Panimula sa zigbee: arkitektura, network at sa mga utos

Karaniwan maraming mga tao ang nalilito sa dalawang term na XBee at ZigBee, karamihan sa kanila ay ginagamit itong palitan. Ngunit hindi talaga ito ang kaso; Ang ZigBee ay karaniwang protocol para sa wireless networking. Habang ang XBee ay isang produkto na sumusuporta sa iba't ibang mga wireless na komunikasyon sa protokol, kabilang ang ZigBee, Wi-Fi (Wi-Fly module), 802.15.4, 868 MHz module atbp Dito higit sa lahat nakatuon kami sa Xbee / Xbee-PRO ZB RF module na binubuo ng ZigBee firmware.

Isipin lamang ang isang calculator sa computer, kung saan isinasagawa ang mga kumplikadong kalkulasyon sa interface ng user friendly. Ang gawain ay naging napakahirap at nakakapagod kung ang hardware lamang ang magagamit. Kaya, sa pinakamataas na antas, ang pagkakaroon ng software ay ginagawang madali ang proseso ng paglutas ng problema. Ang buong proseso ay nahahati sa mga layer ng software ng aktwal na hardware na tinatawag ng mas mataas na antas.

Ginagamit pa namin ang konsepto ng mga layer sa aming pang-araw-araw na buhay. Halimbawa, ang pagpapadala ng courier / sulat sa bahay ng iyong kaibigan, nagpapadala ng email mula sa isang punto ng mundo patungo sa isa pa. Katulad nito, ang karamihan sa mga modernong network protocol ay gumagamit pa ng isang konsepto ng mga layer upang paghiwalayin ang magkakaibang mga bahagi ng software sa mga independiyenteng modyul na maaaring tipunin sa iba't ibang paraan. Maaaring kailanganin ng isa na madumihan ang kanyang mga kamay para sa pagkuha ng malalim na pag-unawa sa arkitektura ng Xbee, ngunit gagawin naming napaka-simple ng mga bagay para sa iyo.

Magsimula tayo sa ilang pangunahing mga termino tulad ng pagruruta, pag-iwas sa banggaan, at pagkilala. Para sa pag-unawa sa unang termino dumaan lamang sa pangalan nito, "ruta" na nangangahulugang subaybayan o kilalanin ang landas. Sa networking, ang ibig sabihin ng pagruruta ay upang magbigay ng direksyon sa data mula sa pinagmulang node patungo sa patutunguhan na node. Kapag ang dalawang mga node sa network ay nagtatangkang magpadala nang sabay-sabay, lumilikha ng isang sitwasyon na tinatawag na banggaan. Kaya, sa pangkalahatan ang diskarte ng Carrier Sense Maramihang Pag-access na may banggaan ng Pag-iwas (CSMA / CA) upang maiwasan ang pagbangga maaari mong malaman ang higit pa tungkol sa CSMA gamit ang link na ito. Karaniwan sa mga ito ang mga node ay nagsasalita sa parehong paraan ng pag-uusap ng tao; dagli nilang sinusuri upang makita na walang nagsasalita bago sila magsimulang magpadala ng data.

Tuwing matagumpay na natanggap ng tatanggap ang naihatid na data, kinikilala nito ang transmiter. Ang daloy ng data ay hindi dapat pahintulutang magapi ang radyo ng tatanggap. Anumang tumatanggap ng radyo ay may isang limitadong bilis kung saan maaari itong maproseso ang papasok na data at isang limitadong halaga ng memorya kung saan maiimbak ang papasok na data.

ZigBee Architecture:

Mayroong pangunahing apat na mga layer na magagamit sa ZigBee stack na kung saan ay pisikal na layer, Media access layer, Network layer at application layer.

Tinutukoy ng layer ng application ang iba't ibang mga tumutugon sa mga bagay kabilang ang mga profile, kumpol, at mga endpoint. Maaari mong makita ang mga layer ng stack ng ZigBee sa figure sa itaas.

Network layer: Nagdaragdag ito ng mga kakayahan sa pagruruta na nagpapahintulot sa mga packet ng data ng RF na dumaan sa maraming mga aparato (maraming "hop") upang mag-ruta ng data mula sa mapagkukunan patungo sa patutunguhan (peer to peer).

Pinangangasiwaan ng MAC layer ang mga transaksyon sa data ng RF sa pagitan ng mga kalapit na aparato (point to point). Kasama sa MAC ang mga serbisyo tulad ng muling pagsubok sa paghahatid at pamamahala ng pagkilala at diskarte sa pag-iwas sa banggaan.

Pisikal na layer: Tinutukoy nito kung paano nakakonekta ang mga aparato upang makagawa ng isang network; tinutukoy nito ang output power, bilang ng mga channel at rate ng paghahatid. Karamihan sa mga application ng ZigBee ay nagpapatakbo sa 2.4 GHz ISM band sa isang rate ng data ng 250bps.

Karamihan sa mga pamilyang XBee ay may control control, I / O, A / D at mga linya ng tagapagpahiwatig na itinayo kung saan maaaring mai-configure gamit ang naaangkop na mga utos. Ang mga sample ng analog ay ibinalik bilang mga halagang 10-bit. Ang pagbasa ng analog ay na-scale tulad ng 0x0000 na kumakatawan sa 0V, at 0x3FF = 1.2V. (Ang mga analog na input sa module ay hindi maaaring higit sa 1.2V)

Upang mai-convert ang A / D na pagbasa sa mV, gawin ang sumusunod:

AD (mV) = (A / D na pagbabasa * 1200mV) / 1023

Paghahatid ng Data sa ZigBee

Maaari kang tumawag sa isang network bilang kombinasyon ng software at hardware na may kakayahang magpadala ng data mula sa isang lokasyon patungo sa isa pa. Responsable ang hardware para sa pagdala ng mga signal mula sa isang punto ng network patungo sa isa pa. Ang software ay binubuo ng mga set ng pagtuturo na ginagawang posible na gumana tulad ng inaasahan namin.

Pangkalahatan ang paghahatid ng data ng mga ZigBee packet ay maaaring gawin sa dalawang paraan: unicast at broadcast.

Paghahatid sa Broadcast:

Sa simpleng salitang Broadcast ay nangangahulugang ang impormasyon / programa na naihatid ng radyo o TV. Sa madaling salita ang mga pagpapadala ng broadcast ay ipinadala sa marami o lahat ng mga aparato sa network. Ang mga paghahatid sa broadcast na may ZigBee na protokol ay naipalaganap sa buong network na ang lahat ng mga node ay tumatanggap ng paghahatid. Upang magawa ito, ang coordinator at lahat ng mga router na makakatanggap ng isang paghahatid sa pag-broadcast ay muling magpapadala sa packet ng tatlong beses.

Unicast Transmission:

Ang mga unicast na pagpapadala sa data ng ruta ng ZigBee mula sa isang mapagkukunang aparato patungo sa isa pang patutunguhang aparato. Ang patutunguhang aparato ay maaaring isang agarang kapitbahay ng pinagmulang aparato, o maaari itong magkaroon ng maraming mga hop sa pagitan ng paraan. Ang isang halimbawa ay ipinakita sa ibaba sa mekanismo ng pagpapaliwanag ng pigura para sa pagkilala sa pagiging maaasahan ng link na bi-directional na link.

Mga pangunahing kaalaman sa network para sa mga router ng Xbee at Coordinator

Upang maabot ang bahay ng iyong kaibigan, ano ang kailangan mo? Kailangan mo lang ang kanyang address. Katulad nito, para sa pagpapadala ng data mula sa isang module na Xbee patungo sa iba pa, kailangan mo ng natatanging address. Tulad ng sa mga tao, ang Xbee ay mayroong maraming mga address, bawat isa ay may isang partikular na papel sa networking. Mayroong dalawang uri ng mga address Static address (64-bit address) at Dynamic address (16-bit address).

Mga Address:

Ang 64-bit na address ay natatangi sa buong mundo; ito ay firmed sa loob ng Xbee module ng tagagawa. Walang ibang radio ng ZigBee sa mundo ang magkakaroon ng parehong static address, sa likod ng bawat module ng xbee maaari mong makita ang address na ito tulad ng ipinakita sa ibaba, at kapansin-pansin ang mas mataas na bahagi ng address na "0013A200" ay pareho para sa bawat module ng xbee.

Ang isang aparato ay tumatanggap ng isang 16-bit na address na dapat ay natatanging lokal, kapag sumali ito sa isang ZigBee network. Ang 16-bit na address na 0x0000 ay nakalaan para sa coordinator. Ang lahat ng iba pang mga aparato ay nakakatanggap ng isang random na nabuong address mula sa router o coordinator device na nagbibigay-daan sa pagsali. Ang 16-bit na address ay maaaring magbago kapag ang dalawang mga aparato ay natagpuan na magkaroon ng parehong 16-bit address o ang isang aparato ay umalis sa network at sa paglaon ay sumali (maaari itong makatanggap ng ibang address).

Node Identifier:

Ito ay palaging mas madali para sa ating utak na matandaan ang mga string sa halip na numero. Samakatuwid, ang bawat module ng Xbee sa isang network ay maaaring italaga sa isang node identifier. Ang identifier ng node ay itinakda ng mga character na hal na mga string na maaaring maging higit na palakaibigan na tao na paraan ng pagtugon sa isang node sa isang network.

Mga Personal na Area Network:

Ang network na binuo ng mga modyul na Xbee na ito ay tinatawag na personal area network o PANs. Ang bawat network ay tinukoy sa isang natatanging identifier ng PAN (PAN ID). Karaniwan ang identifier na ito sa lahat ng mga aparato ng parehong network. Sinusuportahan ng ZigBee ang parehong isang 64-bit at isang 16-bit PAN ID. Ang parehong mga PAN address ay ginagamit upang makilala ang isang network na natatangi. Ang mga aparato sa parehong network ng ZigBee ay dapat magbahagi ng parehong 64-bit at 16-bit na PAN ID. Kung maraming mga network ng ZigBee ang tumatakbo sa loob ng saklaw ng bawat isa, dapat magkaroon ng natatanging mga PAN ID ang bawat isa.

Ang 16-bit PAN ID ay ginagamit upang tugunan ang layer ng MAC sa lahat ng mga paghahatid ng data ng RF sa pagitan ng mga aparato sa isang network. Ngunit, dahil sa limitadong espasyo sa pagtugon ng 16-bit PAN ID (65,535 mga posibilidad), maaaring may pagkakataon na maraming mga network ng ZigBee (sa loob ng saklaw ng bawat isa) ay maaaring magkaroon ng parehong 16-bit PAN ID. Upang malutas ang mga salungatan na ito, lumikha ang ZigBee Alliance ng isang 64-bit PAN ID. Tinutukoy ng ZigBee ang tatlong magkakaibang uri ng aparato: coordinator, router, at end device.

Ang isang coordinator ay palaging kinakailangan sa bawat network para sa singilin ng pag-set up ng network. Kaya, hindi ito makatulog. Responsable din ito sa pagpili ng isang channel at PAN ID (parehong 64-bit at 16-bit) upang simulan ang network. Maaari nitong payagan ang mga router at wakasan ang mga aparato na sumali sa network. Maaari itong makatulong sa pagruruta ng data sa isang network.

Maaaring may maraming mga router sa isang network. Ang isang router ay maaaring makakuha ng mga signal mula sa iba pang mga router / EP (Mga End point). Hindi rin ito makatulog. Dapat itong sumali sa isang Zigbee PAN bago ito makapagpadala, makatanggap, o mag-ruta ng data. Pagkatapos sumali, maaari nitong payagan ang mga router at wakasan ang mga aparato na sumali sa network. Matapos sumali, maaari rin itong makatulong sa pagruruta ng data. Maaari nitong buffer ang mga RF data packet para sa mga pagtulog na aparato.

Maaaring may maramihang mga End Points din. Maaari itong pumunta sa mode ng pagtulog upang makatipid ng kuryente. Dapat itong sumali sa isang ZigBee PAN bago ito makapagpadala o makatanggap ng data at hindi rin nito pinapayagan ang mga aparato na sumali sa network. Ito ay nakasalalay sa magulang para sa paghahatid / pagtanggap ng data.

Dahil ang end device ay maaaring pumunta sa mode ng pagtulog, ang magulang na aparato ay dapat na mag-buffer o hawakan ang mga papasok na data packet hanggang sa magising ang end device at matanggap ang mga packet ng data.

Iba't ibang Topology sa Network sa ZigBee

Ang topology sa network ay tumutukoy sa paraan kung saan dinisenyo ang network. Dito, ang topolohiya ay isang representasyong geometriko ng ugnayan ng lahat ng mga link at mga aparatong nagli-link (Coordinator, Router at End na mga aparato) sa bawat isa.

Narito mayroon kaming apat na pangunahing topology mesh, star, hybrid at puno.

Sa Mesh Topology, ang bawat node ay konektado sa bawat isa node asahan ang end aparato dahil ang mga end na aparato ay hindi direktang makipag-usap. Upang paganahin ang simpleng komunikasyon sa pagitan ng dalawang mga radio ng ZB, kakailanganin mong i-configure ang isa sa firmware ng coordinator, at isa sa router o endpoint firmware. Pangunahing bentahe ng Mesh network ay kung ang isa sa mga link ay hindi magagamit, hindi nito maaakma ang buong system.

Sa isang topology ng bituin, ang bawat aparato ay may nakalaang koneksyon sa point-to-point na koneksyon sa isang gitnang tagakontrol (Coordinator). Ang lahat ng mga aparato ay hindi direktang naka-link sa bawat isa. Hindi tulad ng isang topology ng mesh, sa star topology ang isang aparato ay hindi maaaring magpadala ng anumang direkta sa ibang aparato. Ang coordinator o hub ay naroroon para sa palitan: Kung nais ng isang aparato na magpadala ng data sa isa pa, ipinapadala nito ang data sa coordinator, na karagdagang nagpapadala ng data sa patutunguhang aparato.

Ang hybrid network ay ang mga network na naglalaman ng dalawa o higit pang mga uri ng pamantayan sa komunikasyon. Dito, ang hybrid network ay kombinasyon ng star at tree network, ilang mga end na aparato ang nakakonekta nang direkta sa coordinator node at iba pang mga end device ay nangangailangan ng tulong ng parent node upang matanggap ang data.

Sa Tree network, ang mga router ay bumubuo ng gulugod at pagtatapos ng mga aparato sa pangkalahatan ay naipon sa paligid ng bawat router. Hindi ito gaanong kaiba mula sa isang pagsasaayos ng mesh maliban sa ang katunayan na may mga router ay hindi magkakaugnay maaari mong mailarawan ang mga network na ito gamit ang ipinakita sa itaas.

Xbee firmware

Ang module na XBee Programmable ay nilagyan ng isang Libreng scale application processor. Ang application processor na ito ay may kasamang isang ibinigay na boot loader. Ang XBee ZV firmware na ito ay batay sa Embernet 3.xx ZigBee-PRO stack, ang XBee-Znet 2.5 na mga module ay maaaring ma-upgrade sa pagpapaandar na ito. Maaari mong suriin ang firmware gamit ang ATVR utos na tatalakayin namin sa ibang pagkakataon sa kabanata. Ang mga numero ng bersyon ng XBee ay magkakaroon ng 4 makabuluhang mga digit. Ang isang numero ng bersyon ay maaari ding makita gamit ang ATVR utos. Ang tugon ay nagbabalik ng 3 o 4 na mga numero. Ang lahat ng mga numero ay hexadecimal at maaaring magkaroon ng saklaw mula 0-0xF. Ang isang bersyon ay naiulat bilang "ABCD". Ang Digits ABC ang pangunahing numero ng paglabas at ang D ay ang numero ng rebisyon mula sa pangunahing paglabas. Ang tinalakay ng API sa kabanata 4 at mga utos ng AT ay halos pareho para sa Znet 2.5 at ZB firmware.

Sa telekomunikasyon, ang buong utos ng Hayes ay isang tiyak na wika na utos na binuo para sa Hayes modem na Smart Modem, 1981 sila ay isang serye ng mga maiikling salita upang makontrol ang paggawa ng komunikasyon sa modem at pag-set up ng isang modem na simple sa mga panahong iyon.

Gumagana din ang XBee sa mode ng pag-utos at itinakda ang AT Mga Utos na nangangahulugang Pansin, ang mga utos na ito ay maaaring maipadala sa XBee sa pamamagitan ng mga terminal na XBee at SA naka-configure na mga radio ng XBee ay mayroong dalawang mga paraan ng komunikasyon

Transparent: Ipinapasa lamang ng radyo ang impormasyong natanggap nito sa remoter radio address na na-configure nito. Ang data na ipinadala sa pamamagitan ng serial port ay natanggap ng XBee tulad nito.

Command: Ang mode na ito ay ginagamit upang makipag-usap sa radyo at i-configure ang ilang mga preconfigured mode, nakikipag-usap kami sa mga module habang nasa mga mode na ito at binago ang pagsasaayos.

Maaari mong i-type ang +++ at maghintay ng isang segundo nang hindi pinipilit ang anumang iba pang mga pindutan, ang mensahe na OK ay dapat na lumitaw bilang imahe ng terminal lamang. Sa pamamagitan ng OK, sinabi sa amin ng XBee na ginugol niya sa mode ng KOMANDAN at handa nang tumanggap ng mga mensahe sa pagsasaayos.

Mga Utos ng XBee AT:

AT (TEST): Ito ang utos ng pagsubok upang suriin kung ang module ay tumutugon sa isang OK habang ang tugon ay nagpapatunay ng pareho.

ATDH: Mataas ang Address ng Patutunguhan. Upang mai-configure ang itaas na 32 piraso ng 64-bit na patutunguhang address ng DL at pinagsamang DH ay magbibigay sa iyo ng 64 bit na address ng patutunguhan.

ATDL: Mababang Address ng Patutunguhan. Muli ito para sa pag-configure ng mas mababang 32 piraso ng 64-bit na patutunguhang address.

ATID: Binabago ng utos na ito ang PAN ID (PersThe ID ay 4 bytes ng hexadecimal at maaaring saklaw mula 0000 hanggang FFFF

ATWR: Sumulat. Sumulat ng mga halaga ng parameter sa di-pabagu-bago na memorya upang ang mga pagbabago sa parameter ay mananatili sa pamamagitan ng kasunod na pag-reset.

Tandaan: Kapag naibigay ang WR, walang karagdagang mga character ang dapat maipadala sa module hanggang

Matapos matanggap ang tugon na "OK \ r".

ATRE (Ibalik ang Mga Default): Ibalik ang mga setting ng pabrika sa module, lubhang kapaki-pakinabang kung ang module ay hindi tumutugon.

Kung nais mong matuto nang higit pa tungkol sa ZigBee Modules pagkatapos narito ang mahusay na mapagkukunan mula sa Digi.