Модуль Zig Bee:взгляд на беспроводное устройство

Вам нужна гибкая структура сетевой модели, которая менее сложна, чем Bluetooth, и имеет длительное время автономной работы? Кроме того, вы ищете целевое устройство, которое поддерживает множество узлов с простой установкой? Тогда было бы неплохо, если бы у вас был модуль Zig bee.

Как это работает? Эта статья даст вам исчерпывающую информацию об устройстве. Итак, вы узнаете, что это такое, протокол, как работает беспроводной модуль и т. д.

Начнем!

Что такое модуль Zigbee?

Поскольку модули Zigbee предназначены для неглубоких данных, связанных с IoT-устройствами, беспроводные передатчики с низкой ячеистостью работают в системах IEEE 802.15.4 Zigbee. Этот беспроводной модуль использует скрытые частотные диапазоны, такие как 2,4 ГГц, 900 МГц и 868 МГц. Кроме того, он подходит для устройств с батарейным питанием.

Но это не все. Вы можете подключить до 65 000 узлов в сети. И он прекрасно работает с DSSS (модуляция спектра с прямым расширением последовательности).

Благодаря низкой задержке этот протокол использует 128-битное шифрование AES.

С момента своего запуска в начале нового тысячелетия он получил несколько обновлений. Итак, Zigbee 3.0 — это последняя версия модуля Zigbee.

Что нужно знать о USB-модуле Zigbee?

USB-модуль Zigbee имеет много общего с обычным USB-модулем, используемым для хранения набора информации или данных. Но это не все.

Этот уникальный USB-адаптер может легко устанавливать связь с другими устройствами Zigbee вокруг него, отправляя поток информации через беспроводное соединение Zigbee.

Кроме того, он работает в стабильном диапазоне 2,4 ГГц (ISM). А USB-модуль Zigbee имеет стандарт WPAN IEEE 802. Этот USB-ключ также использует модуль радиочастотного приемопередатчика для запуска модуляций DSSS.

USB-ключ Zigbee можно использовать как сетевой датчик/координатор и маршрутизатор. Другими словами, вы можете легко добавить его в сетевую систему Zigbee.

Что делает протокол Zigbee уникальным?

Уровни протокола Zigbee находятся в союзе с эталонными моделями OSI (межсетевое соединение открытых систем) и ISO (международная организация по стандартизации). Zigbee работает только с беспроводными сетевыми системами со строго низким объемом данных и низкой выходной мощностью из семи уровней, предусмотренных OSI и ISO.

Конечно, MAC и PHY — это низкие уровни ISO и OSI, которые отлично работают с протоколами Zigbee, работающими на IEEE 802.15.4. Кроме того, в эти два уровня встроены уникальные функции безопасности.

Ниже приведена стандартная система, которая выполняет все уровни сетки модели сети Zigbee:

Сетевая сетка Zigbee

Источник изображения:Sciencedirect

Как подключить модуль Zigbee к Arduino

Лучший способ связать ваш модуль Zigbee с Arduino — сначала определить серию Zigbee, которую вы используете. В этой статье мы будем использовать модуль Zigbee первой серии, потому что это наиболее предпочтительный вариант для новичков.

Во-первых, вам нужно понять, что вы можете заставить модули Zigbee устанавливать связь друг с другом, если они одной и той же модели.

Шаги

Итак, чтобы подключить две одинаковые модели Zigbee к Arduino, выполните следующие действия:

Шаг 1

Подключите первый модуль к плате Arduino, а второй — к ПК, микроконтроллеру или датчику. После этого настройте оба модуля Zigbee.

Вот шаги, необходимые для настройки модулей Zigbee:

• Во-первых, используйте последовательный адаптер, чтобы подключить два модуля Zigbee к последовательному порту ПК.
• Затем загрузите приложение PuTTy, если вы используете ОС Windows, или получите виртуальный терминал.
• После этого убедитесь, что вы правильно установили модули Zigbee на последовательный порт вашего ПК с настройками скорости передачи данных:8 бит данных, один стоповый бит, без контроля четности и 9 600.
• Затем выберите локальное поле Echo и нажмите "ОК".
• После этого сохраните время сеанса.
• Затем на панели инструментов виртуального терминала найдите кнопку подключения и нажмите ее.
• Следующее, что нужно сделать, — назвать сеанс после подключения к модулям Zigbee.
• На этом этапе ваше подключение к модулям Zigbee завершено.
• Затем вы можете настроить модули с помощью AT-команд.

Шаг 2 

Здесь уместно помнить, что ваши модули должны иметь от 3,3 до 5 вольт. К счастью, адаптер Adafruit XBee поставляется с обоими напряжениями. Но если вы не можете получить адаптер, вам придется согласиться на другой блок питания.

Подключение Arduino к модулю Zigbee

Шаг 3

На картинке выше мы видим, что терминалы RX и TX Arduino и Zigbee соединяются.

Шаг 4 

После успешного подключения Arduino отправляет код инструкций или сообщений первому модулю Zigbee. Затем второй Zigbee получает набор инструкций от первого Zigbee, так как они имеют одинаковый сетевой адрес и подключаются при настройке.

Шаг 5

Затем второй Zigbee повторно отправляет инструкции от первого Zigbee на Arduino через подключенные последовательные контакты.

Шаг 6

Ниже приведена строка кода, которую необходимо ввести после успешного подключения Arduino к модулям через последовательную связь:

Как подключить модуль ZigBee к Raspberry Pi

Вы можете связать Raspberry Pi с двумя объединенными модулями Zigbee.

Необходимые материалы и компоненты

• Малиновый пи 4
• Проводная антенна Zigbee, 1 мВт, первая серия (2)
• Донгл Zigbee Explorer (2)

Шаги

1. Сначала соедините два Zigbee Raspberry Pi 4 с одинаковой скоростью передачи данных с помощью программного обеспечения X-CTU.

2. Затем подключите оба Zigbee к USB-ключам и объедините один USB-порт с Raspberry Pi.

3. Затем подключите другой порт USB к ПК.

4. После этого установите драйвер FTDI на свой компьютер, чтобы получить связь через USB.

5. Затем настройте скорость передачи данных и Hyperterminal перед выбором соответствующего порта для связи подключенного устройства.

Применения модуля Zigbee

• Беспроводные роботы и пульты дистанционного управления
• Беспроводные сетевые устройства
• Автоматизация жилищного строительства (с беспроводным управлением)
• Беспроводные датчики температуры

Проекты модуля Zigbee:как создать мост Zigbee

Материалы, которые вам понадобятся

• Специальное устройство Zigbee (например, лампы Osram, Philips Hue, переключатели Belkin и т. д.)
• USB-адаптер с поддержкой Zigbee (например, CC2531)
• Малина Пи
• Приложение Zigbee2mqtt

Шаги

1. Во-первых, запустите приложение Zigbee2mqtt, потому что утконос использует его на сервере для связи с USB-ключом. Вы можете следовать инструкциям на веб-сайте о том, как начать работу с вашей ОС и проверить поддерживаемые устройства.

2. После установки MQTT на локальное устройство проверьте, есть ли в вашей системе работающий сервер. Если вы используете Raspbian, Ubuntu или Debian и хотите перейти на Mosquitto, вы можете использовать следующий код:

Скриншот кода 1

3. Затем введите этот код ниже, чтобы установить zigbee2mqtt

Скриншот кода 2

4. После этого создайте системную службу, введя следующие строки кода ниже.

Скриншот кода 3

5. Протирая приведенную выше строку кода, вы заметите файл конфигурации zigbee2mqtt. Обычно у него есть опция allow_join.

Таким образом, вы можете установить для этой настройки конфигурации значение «ИСТИНА» при подключении устройств Zigbee на начальном этапе. Затем измените настройку конфигурации на «FALSE», чтобы предотвратить подключение специального устройства к сети по ошибке. Интересно, что это то, что вы можете изменить в любое время.

6. Как только вы успешно подключите свое специальное устройство Zigbee к новой сети, убедитесь, что вы используете «permit_join». Вы можете добиться этого, когда сделаете сброс настроек на своем устройстве. И этот подход работает строго на привязанном устройстве, которое вы используете. Вы можете сделать некоторые сбросы, такие как огни Philip Hue, в приложении. Или вы можете нажать кнопки переключателя системы диммера и удерживать их не менее 10 секунд. Другие устройства Zigbee могут поставляться со своей кнопкой сброса, но все по-прежнему зависит от бренда, с которым вы работаете, как упоминалось ранее.

7. После завершения настройки со всеми устройствами Zigbee, подключенными к ячеистой сети, вы увидите такие журналы:

Скриншот кода 4

8. Затем через расширения MQTT и HTTP используйте Zigbee для запуска Platypus и Redis

Скриншот кода 5

9. Измените следующий файл кода:

Тем самым вы разрешите работу HTTPS и Zigbee.

Скриншот кода 6

10. Затем запустите утконос или запустите его системную службу, открыв host-or-IP (Zigbee IP) в новом браузере. Здесь вы сможете управлять своей сетью и вносить в нее некоторые изменения.

11. Наконец, передавайте запросы через API по умолчанию, используя код Python, HTTP или настроенную серверную часть platypus.

Скриншот кода 7

Скриншот кода 8

Скриншот кода 9

Часто задаваемые вопросы

Почему ZigBee лучше Bluetooth?

С точки зрения охвата широкого диапазона Zigbee лучше, чем Bluetooth. Но когда дело доходит до передачи данных, Bluetooth быстрее, чем Zigbee.

Является ли ZigBee модулем Wi-Fi?

Нет, это не так. Вместо этого Zigbee основан на WPAN, технологии, отличной от модуля Wi-Fi.

Почему модули ZigBee такие дорогие?

Цена модуля Zigbee зависит от различных параметров. Но вы можете рассчитывать получить его по цене от 2 до 14,7 долларов за модуль. Кроме того, они обычно дороги из-за большого объема памяти и протокола, требующего больших вычислительных ресурсов.

Есть ли у Raspberry Pi Zigbee?

Нет, это не так. Но RaspBee помогает превратить Raspberry Pi в универсальный шлюз Zigbee благодаря своему небольшому форм-фактору, который подходит для большинства стандартных корпусов Pi.

Как использовать Zigbee на Raspberry Pi?

Во-первых, вам нужно подключить два ZigBee, подключив один к USB-порту ноутбука. Затем второй должен быть связан с USB-портом Raspberry Pi2.

Может ли Raspberry Pi быть концентратором Zigbee?

Да, это возможно. И это потому, что Zigbee совместим с Raspberry Pi.

Заключительные слова

Модуль Zigbee — это устройство, которое вам следует рассмотреть, если вы планируете передавать данные на большое расстояние, чтобы достичь более удаленных. Кроме того, у них обычно есть приложения с низкой скоростью передачи данных, которым требуются защищенные сети и длительное время автономной работы.

Итак, вы хотите получить этот модуль в качестве инструмента автоматизации? Или, может быть, у вас есть вопросы по этой теме? Тогда свяжитесь с нами.