичным, но всё же оно может стать очень неприятным сюрпризом, особенно если дело будет происходить посреди ночи.

Я говорю о том, как умные лампочки реагируют на кратковременный перебой в подаче электроэнергии.

Готовые решения и сборка своими руками

Как сделать «Умный дом» самостоятельно? На данный момент существует большой выбор вариантов построения системы – различные крупные компании выпускают новинки и предлагают свои решения и устройства. Рассмотрим несколько вариантов воплощения этой концепции.

Google Home

Компания Google много лет занимается разработками идеи умного дома и имеет семейство продуктов, на основе которых строится система управления.

Колонка Google Home

Выполняемый колонкой набор функций очень широк: с её помощью можно составить план на день, послушать новости, воспользоваться поисковой системой или поиграть в игры. Она осуществляет управление музыкой, радио, будильниками, таймерами и напоминаниями, позволяет передавать сообщения на все устройства сети. Но русифицировать её придётся самостоятельно, инструкцию можно найти в интернете. Google Home также поддерживает IFTTT, позволяющий связать в систему различные устройства.

Устройство Home Hub

Центр управления, представляющий собой колонку для общения с голосовым помощником Assistant, дополненную экраном. Устройство не оснащено камерой в целях повышения чувства комфорта и безопасности пользователей. Имеется ночной режим – устройство может передавать команды, понижающие яркость света, температуру в доме и закрывающие замки. Есть возможность управлять функциями удалённо через приложение Google Home.

Умный дом на базе ZigBee

Самостоятельно наладку системы «Умного дома» можно сделать и при помощи ZigBee. Это стандарт беспроводной связи, с помощью которого взаимодействуют все приборы в доме или квартире. ZigBee выпускается множество устройств: умные розетки, лампочки, диммеры, датчики движения, разнообразные контрольные сенсоры. Лидером среди компаний-производителей устройств, поддерживающих стандарт ZigBee является китайская компания Xiaomi.

Работа системы ZigBee осуществляется при помощи устройств следующего типа:

  • Координаторы, управляющие действиями системы и обеспечивающие безопасность процессов.
  • Маршрутизаторы, работающие постоянно и отвечающие за работу устройств в спящем режиме. Также они отвечают за восстановление в случае неисправностей. Соединяются с координатором, маршрутизаторами, а также периферийными устройствами и оборудованием для передачи информации.
  • Конечные устройства, отвечающие за отправку и получение данных. Соединяются с координатором и маршрутизаторами, а также связаны с сенсорами и механизмами, отвечающими за выполнение команд.

Популярные датчики для Arduino

Arduino – плата с программируемым микроконтроллером, с помощью которой можно легко создавать средства автоматизации или робототехники. Рассмотрим наиболее популярные датчики, подключаемые к ней.

Датчик препятствия

Состоит из фотодиода и светодиода, излучающих и принимающих сигналы в инфракрасном спектре.

Датчик расстояния

Датчик HC SR04 состоит из приемника и излучателя ультразувуковых волн.

Датчики атмосферного давления

Распространённые датчики BMP180, BMP280, BME280 могут быть использованы в электронных барометрах.

Датчик движения

Самым распространенным является модуль HC SR501, особенность которого – способность регулировать скорость срабатывания и время задержки ответного сигнала.

Датчик освещенности.

Популярен за счёт простоты и надёжности.

Датчик протечки

Модуль состоит из датчика и компаратора.На плате компаратора имеется резистор, регулирующий чувствительность датчика.

Датчик влажности

Состоит из электродов и компаратора. Может быть использован для определения влажности почвы в системах автополива.

Софт для работы с ZigBee

Далее небольшим списком перечислю, какие есть инструменты для взлома систем умного дома по протоколу ZigBee.

  • KillerBee — в описании говорится, что это фреймворк и утилиты для атак на сети ZigBee и IEEE 802.15.4 networks. В списке поддерживаемого железа много всего устаревшего (например, Atmel RZ RAVEN USB Stick, который снят с производства). Заявлено, что есть поддержка Texas Instruments CC2531, но прошивка имеет статус beta и работает только на прослушивание трафика.

  • Attify ZigBee Framework — считай, то же самое, что и KillerBee, но с графическим интерфейсом.

  • SecBee — для работы требует Scapy-radio, KillerВee и GNU Radio block, а из железа подавай уже SDR — и, как пишет разработчик, лучше всего USRP.

  • Z3sec — для полноценной работы тоже требует много дополнительных пакетов. Из железа поддерживается Ettus USRP или железо, совместимое с KillerBee.

Получается, что разнообразие только кажущееся — и обычно нужно либо дорогущее железо (SDR), либо старье вроде Atmel RZ RAVEN USB Stick. Поэтому я решил разработать свою утилиту — pwnrf. Работа еще не закончена, поэтому и внешний вид пока соответствующий.

Моя основная задумка — реализовать возможность собирать произвольные пакеты ZigBee/IEEE 802.15.4. Причем как валидные, где проверяются форматы, содержимое полей, так и произвольные фреймы, чтобы можно было искать логические ошибки. Ну и, конечно, утилита будет работать в режиме сниффера. Из железа планируется поддерживать CC2531, CC1352 либо любой другой трансивер, с которым можно связаться через UART/Serial.

Мифы и реальность

Несмотря на то, что с момента появления ZigBee прошло уже 5 лет, технология все еще находится на начальном этапе своего развития. С одной стороны, данную технологию поддерживают ведущие производители полупроводников, за прошедшие годы спецификация ZigBee была существенно переработана, появились публичные профили для решения достаточно важных и востребованных задач, среди которых домашняя автоматизация, управление потреблением энергии, автоматизация производства. С другой — на полках магазинов не видно ZigBee-устройств. Говорить о коммерческом успехе технологии пока рано. Число промышленных производителей конечных ZigBee-продуктов исчисляется десятками, мало и количество крупных инсталляций ZigBee-систем. Причин несколько — относительная дороговизна решения, высокая трудоемкость процесса разработки и, отчасти, существующие мифы и завышенные ожидания разработчиков и потребителей. Часто встречается заблуждение, что на базе ZigBee можно строить сети масштаба города, передавать звук (и даже видео!), создавать сети из десятков тысяч устройств и т. п. Для каждого постулата такого рода есть некое фактическое основание, тем не менее это ошибочные представления о возможностях технологии на данном этапе.

Можно ли построить ZigBee-сеть из десятков тысяч устройств?

В теории — да. Для сетевого адреса отводится 2 байта, что обеспечивает адресную емкость для 65 535 устройств. Но спецификация ZigBee определяет ряд других параметров (косвенно связанных с максимальным числом устройств в сети) таким образом, что реально можно говорить не более чем о нескольких сотнях устройств в одной сети. При числе устройств более 300 существенно возрастает служебный трафик и, соответственно, падает пропускная способность. Главные ограничивающие факторы для большого количества узлов — это затраты на разрешение возникающих конфликтов при случайном распределении адресов, снижение пропускной способности из-за растущей служебной активности, большие задержки при обнаружении устройств и прокладке маршрутов, ограничения ОЗУ для хранения больших таблиц маршрутизации.

Передача звука и видео

Скорость передачи данных в радиоканале в ZigBee составляет 250 кбит/с, но, несмотря на это, реальная скорость передачи полезных данных может быть меньше на порядок. Главная же проблема, возникающая при попытке передачи звука через ZigBee-сеть с ретрансляцией сообщений, — это возникающие задержки, которые неизбежны и непредсказуемы. Величина этих задержек достигает нескольких секунд, что делает передачу «живого» звука абсолютно нереальной, если мы говорим о mesh-сети. Только на нижнем уровне (802.15.4.) достижимы реальные скорости (до 115 кбит/с) , позволяющие передавать звуковой поток в цифровом виде.

Построение сетей масштаба города

Максимально разумное число ретрансляций пакета в сети ZigBee не должно превышать 10–30 хопов. С учетом того, что вне помещений максимальная разрешенная мощность составляет 10 мВт , одной ZigBee-сетью можно покрыть площадь только одного небольшого района.

Домашний сервер, или приключение длиной в 6 лет. Часть первая

История создания

Изначально несколько компаний объединились для совместной разработки новых стандартов беспроводной сети. Приоритетным направлением являлось решение проблемы совместимости сети с оборудованием разных производителей. Альянс появился в 2002 году и его состав насчитывал более 300 участников. Начиная с 2003 года стали появляться новые стандарты.

Эффективность технологии ZigBee  повысилась благодаря следующим нововведениям:

  • были созданы стандартные конфигурации программ и архив шаблонных кластеров;
  • использование стохастической переадресации;
  • внедрение механизмов маршрутизации (Source Routing и другие);
  • появилась способность определять ассиметричные связи;
  • при возникновении перебоев система автоматически начинает использовать другой канал без помех;
  • появилась дополнительная система защиты сети.

Что такое Zigbee

Zigbee – это стандарт беспроводной связи, подобный Wi-Fi и Bluetooth, но созданный специально для интернета вещей и умного дома. Благодаря протоколу ZigBee устройства в умном доме “общаются” друг с другом.

Существовавшие 15 лет назад стандарты беспроводных сетей, например WiFi и Bluetooth, не подходили для новых возникших потребностей – таких, как умный дом. Эти стандарты были недостаточно надёжны, а их модули были слишком дорогими. Для разработки нового сетевого протокола была создана ассоциация из ведущих технологических компаний (Philips, Samsung, LG, Siemens и другие) под названием Zigbee Alliance. И в 2004 году был принят международный стандарт, регламентирующий новый протокол Zigbee, работающий на частотах, не требующих специального разрешения.

Название Zigbee происходит от слов “зигзаг” (zigzag) и “пчела” (bee), на западе термином “зигби” называют танец медовых пчёл. Такое название по мнению разработчиков стандарта подчёркивает то, что сеть Zigbee имеет ячеистую топологию (структуру) и, благодаря специальным алгоритмам маршрутизации, является надёжной и способной к самовосстановлению при потере связи между отдельными узлами. При этом оборудование для Zigbee компактное и имеет низкую стоимость.

Положительные качества ZigBee

Положительных качеств у этого протокола хватает:

  • крайне низкое энергопотребление, из-за чего одной батарейки АА хватает на 2–3 года работы одного устройства;
  • относительно невысокая цена (если сравнивать с оригинальными деталями других стандартов);
  • высочайшая надежность сети и способность к самообучению и самовосстановлению;
  • помехозащищенность.

ZigBee модуль

Снизить энергопотребление удалось за счет подключения функции перехода в спящий режим и снижения максимальной скорости передачи информации до 250 килобит (кбт) в секунду, что гораздо меньше скорости, которую обеспечивают сети Wi-Fi, 3G и их аналоги. Поэтом у сети ZigBee нельзя использовать для передачи данных, не относящихся к работе устройств. Низкое энергопотребление устройств ZigBee оказывается существенным плюсом для тех сетей, которые не предназначены для передачи больших объемов информации, например, охранных сигнализаций, систем управления светом или медиасистем с раздельной регулировкой громкости в каждой комнате.

Введение в технологию ZigBee: особенности, способы организации сети, создание совместимых устройствВведение в технологию ZigBee: особенности, способы организации сети, создание совместимых устройств

По сравнению с оригинальными устройствами других похожих стандартов, элементы ZigBee действительно стоят недорого, хотя и обходятся куда дороже большинства китайских блоков. Надежность сетей ZigBee основана на их ячеистой структуре – в случае повреждения одного из элементов, оставшиеся маршрутизаторы самостоятельно построят новый путь для прохождения сигналов. Благодаря квадратурной фазовой модуляции (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying или 4-PSK) и уплотнению спектра сигнала (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum) помехозащищенность превосходит этот параметр любых других беспроводных систем.

Сенсорные панели и координаторы ZigBee

6.1 Настройка ZigBee-устройств

Запишем в каждый узел соответствующую конфигурацию. Все три устройства — USB-шлюз и две отладочные платы — были подключены к компьютеру и каждое было соответствующим образом сконфигурировано:

  • для USB-шлюза использовалась ветка координатора («COO») из конфигурационного файла
  • для модулей на отладочных платах — ветка спящих конечных устройств («SED») из конфигурационного файла

Несколько комментариев по поводу настройки спящих конечных устройств. Для того, чтобы минимизировать энергопотребление радиомодуля, необходимо отключить всю неиспользуемую периферию: светодиодную индикацию и питание датчика освещения. Кроме этого необходимо все неиспользуемые выводы сконфигурировать на вход с подтяжкой или выход. За настройку портов ввода/вывода отвечает несколько 32-разрядных регистров:

  • регистр S13 вспомогательный регистр, позволяющий определить направление вывода (Hi-Z, вход с подтяжкой, push-pull выход, выход с открытым коллектором)
  • регистр S16 настраивает определенный вывод в качестве входа (запись 0) или в качестве выхода (запись 1). Радимодуль имеет 3 порта A, B, C по 8 выводов. Запись настроек можно производить как записью отдельного бита, меняя каждый вывод по-отдельности, так и делать изменения сразу для всей группы. Регистр не является энергонезависимым, поэтому если необходимо постоянное применение определенной конфигурации, то её необходимо записать в регистр S17. Значение данного регистра автоматически переносится в регистр при подаче питания или при сбросе.
  • регистр S18 задает логический уровень на выходе вывода. Если вывод настроен как выход, то запись 0/1 в определенный бит установит соответствующий логический уровень. Если вывод настроен как вход с подтяжкой, то запись 0/1 будет активировать подтяжку к питанию или к земле. Регистр S18 как и регистр S16 тоже не является энергонезависимым. Его начальное значение можно записать в регистр S19, значение из которого будет скопировано при сбросе.

Более подробную информацию по возможным настройкам портов ввода/вывода можно посмотреть в документации по AT-командам. В конфигурационном файле для спящих узлов записано значение, которое отключает всю ненужную для нашей задачи периферию за исключением вывода, использующегося для питания датчика температуры, и входа АЦП. Для того, чтобы задействовать вход АЦП необходимо в регистре S15 установить бит 13 в 1 (задействование альтернативной функциональности вывода PB5). На отладочной плате установлен датчик температуры LM61.

Что такое Zigbee?

Zigbee – это ячеистая сеть. Все это означает, что сигналы могут легко переходить от одного устройства Zigbee к другому, без необходимости подключения каждого отдельного устройства к вашей сети Wi-Fi. Вместо этого обычно есть центральный узел.

Нет ограничений на количество переходов между устройствами, что делает его очень гибким вариантом, особенно в больших и амбициозных умных домах. Связь между устройствами Zigbee возможна на расстоянии до 20 метров.

Институт инженеров электротехники andElectronics (IEEE) разработал персональную сеть стандарта – 802.15.4 – с заявленной целью обслуживать до экономически эффективных, низкой скорости обмена данных между устройствами. Устройства Zigbee используют этот стандарт IEEE.

Zigbee технически может справиться с 65000 замечательных устройств, но на самом деле умный дом не только не приблизится к этому, но и вы столкнетесь с проблемами пропускной способности, прежде чем наберете это гипотетическое число. Тем не менее, он показывает надежность Zigbee как протокола связи.

Шифрование AES-128 означает, что вам не нужно беспокоиться о безопасной связи с устройствами Zigbee. Этот стандарт используется онлайн-банками.

Что касается частоты, Zigbee 3.0 работает на частоте 2,4 ГГц с высокой скоростью передачи. Однако у этого есть встроенная проблема … Эта частота разделяется устройствами WiFi, поэтому вы можете столкнуться с большим количеством помех. В США Zigbee также может работать на частоте 915 МГц. Загвоздка здесь в том, что скорость передачи данных падает с 250 кбит / с до 40 кбит / с, так что это компромисс, который может вас не устроить.

Заключение

ZigBee- и Thread-технологии прекрасно подходят для создания автоматизированных систем как в жилых помещениях, так и на коммерческих предприятиях.

Хотя у этих технологий есть отличия, они могут быть реализованы на одном и том же оборудовании, например, на таких микроконтроллерах как TI SimpleLink Multi-Standard CC2652R, которые поставляются с набором средств программирования  ZigBee – CC26x2 SimpleLink SDK.

Компания TI создала микроконтроллер CC2652R для работы с сетями 2,4 ГГц. Данный контроллер может быть использован для работы с Bluetooth 5 и с ZigBee или Thread. Также компания разработала SimpleLink-микроконтроллер CC1352R, который поддерживает несколько стандартов и технологий в диапазоне 2,4 ГГц, таких как Bluetooth, ZigBee и Thread, и в диапазоне Sub-1 GHz, что позволяет снизить общие затраты при максимальной гибкости для разработчиков, которые могут загружать программное обеспечение по выбору, в зависимости от их требований.

SDK SimpleLink CC26x2 и CC13x2 имеют общую модель работы программного обеспечения для всех поддерживаемых технологий (ZigBee, Thread, Bluetooth 5 и Sub-1 GHz), данная модель позволяет переключать работу устройства с одного стандарта на другой на этапе производства или при последующем использовании (рисунок 6). Texas Instruments также предоставляет общую платформу разработки программного обеспечения, которая может быть использована для проводных и беспроводных встраиваемых устройств, принадлежащих к семейству SimpleLink, что обеспечивает модульность и переносимость приложений с устройства на устройство. Код, разработанный для приложения, можно использовать повторно при переходе с одной технологии связи на другую или при добавлении одной поверх другой.

Рис. 6. Диаграмма SimpleLink SDK

TI предлагает одну платформу для встроенных продуктов и единую среду разработки программного обеспечения, что в конечном итоге снижает затраты на разработку, уменьшает риски исполнения и ускоряет время производства устройств, тем самым обеспечивая выполнение всех ключевых элементов для успешного выхода на рынок инновационного продукта в рамках интернета вещей (iot), чья задача –  автоматизация систем управления периферией жилых и коммерческих помещений.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий