ZigBee

Встречайте ZigBee стандарт

Существует множество беспроводных технологий в зависимости от скорости передачи информации в жилых помещениях, оптимальной работы осветительных приборов, коммерческих целях и в промышленности (например, Bluetooth , IEEE 802.11 Wi – Fi и др. системы). Каждая из них занимает весомое положение в мире беспроводной связи.

Новый протокол ZigBee является открытым стандартом для беспроводной маломощной связи  устройств, контроля и управления. Его основой является стандарт IEEE 802.15.4, который ориентирован на создание персональных пространственных сетей с небольшой пропускной способностью и определяет нижние уровни протокола, а ZigBee определяет верхние уровни протокола – сетевой и прикладной. Имеется в виду , что IEEE 802.15.4 задает физическую связь, а ZigBee – логику сети.

Новый стандарт рас с читан на решение задач управления внутри помещений, связанных с автоматизацией, безопасностью, управлением электронными приборами, компьютерной периферией, игрушками и т.п. Эти области применения определяют требования к времени работы батареи питания устройств, их надежности, автоматической или полуавтоматической настройки каждого из них, возможности простого добавления или исключения устройства из сети, распространения сигналов через стены и потолки при низкой стоимости системы.

Надежность передачи данных внутри сети очень важна для применения ZigBee . Базовый стандарт IEEE 802.15.4 обеспечивает решение данной задачи с помощью нескольких механизмов на разных уровнях. Например, стандарт предполагает использование 27 каналов в трех независимых частотных диапазонах.

Общие настройки, условия распространения, потери в канале и скорость передачи данных в этих диапазонах различны и позволяют разработчикам устройств ZigBee оптимизировать свойства создаваемых систем .

Частотный диапазон 2.4 ГГц используется во всем мире, поддерживая 16 каналов с максимальной скоростью передачи данных до 250 К бит/с. Существуют и более низкие частотные диапазоны. Например, диапазон частот 902-928 МГц используется в Америке, имеет 10 каналов и пакетную скорость передачи до 40 К бит/с. Для применения в Европе используется один канал в частотном диапазоне 868-890 МГц с пакетной скоростью передачи информации до 20 К бит/с.

Во многих приложениях невозможно обеспечить регулярность передачи данных от датчиков из-за необходимости частой замены батареи питания. Объективно время работы датчика определяется временем жизни батареи.

Изначально в основу стандарта IEEE 802.15.4 был положен принцип эффективного использования батарейного питания. Вы можете использовать одну батарею для работы устройства от нескольких месяцев до нескольких лет – как результат используемых в системе ZigBee режимов энергосбережения и сетевых технологий оптимизации использования батарейного питания – таких как выбор маркерных интервалов, гарантированных временных промежутков и опций разрешения /запрета.

Для более рационального использования батареи используется несколько наиболее распространенных видов соединений (конфигураций сети).

Большинство сетей могут быть построены по схеме «звезда», «кластерное дерево» или «многоячеечная сеть. Схема «звезда» является наиболее распространенной базовой сетевой структурой. Для больших физических сред «дерево кластеров» является хорошим способом соединения нескольких сетей типа «звезда» в одну большую сеть. Для некоторых применений лучшим способом соединений является структура «многоячейковой сети», которая позволяет использовать альтернативные пути распространения данных при восстановлении системы или при исключении из нее некоторых элементов.

Итак, подведем итоги: ZigBee и стандарт 802.15.4 формируют основу будущих беспроводных датчиков, предлагая сохранность и надежность данных, увеличение срока службы батареи, наиболее низкую стоимость системы и гибкую организацию сети. Стандарт IEEE 802.15.4/ ZigBee уже готов, а первые изделия, поддерживающие его, появились в первой половине 2004 года.

Чип СС2420 и модуль СС2420DK

CC2420 чип – приемопередатчик RF представляет собой высоко интегрированное, дешевое решение для приложений, использующих всемирную не лицензированную частоту 2.4 ГГц. CC2420DK отладочный комплект – мощный и гибкий инструмент, специально разработанный, для упрощения и ускорения процессов разработки пользователями, а также оценки производительности RF для CC2420 и контроля корректности передачи данных по одному из 16 каналов. Комплект состоит из двух CC2400EB оценочных модулей и двухCC2420EM RF модулей. CC2420EM содержит CC2420 чип и необходимые пассивные внешние компоненты. CC2420EM может использоваться отдельно при создании прототипа на базе любого микроконтроллера. CC2400EB является соединительной платой для CC2420EM модуля и обеспечивает связь с внешними УВВ. CC2400EB содержит USB порт, кнопки, светодиодную линейку, линейный/импульсный стабилизаторы напряжения, джемперы настройки модуля и соединители. Все это значительно облегчает использование CC2420 со SmartRF ® Studio и испытание различного оборудования.

Ключевые Особенности CC2420

  • Самостоятельный приемопередатчик 2.4 ГГц IEEE 802.15.4 с поддержкой MAC уровней в основной полосе частот
  • DSSS и максимальная скорость передачи данных 250 kbps
  • Поддержка RFD и FFD операций
  • Малое потребление тока ( RX : 19.7 mA , TX : 17.4 mA )
  • Встроенный регулятор напряжения и работоспособность при пониженном напряжении (2.1 – 3.6 V)
  • Поддержка низкого напряжения (1.6 – 2.0 V) с внешним регулятором напряжения
  • Программируемая выходная мощность
  • Отсутствие внешних RF переключателей/фильтров
  • Небольшое число внешних компонентов
  • 128 ( RX ) + 128 ( TX ) байтная буферизация
  • Поддержка RSSI / LQI
  • Аппаратное шифрование MAC (AES-128), (128- bit симметричный ключ)
  • Монитор батареи
  • Производится в корпусе PQFP -48, 7×7 мм
  • Для разработчиков доступны мощные и гибкие инструменты

Tmote Sky

Совместимое с IEEE 802.15.4 устройство для работы с беспроводной сетью на максимальной скорости 250kbps, оперативная память: 10 КБ, флэш-памяти: 48 КБ, внешняя флэш-память : 1 МБ.

Tmote Sky – платформа следующего поколения беспроводных устройств чрезвычайно малой мощности, большой скорости передачи данных, сетевых приложений датчиков, разработанная для следующих целей: легкой разработки и отказоустойчивости. Tmote Sky имеет большую емкость оперативной памяти (10 КБ), чем у любого предыдущего Tmote , IEEE 802.15.4, дипольную антенну, обеспечивающую передачу данных до 125 метров. Tmote Sky включает множество интегрированных периферийных устройств, включая аналого-цифровой преобразователь на 12 битов и ЦАП, Таймер, I2C-совместимость, SPI протокол, и протокол UART шины, DMA контроллер увеличивающий производительность. Tmote Sky является оптимальным решением с аппаратно защищенной внешней перепрограммируемой флэш-памятью (1МБ). Также приложения могут быть запрограммированы на Tmote Sky беспроводным способом. В случае, когда программа работает со сбоями, модуль загружает защищенный файл-образ из флэш-памяти. Tmote Sky обеспечивает удобство работы с USB протоколом для программирования, отладки и сбора данных. Разработанный с приложениями в памяти, модуль Tmote Sky – сертифицирован FCC , и может быть добавлен в существующие программные продукты.

Операционная система TinyOS поставляется совместно с Tmote Sky , и тем самым увеличивает возможности продвижения беспроводных протоколов и распространяется как open source software . Tmote Sky – часть линейки модулей, имеющих встроенные датчики, для увеличения ошибкоустойчивости при уменьшении размера и стоимости.

Tmote Sky функционально эквивалентен Moteiv’s Telos Revision B . Весь Telos Revision B код будет работать без изменений на модуле Tmote Sky.

Ключевые особенности

  • 250kbps 2.4GHz IEEE 802.15.4 беспроводный приемопередатчик ф. Chipcon
  • Функциональная совместимость с другими IEEE 802.15.4 устройствами
  • 8MHz MSP430 микроконтроллер (оперативная память – 10 КБ, 48 КБ – флэш-памяти)
  • Интегрированный АЦП, ЦАП, супервизор, и DMA контроллер
  • Встроенная дипольная антенна, обеспечивающая 50м. диапазон в закрытом помещении / 125m диапазон на открытом пространстве
  • Интегрированные датчик влажности, температуры, и датчик освещенности
  • Крайнее низкое энергопотребление
  • Быстрое пробуждение из режима ожидания (<6us)
  • Аппаратное шифрование связи и установление подлинности данных
  • Программирование и передача данных через USB
  • Расширенный 16-ти контактный разъем для поддержки других типов устройств (датчиков) и дополнительный SMA соединитель антенны

Презентация