для чего нужен хаб zigbee

Умный дом Tuya Smart, шлюз Zigbee—Ethernet от Moes: обзор, подключение устройств, возможности

В этом обзоре мы поговорим о Zigbee шлюзе для экосистемы умного дома Tuya Smart, от MOES. Особенностями этой модели является наличие Ethernet интерфейса, что обеспечивает и лучшую, по сравнению с wi-fi стабильность работы. Кроме этого шлюз обладает повышенной емкостью для подключения — которая, по заверению производится может достигать 300 устройств. Кстати их подключение мы тоже рассмотрим, причем не только гаджетов относящихся к Tuya Smart.

Содержание

Параметры

Для разработчиков, документация на Zigbee Alliance — вместо малоинформативных фото разборки

Поставка

Поставляется устройство в простой белой картонной коробке. Из опознавательных знаков — только наклейки с логотипом и адресом сайта производителя и кодом модели.

В комплекте — сам шлюз, два кабеля — для подключения к сети и питания с разъемами USB и micro USB, а также инструкция.

Инструкция на английском, она описывает порядок подключения и содержит ссылку на приложение. Инструкция общая для проводной и беспроводной версии шлюза, так как включает в себя требование — перед подключением перевестись на 2.4. ГГц, что бессмысленно, так как шлюз подключен по Ethernet.

Внешний вид

Шлюз внешне представляет собой квадратную белую коробочку с стороной в 9 см и толщиной чуть больше двух. Только одна из сторон отличается от других — на ней расположены разъемы сетевого интерфейса и питания, а также кнопка сброса.

На нижней стороне находятся прорезиненные ножки, чтобы шлюз не скользил. В центре — наклейка перечисляющая основные параметры устройства.

Для работы шлюза нам понадобится свободный Ethernet порт на роутере или свиче, а также блок питания — либо отдельный, либо свободный порт зарядной станции или подходящего удлинителя.

При работе, сквозь корпус шлюза просвечивает пара зеленых светодиодов, довольно ярких.

Подключение

Для подключения нам понадобится оригинальное приложение Tuya Smart или его клон Smart Life.

Можно не искать шлюз в списке устройств, а сразу перейти во вкладку автоматическое обнаружение — шлюз уже будет там. По проводной сети он обнаруживается моментально. Далее идет процесс сопряжения и в конце — можно задать свое имя и локацию.

После добавления сразу прилетает последняя версия прошивки, шлюз обновляется после чего он готов к работе. Его предназначение — это управление zigbee устройствами. Других функций, вроде сигнализации, ночника и тому подобное — у него нет.

Устройства Tuya Smart

Тесты начнем с подключения родных устройств Tuya Smart — например популярной розетки переходника Blitzwolf SHP-13. Очень удачная модель с учетом невысокой цены, мощности в 3680 Ватт, энергомониторинга и европейского форм фактора.

В плагине шлюза нажимаем добавить новое устройство, на розетке зажимаем кнопку пока не начнет мерцать светодиод и ждем пока шлюз ее обнаружит и подключит.

Следующим будет четырехклавишный логический выключатель MOES, он тоже относящийся к этой экосистеме. Для сопряжения служит кнопка, которая находится справа внизу.

Подключение — аналогично. В плагине шлюза включаем режим добавления, зажимаем кнопку на выключателе и ждем завершения процесса.

Автоматизации

Добавленные устройства могут взаимодействовать друг с другом через автоматизации. Логический выключатель может выступать в качестве триггера и событием будет служить одна из его кнопок или состояние батарейки.

Выбираем однократное нажатие на первую клавишу и переходим в раздел действий. В нем выбираем запустить устройство и получаем список всего, что может являться действием нашего сценария, в том числе добавленная розетка.

Она предоставляет управление подключенной в нее нагрузкой — включить, выключить и переключить состояние на противоположное. В результате у нас получается вот такой простой сценарий, управляющий розеткой по нажатию на первую клавишу выключателя.

Скорость работы неплохая и в целом, по моим наблюдениям, Tuya работает заметно быстрее mihome — работу автоматизации вы можете увидеть в видеоверсии обзора (в конце текста).

Подключенные к шлюзу устройства взаимодействуют не только между собой, но и со всеми гаджетами входящими в этот аккаунт Tuya. В качестве примера — wi-fi проектор звездного неба. Ему шлюз не нужен, но работает с роутером напрямую.

Скорость отработки сценария — тоже в пределах секунды, что я считаю неплохим показателем для стокового облачного приложения — работу автоматизации вы можете увидеть в видеоверсии обзора (в конце текста).

Устройства Xiaomi Aqara

Для эксперимента я попытался подключить некоторые из Zigbee устройств, относящиеся экосистеме mihome и aqara home. Квадратную кнопку Aqara

Круглую кнопку mijia

Беспроводный двухклавишный выключатель Aqara

Одноканальное реле с нулевой линией Aqara T1. Результат везде идентичен — шлюз Tuya не видит этих устройств.

Устройства Sonoff

Далее я попробовал устройства от Sonoff относящиеся к экосистеме Ewelink. Начал с беспроводного датчика открытия двери.

И датчик совершенно нормально и без проблем подключился к шлюзу. У него есть свой плагин — причем даже анимированный, показывающий как половинки датчика сходятся при закрытии и расходятся при открытии.

В плагине также есть журнал срабатываний датчика, переключатель отправки уведомлений через приложение при сработке. Даже есть меню обновления прошивки.

Датчик может работать как триггер в автоматизациях — причем не только по состоянию открыто и закрыто, но и по уровню заряда батарейки — например чтобы отправлять уведомление когда он снизится ниже установленного.

Что касается состояния — то тут есть не только его изменение, но и временной интервал в течении которого это состояние продолжается. Сценариев тут можно создавать много — начиная с самых простых, скажем включения освещения.

Окрыленный успехом, я решил попробовать еще одно устройство — компактное реле Sonoff ZB mini. Одно из самых бюджетных, стоит менее 10 долларов, которые широко доступны на рынке.

И да я не ошибся в своих ожиданиях — оно тоже нашлось, правда почему-то как двухклавишный! выключатель. Но не будем придираться к мелочам — нашлось же.

Что интересно — реле управляют обе кнопки. Но с небольшой оговоркой — если включать выключать одним, неважно каким, переключателем — все в порядке. Если нажимать на обе в произвольном порядке, но реле ведет себе не совсем адекватно.

Tuya Smart практически любому устройству дает возможность быть триггером для сценария, реле — не исключение, и умеет передавать события изменения своего состояния — включено или выключено.

В действиях — кроме включено и выключено — переключение состояния. Вот этот тестовый сценарий — не будет давать реле включится — сразу отключая его после события ON. В реальном бытовом применении, скорее пригодится сценарий, который будет работать наоборот — отслеживать выключение включать обратно. Кстати перед действием можно добавлять и задержку.

Google Home

Аккаунт Tuya Smart подключается к Google Home, после чего устройства туйи — могут управлятся ассистентом гугла. Шлюз как устройство — не виден тут, но его устройства — пробрасываются. Не все, из рассмотренных в обзоре — тут нет логического выключателя. Хотя что с логическим выключателем мог бы сделать ассистент?

Исполнительными устройствами — можно управлять, для розетки создалась одна сущность, а для реле — сразу три. Общий выключатель для обоих каналов, ведь реле определилось как двухканальный выключатель, и для каждого из них по отдельности.

Home Assistant

Что касается Home Assistant — то на сегодняшний день мне неизвестны методы проброса шлюза в него. Ни через штатную интеграцию, ни через local tuya. Ни его, ни его устройств в НА видно не будет. Но есть обходной метод — так как автоматизации созданные в Tuya Smart — залетают в виде сцен через штатную интеграцию и ими можно управлять из Home Assistant. Этот метод зависит от интернет и облаков. Локально можно работать с zigbee устройствами только подключив их к стику или SLS шлюзу

Видео версия обзора

Вывод

Для тех кому достаточно штатного функционала Tuya Smart — а для основных бытовых задач его вполне хватит, я бы рекомендовал к приобретению именно проводную версию шлюза. Ethernet работает быстрее и стабильнее wi-fi, да и не мешает работе zigbee. Максимальное количество подключаемых устройств во много раз выше чем у любого беспроводного шлюза. А что касается проводов — то шлюз все таки стационарное устройство, носить его не надо, главное не ставить его сильно близко к роутеру, ведь zigbee работает на той же частоте что и wi-fi.

Источник

В этом обзоре я бы хотел немного вернутся к истокам построения системы умный дом на основе устройств Xiaomi, рассказать про то, с чего начинать и как работают датчики ZigBee

Где купить?

Вступление

Моя система умного дома начала свой новый виток развития — а именно разделение на 2 части, по «зонам». Для этой цели я в очередной раз докупил различных гаджетов и еще один одноплатный ПК для программной части. Горка Xiaomi устройств из последней посылки:

Обо всем я обязательно расскажу в своих дальнейших обзорах, а сегодня я хотел бы остановится на базовом комплекте Xiaomi — состоящем из шлюза, двух датчиков открытия и беспроводной кнопки:

Зачем нужен шлюз, теория, ZigBee

Как можно догадаться из названия — шлюз — устройство должно быть «мостиком» между чем-то. В роли «чего-то» — выступают беспроводные интерфейсы — всем знакомый wi-fi и менее известный zigbee. Вот как раз с последним и возникает множество вопросов, которые мне задают в комментариях к моим обзорам и видео.

ZigBee — это самостоятельный сетевой протокол, разработанный для безопасной передачи данных при небольших скоростях и характеризующийся крайне низким энергопотреблением. Этим он выгодно отличается от Wi-Fi и даже весьма экономного Bluetooth 4+. Одного миниатюрного элемента питания типа CR2032 — хватит вам примерно на год работы!

А главной особенностью ZigBee, является то, что при крайне низком энергопотреблении, она поддерживает не только простые структуры типа точка-точка (как Bluetooth) или звезда как Wi-Fi — но и сложные самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся ячеистые сети, с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений.

Представим себе простую ситуацию — один шлюз и несколько датчиков:

Это классическая сети типа «звезда» — где центральным устройством является шлюз, который и отвечает с сбор и обработку команд от датчиков, и обратную отправку команд управления. Напрямую датчики между собой не «контактируют» и отключения шлюза — ведет к отключению всех управляемых им датчиков.

Такая схема напоминает работу обычной домашней Wi-Fi сети — где вместо шлюза — роутер, а вместо датчиков — ноутбуки, планшеты телефоны.

В принципе такая схема — одна из самых распространенных, и неплохо себя зарекомендовала. Однако есть нюанс. Если между шлюзом и датчиками находятся пара-тройка стен, особенно из железобетона, то мощности слабеньких передатчиков — запросто может не хватать. И это будет выражаться в периодическом «отваливании» датчиков, либо просто их неспособности работать в нужном месте.

И тут самое время вспомнить о особенностях протокола ZigBee — самоорганизация и ретрансляция. В роли такого ретранслятора выступает смарт розетка — естественно ZigBee версия, версия Wi-Fi тут не подойдет.

В такой схеме, розетка выступит ретранслятором сигнала датчиков, что позволит им работать на удалении от шлюза. Эта схема проверена мной лично, и действительно работает. Кстати могу с уверенностью сказать что настенный выключатели Aqara — без 0 линии не работают как ретрансляторы. Про встраиваемую розетку и выключатели с 0 — пока не уверен.

Топология сети — изменяется автоматически, вам достаточно лишь включить в сеть розетку, подключенную к этому же самому шлюзу. При этом состояние реле — которое подает / отключает 220 для внешнего потребителя — значения не имеет.

Каким устройствам нужен шлюз?

Шлюз однозначно нужен всем беспроводным датчикам — движения, открытия, кнопкам, утечки газа, воды, дыма. Нет проводов — 100 % ZigBee (мы говорим про устройства для умного дома Xiaomi).

Кроме них по ZigBee работают упоминаемые выше смарт — розетки (но у них есть брат близнец с Wi-Fi — это самостоятельное устройство), проводные и беспроводные выключатели и встраиваемая розетка Aqara, и двигатель для штор от того же бренда.

Им нужен шлюз — без шлюза они работать не будут. Ни с MiHome ни с Domoticz ни через малинку. Однозначно нет — только через шлюз и точка. Так как ZigBee — это аппаратный протокол.

Все остальное — светильники Yeelight, Philips, чайники, очистители, удлинители, ИК базы — в большинстве работают через Wi-Fi, в некоторых случаях через Bluetooth. В любом случае, шлюз для работы им не нужен.

Шлюз Xiaomi Multifunctional Gateway

Теперь, когда мы немного разобрались в теории функционирования — перейдем непосредственно к обзору. Шлюз представляет собой «шайбу» из белого пластика, диаметром 8 см

И толщиной в 3,5 см

Вилка — Type I — применяемая в Китае, Австралии и Новой Зеландии. Использовать в наших розетках либо через переходник, либо применять удлинители с универсальными розетками — те же Xiaomi

В верхней части шлюза находятся отверстия динамика — шлюз, кроме своих непосредственных обязанностей, может служить в качестве онлайн радио, сирены домашней сигнализации, будильником, а так же отверстия датчика освещенности.

По торцевой части шлюза проходит полоска из полупрозрачного пластика — это RGBW подсветка.

Первое включение, подключение

После включения, шлюз рассказывает стишок на китайском языке 🙂 приветливо моргает подсветкой, переходя в режим сопряжения

Процесс подключения — стандартный. Приложение MiHome обнаруживает новое устройство в зоне досягаемости, предлагает его подключить. Выбираем свою домашнюю Wi-Fi сеть и вуаля — готово.

После этого шлюз, при необходимости затянет одно-два обновления прошивки.

Плагин управления имеет довольно много различных окон. Основное — это окно управления подсветкой шлюза, где устанавливается цвет и яркость свечения. Впоследствии, после добавления датчиков — в этом эе окне появится панель управления с выключателями и розетками и список датчиков — условий (температуры, движения, открытия, и т.д.)

Второе окно содержит в себе настройки сигнализации, дверного звонка, управлением освещением по расписанию, и будильника. Так же тут будет содержаться перечень всех сценариев, в которых участвуют управляемые шлюзом устройства.

Третье окно — содержит в себе список подключенных подустройств. В этом окне можно их удалять и добавлять.

Пройдемся по настройкам.

В меню настроек сигнализации у нес есть возможность настроить время ее работы, установить триггер срабатывания — например датчик открытия или движения, только датчик должен быть обязательно подключен именно к этому шлюзу, интервал — время которое пройдет после срабатывания датчика и включением сирены, установить звук и громкость сирены, а так же просмотреть лог срабатываний.

В меню автоматической работы подсветки, можно включить режим ночника — свет будет автоматом включаться в темноте, добавить триггер — например датчик движения, по которому будет включатся подсветка, время работы этого триггера и длительность работы подсветки.

Так же можно включать свет просто по таймеру.

При включении света по таймеру можно выбрать и режим повторения — по определенным дням, каждый день, однократно, задать период работы и цвет подсветки.

В режиме дверного звонка — настраивается условие срабатывания — например нажатие на беспроводную кнопку, настроить тип и громкость звонка, а так же настроить отправку сообщения на управляющий гаджет — например смартфон, на котором установлено приложение Mi Home

Режим будильника — очень похож на режим освещения по таймеру, только там включается не свет а звук. Так же этот режим интересен тем, что здесь можно выбирать не только предустановленные мелодии но и закачивать свои mp3 треки. Для того чтобы шлюз воспроизводил и с нормальной скоростью следует кодировать их в 256 кбит

На этом рассказ про основные возможности шлюза я буду заканчивать и перейду к датчикам, входящим в комплект набора.

Датчик открытия окон и дверей

Датчик состоит из двух частей — основная собственно сам датчик и магнит. Магнит при приближении к основному датчику замыкает контакты геркона — что дает возможность фиксировать состояния — открыто и закрыто.

Кроме датчика в комплекте идет запасной двусторонний скотч, для наклейки датчика на поверхность — дверь или окно

Датчик легко разбирается, и модифицируется — за счет того, что триггером срабатывания является состояние контактов. В одном из своих прошлых обзоров я рассказывал как сделать из него датчик протечки воды.

Подключаем датчик к шлюзу через вкладку Devices нажав кнопку внизу — add subdevice. Далее следуя подсказкам мастера подключения, при помощи скрепки (идет в комплекте к шлюзу) удерживаем нажатой кнопку сопряжения на датчике, до трехкратного мигания светодиода. После чего останется только выбрать комнату расположения и иконку датчика.

Как такового, плагина управления этот датчик не имеет. Есть что-то вроде окна настроек с двумя вкладками. В первом — содержится список смарт сценариев в котором участвует этот датчик, так же там имеются рекомендации по использованию — отключение очистителя воздуха при открытии окна и включение света при открытии двери. Вторая вкладка — содержит лог срабатываний датчика.

При использовании в смарт сценариях, датчик выступает условием сценария и имеет три варианта триггеров — открытие, закрытие и открытие более 1 минуты.

В одном сценарии можно объединять датчики подключенные к разным шлюзам, но в таком случае эти сценарии будут работать только при наличии интернета. Если участники сценария подключены к одному шлюзу, либо например действием сценария является включение умного светильника Yeelight или Philips — сценарий будет работать и без подключения к интернет.

Беспроводная кнопка

Пришло время к последнему участнику комплекта — беспроводной кнопке. Это один из самых дешевых и удобных датчиков системы умный дом Xiaomi

В комплекте к ней так же идет запасной двусторонний скотч, и для ее настройки вам понадобится скрепка.

Диаметр кнопки — 5 см, вся ее фронтальная поверхность — это плоскость нажима, в отличии от кнопки Aqara — про которую я недавно рассказывал, где нажимная поверхность находится в центре квадратной кнопки.

Добавляется кнопка аналогично датчику движения, все необходимые действия демонстрирует мастер подключения.

После сопряжения — необходимо выбрать название и расположение кнопки, после этого она появляется в списке подключенных устройств.

Окно настроек — подобно описанному у датчика открытия (у датчика движения например или кубика — такие же), с двумя вкладками — перечень сценариев и лог срабатываний.

Кнопка предлагает к использованию в условиях сценариев три действия — однократное нажатие, двойной клик и длинный клик.

Пример простого сценария — на включение и выключения потолочного светильника Philips.

В основном окне плагина шлюза — появляются добавленные нами датчики, и в окне автоматизации — составленный сценарий.

Вывод

На этом я буду заканчивать, надеюсь я не сильно утомил читателей. Очень надеюсь что мне получилось в этом обзоре ответить на, по крайней мере некоторые вопросы касательно функционирования датчиков умного дома.

Видео версия обзора у меня в этот раз получилась более чем на полчаса. Основной смысл вы уже прочитали (если читали) более подробно — можно посмотреть здесь

Спасибо за внимание, надеюсь обзор был полезен.

Источник

Беспроводные сети ZigBee. Часть 1 [Вводная]

Сейчас о концепции IoT («интернета вещей») говорят везде. Появляется «умная» бытовая техника, которая может подключиться к сети (Bluetooth/Wi-Fi) по беспроводному интерфейсу и начать рассылать уведомления о том, что задача по стирке/готовке еды/кипячению воды завершена и неплохо бы что-то с этим сделать. Большинство таких «умных» устройств получает питание непосредственно из электросети. Но как быть, если хочется получать информацию от беспроводного термометра и при этом не менять батарейку каждую неделю? Или иметь беспроводной выключатель с небольшим аккумулятором для которого не понадобится штробить стены? И хорошо бы объединить такие устройства в единую распределенную сеть, которой можно управлять удаленно и которая сама, основываясь на показаниях датчиков/извещателей/счетчиков, могла бы принимать какие-то решения.

Специально для решения таких задач была создана беспроводная технология ZigBee, о которой мы и начнем разговор.

Сетевые технологии для беспроводной связи

Существует большое количество беспроводных технологий, каждая из которых имеет свои особенности. В таблице ниже рассмотрены беспроводные протоколы связи для частоты 2,4 ГГц.

Сравнительная таблица популярных беспроводных технологий

Сравнение сетевых топологий

Про поддерживаемые сетевые топологии в предыдущей главе было сказано, но не было сказано про особенности. Рассмотрим такой пример:
«Звезда» vs. «Mesh»

В сетях Bluetooth и Wi-Fi сетевое взаимодействие идет через центральный шлюз. И если он выйдет из строя, то обмен данными станет невозможным.
Кроме этого отдельные узлы могут остаться без связи, если неожиданно возникла преграда на пути следования радиосигнала.

В сетях ZigBee и Thread надежность связи повышается за счет наличия избыточных связей между устройствами. Все устройства, которые не уходят в спящий режим, выполняют роль роутеров, которые ответственны за маршрутизацию сетевого трафика, выбора оптимального маршрута следования и ретрансляцию пакетов. Даже если из строя выйдет устройство, которое выступало в качестве организатора сети, ZigBee-сеть продолжит функционировать дальше. Возникновение помехи или преграды, а также выход какого-либо из роутеров из строя не является критичным за счет наличия избыточных связей. Поэтому с введением дополнительных узлов, которые имеют стационарное питание и могут выполнять задачи роутера, сеть становится надежнее.

Типовая структура сети ZigBee

Теперь остановимся на структуре самой сети ZigBee и типах устройств, которые в ней могут быть.
Типовая структура сети ZigBee

Координатор — это узел, организовавший сеть. Именно он выбирает политику безопасности сети, разрешает или запрещает подключение к сети новых устройств, а также при наличии помех в радиоэфире инициирует процесс перевода всех устройств в сети на другой частотный канал.
Роутер — это узел, который имеет стационарное питание и следовательно может постоянно участвовать в работе сети. Координатор также является роутером. На узлах этого типа лежит ответственность по маршрутизации сетевого трафика. Роутеры постоянно поддерживают специальные таблицы маршрутизации, которые используются для прокладки оптимального маршрута и поиска нового, если вдруг какое-либо устройство вышло из строя. Например, роутерами в сети ZigBee могут быть умные розетки, блоки управления осветительными приборами или любое другое устройство, которое имеет подключение к сети электропитания.
Конечное устройство — это устройство, которое подключается к сети через родительский узел – роутер или координатор – и не участвует в маршрутизации трафика. Все общение с сетью для них ограничивается передачей пакетов на «родительский» узел либо считыванием поступивших данных с него же. «Родителем» для таких устройств может быть любой роутер или координатор. Конечные устройства большую часть времени находятся в спящем режиме и отправляют управляющее или информационное сообщение обычно только по определенному событию (нажатие кнопки выключателя, открытие окна или двери). Это позволяет им долго сохранять энергию встроенного источника питания. Примером конечных устройств в сетях ZigBee могут быть беспроводные выключатели, управляющие работой светильников и работающие от батареек, датчики протечки воды, датчики открытия/закрытия дверей. Стоит сказать, что конечные устройства делятся на 3 категории, каждая из которых имеет свои особенности, но о них в следующей части.

Так как конечные устройства большую часть времени находятся в спящем режиме и просыпаются лишь для опроса родительского узла на наличие сообщений для себя, либо для передачи данных, то это позволяет экономно расходовать энергию батареечного источника питания. Опытные измерения энергопотребления для спящего конечного устройства на базе модуля ETRX357, о котором чуть позже, в различных режимах работы:

Питание для модуля подавалось через резистор R1 с номиналом 10 Ом. Два щупа осциллографа были подключены до и после резистора. После чего с помощью функции вычитания на осциллографе фиксировалось падения напряжения на резисторе. После этого, используя закон Ома , можно вычислить ток потребления. Кроме того, так как время в активном режиме фиксируется, можно найти заряд, а уж потом и затрачиваемую мощность в Джоулях.

Цикл передачи занимает 7,5 мс, потребляемая энергия при напряжении питания 3.3 В — 444,2 мкДж.
Обычная алкалиновая батарейка имеет запас мощности

10.8 кДж. Этой энергии хватит на отправку 24 миллионов таких запросов. Если спящий узел будет посылать такое сообщение раз в 10 секунд, то это будет 8640 запросов в сутки. То есть теоретически, если не учитывать старение батарейки, её энергии хватит на

В этом режиме спящее устройство опрашивает свой родительский узел на предмет наличия входящего сообщения. Если его нет, то спящий узел переходит в режим энергосбережения.

Цикл передачи занимает 3,2 мс, потребляемая энергия при напряжении питания 3.3 В — 184 мкДж.
Обычная алкалиновая батарейка имеет запас мощности

10.8 кДж. Этой энергии хватит на отправку 60 миллионов таких запросов. Если спящий узел будет посылать такой запрос раз в 10 секунд, то это будет 8640 запросов в сутки. То есть теоретически, если не учитывать старение батарейки, её энергии хватит на

Разработка стандартных ZigBee-устройств

«Отлично, – подумает читатель. – ещё один проприетарный протокол с поддержкой mesh-топологии. Этим уже никого не удивишь». Однако, альянсом ZigBee за все те годы, что существует технология ZigBee, была проведена большая работа по стандартизации не только сетевого уровня, но и уровня приложения разрабатываемых устройств[2]. Имеется большая библиотека кластеров ZigBee (ZCL), описывающая свыше 200 устройств, таких как выключатели, блоки управления освещением, интерфейс для подключения датчиков, счетчиков и многое другое[3]. И для некоторых типов систем (системы домашней автоматизации, системы сбора показаний со счетчиков и др.) разработаны специальные профили, в которые входит целый набор стандартных устройств. Они позволяют беспроводным узлам различных производителей понимать друг друга на уровне приложения. Стандартный профиль описывает стандартные команды и поведения конкретного устройства, например, блока управления системой климат-контроля или блока управления светильником.

Пример того, как может быть реализована система управления освещением с использованием стандартной библиотеки кластеров. Подробности мы разберем в другой раз, а сейчас достаточно понять следующее:

В библиотеке кластеров указывается, какие атрибуты и команды являются обязательными для тех или иных устройств, а какие опциональными. Это позволяет реализовать стандартный интерфейс взаимодействия между ZigBee-устройствами.

С чего начать?

Радиомодуль

Для быстрого старта, когда нет желания или возможности разбираться с программным стеком ZigBee, стоит обратить внимание на модули ETRX357. Все модули имеют встроенную прошивку от производителя, которая позволяет работать с аналоговой и цифровой периферией, а также с сетевыми функциями, с помощью набора AT-команд. Для начала работы с радиомодулем достаточно подключить линии питания и линии TxD и RxD последовательного интерфейса UART.

В стандартную прошивку входит также ряд функций, которые могут вызываться по прерыванию от порта ввода/вывода, таймера/счетчика или при определенных событиях – подключение к сети или инициализация радиомодуля. Пример доступных функций:

Пару слов о «прозрачном канале». При переходе в данный режим вся информация, поступающая по интерфейсу UART на радиомодуль транслируется на интерфейс UART другого радиомодуля. Данный канал является двунаправленным, а также наследует преимущества технологии ZigBee – при наличии роутеров в сети не будет происходить потери данных в таком канале связи так как все пакеты «прозрачного канала» будут в случае необходимости автоматически ретранслироваться. За счет этого можно организовать канал связи с предельной дальностью в несколько километров.

Программная реализация стека ZigBee

Если стандартных возможностей прошивки не хватает, то можно использовать реализацию программного стека ZigBee от компании Silicon Labs – Ember ZNet PRO. Так как модули выполнены на базе микросхемы EM357, то переход от стандартной прошивки к разработке собственного приложения потребует лишь приобретение программатора-отладчика ISA3 с помощью которого можно делать как внутрисхемную отладку устройства, так и отлаживать приложение на сетевом уровне.
Справа на рисунке показан пример того, как отображаются данные о пути следования пакета и его расшифровка.

Для упрощения процесса создания приложения предоставляется компоновщик приложений, который для выбранной конфигурации ZigBee-устройства генерирует каркас приложения и создает функции, в которых разработчик должен дописать требуемую логику приложения.
Все утилиты входят в программный пакет Simplicity Studio, куда также входит демонстрационная версия стека Ember ZNet PRO. Поэтому можно прямо сейчас скачать и посмотреть как это работает.

После того, как вы скачали и установили пакет Simplicity Studio, проверьте, установлено ли Wireless-расширение.

Нас интересует пакет Wireless Products

Выберите утилиту Application Builder

Далее выбираем фреймворк. Для ZigBee-приложений это будет ZCL Application Framework v2. Важно: необходимо установить галочку для отображения демонстрационных встроенных стеков.

Выбираем Internal Stack

После этого можно начать работать либо с пустым приложением, либо выбрать из списка готовых приложений какое-нибудь и изучить его структуру.

После того, как вы скачали и установили пакет Simplicity Studio, проверьте, установлено ли Wireless-расширение.

Нас интересует пакет Wireless Products

После этого можно зайти в утилиту Network Analyzer и выбрать любую доступную демонстрационную запись сетевой активности.

Результат

Заключение

Надеюсь, что эта статья помогла понять основные особенности беспроводной технологии ZigBee и вы сможете прикинуть в каких приложениях можно её использовать. Сама технология является полностью открытой и все её спецификации доступны для скачивания с сайта альянса ZigBee. А стандартная библиотека кластеров – это настоящий язык взаимодействия между устройствами, которые окружают нас каждый день: устройства домашней автоматизации, системы безопасности, сенсорное оборудование и многое другое.
Если у вас возникнут вопросы, присылайте их мне на почту или пишите в комментариях.

Источник