Jste zde

ZigBee moduly a nástroje MeshNetics se představují

Antonín Vojáček, 4. Březen 2009 - 21:50

I když bezdrátová ZigBee či ZigBee PRO komunikace založená na standardu IEEE802.15.4 stále vzbuzuje mnoha lidech nedůvěru, postupem času si pomalu, ale jiště razí svojí cestu trhem. Nabízí totiž vlastnosti, které dohromady nemohou poskytnout ani WiFi ani Bluetooth (dnes již velké sítě, bezdrátová komunikace mezi libovolnými jednotkami, snadné nebo automatické rozšíření sítě, nízká spotřeba, velký dosah a další). Díky pražské společnosti Macroweil si můžete zakoupit moduly, kity i sofware Meshnetics a využít kompletní podpory pro ZigBee a ZigBee PRO komunikaci.

MeshNetics vyrábí bezdrátové vysoce výkonné moduly ZigBee (IEEE802.15.4) s nejlepším dosahem ve své třídě, nejdelší výdrží na baterie a s nejmenšími rozměry. MeshNetics však nevytváří jen hardware, ale také vše co je potřeba pro kompletní integraci bezdrátových modulů do konkrétních aplikací. Počínaje vývojovými nástroji (hardware i software), softwarem pro vytvoření sítě, technickou podporou a pomocí s návrhem konče. Tato kombinace produktů a služeb urychluje čas potřebný pro uvedení produktu na trh a také podstatně snižuje celkové náklady.

Produkty společnosti MeshNetics jsou používány pro tvorbu spolehlivých, samo se opravujících bezdrátových sítí v oborech jako jsou automatizace budov, řízení efektivity, HVAC, AMR, prediktivní údržba, sledování majetku a v dalších oblastech. Veškerý software pro tvorbu sítí s produkty MeshNetics je navíc dostupný zdarma. MeshNetics, jako poskytovatel technologií, velice úzce spolupracuje se svými partnery Atmel, Texim Europe, BOX telematice, ZigBee Aliance a OPC Foundation na jejichž produktech (MCU a RF obvody) staví své portfolio.

ZigBee moduly ZigBit™

ZigBit jsou nízkopříkonové, vysoce citlivé ZigBee moduly s rozměry menšími než půl čtverečného palce (standard 802.15.4, 2.4GHz), které obsahují velké množství funkcí. Jsou založeny na transceiverech společnosti Atmel, které jsou v průmyslových oblastech považovány za jedny z nejlepších. ZigBit tímto kombinuje výjimečné radiové parametry s vlastní jednoduchou integrovatelností.

Moduly ZigBit vynikají zejména svým velmi nízkým příkonem v režimu spánku, který činní pouhých 6µA, dlouhým dosahem (až 100 m v zástavbě, více jak 1 km venku s externí anténou bez zesílení), velmi malými rozměry (18.8 x 13.5 x 2.8mm) a potřebným softwarem zdarma (eZeeNet ZigBee stack, SerialNet AT commands, OpenMAC open source MAC layer). Zákazník má možnost vybrat si modul dle antény (jsou dostupné dvě verze). A velikým plusem je také jednotné centrum technické podpory, jak pro dotazy týkající se hardwaru (návrh, vývoj atd.), tak pro dotazy týkající se softwaru.

Tabulka základních vlastností všech ZigBee modulů Meshnetics

ZigBit modul se symetrickým RF výstupem

ZigBit modul se symetrickým RF výstupem je postavený na velice MCU ATmega 1281v a RF transceiveru Atmel AT86RF230. Díky tomu nabízí ve své třídě nejlepší citlivost. Dále poskytuje symetrický výstup s vysokou citlivostí – 104dB, široký rozsah podporovaných rozhraní s referenčními softwarovými řadiči, vysokou odolnost proti radiovému rušení a 802.15.4 / ZigBee stack s vyspělými funkcemi (automatické sesíťování a opravy).

ZigBit modul s dvojitou anténou na čipu

Tento modul se zásadním způsobem od předchozího neliší, pouze je vybaven dvojitou anténou připájenou na čipu. Obvodu MCU i radiové části zůstávají nadále totožné. Jediný rozdíl se nachází ve velikosti modulu, který anténami trochu narostl na celkovou hodnotu 13.5mm x 24mm. Jinak všechny ostatní parametry zůstávají stejné včetně podporovaných rozhraní.

ZigBit Amp modul

Ani tento modul se zásadním způsobem neliší od svých dvou kolegů, nicméně byl vybaven anténním zesilovačem,
díky čemuž se rapidně zvýšil celkový dosah modulu. Základní vlastnosti tohoto modulu jsou:

Venkovní dosah – přes 4km (nejlepší ve své třídě)
Velmi nízká spotřeba proudu v režimu spánku - 10µA
Malé rozměry - 38.0mm x 13.5mm x 2.0mm
Anténní konektor U.FL
Maximální výstupní výkon - +20dBm (nastavitelný od -2dB)
Napájecí napětí: 3.0V až 3.6V
Spotřeba proudu při příjmu: 23mA
Spotřeba proudu při vysílání: 50 mA

Podporované aplikační stacky

ZigBit moduly jsou schopné pracovat se třemi základními stacky dostupnými na webu Meshnetics:

BitCloud ZigBee PRO certifikovaný stack - vyvinutý speciálně pro jednoduché využívání ZigBee sítí ve spolupráci se senzory, při řízení, monitoringu a v aplikacích pro sběr dat. Podporuje topologie MESH a STROM (TREE) sítě.

EZeeNet stack - robustní Softwarový stack IEE802.15.4/ZigBee odpovídá specifikaci ZigBee, který byl vytvořen pro snadné použití ve snímacích, řídících, monitorovacích a data-sběrných aplikacích. Podporuje topologie MESH a STROM (TREE).

SerialNet – je používán k programování modulů prostřednictvím sériové linky a AT příkazů. Emuluje standardní BitCloud, takže vývojář nemusí pro jeho úpravy zasahovat do programové paměti MCU.

Open Mac – je open source implementací MAC vrstvy IEEE 802.15.4 od Meshnetics. Tento stack je určen primárně pro studijní účely a „zábavu“. Každý z uvedených stacků má svá specifika a však jako za hlavní stack pro aplikace lze považovat BitCloud ZigBee PRO.

BitCloud ZigBee PRO

BitCloud je softwarový stack pro vestavěné aplikace. Poskytuje základ pro spolehlivé, rozšířitelné a zabezpečené bezdrátové aplikace běžící na HW od fy Meshnetics. Je určen primárně pro automatizace v domácnosti, komerčních budovách, sledování pohybu zboží, a průmyslovou automatizaci.

BitCloud využívá možnosti ZigBee PRO, přitom však zůstává plně kompatibilní se standardním ZigBee protokolem pro snímače a řízení. Poskytuje rozšířenou sadu API, které zaručují 100% shodu se standardy a přitom nabízí rozšířené možnosti pro zainteresované vývojáře a usnadňují práci pro ty, jež s touto technologií začínají.
Stack je standardně dodáván jako software development kit (SDK) a obsahuje vše co je nutné pro úpravy a plné využívání. Mezi klíčové vlastnosti patří:

Podpora ZigBee PRO.
Easy-to-use C API a podpora AT příkazů.
Spolehlivý přenos prostřednictvím MESH sítí.
Podpora velkých sítí (až 100 zařízení).
Optimalizace pro nízkou spotřebud (5-15 při bat. provozu).
Možnost upgradovat software „vzduchem“.
Flexibilní a jednoduché vývojové nástroje.
Podpora expertů na ZigBee PRO.

Programování modulů

Výrobce nabízí dvě možnosti jak moduly programovat. Jednou z nich je využití JTAG, což nebudeme dělat. Druhou je programování přes sériovou linku prostřednictvím bootloaderu. Tuto možnost využijeme. K přehrání SW v modulech ZigBit AMP slouží konzolová aplikace Bootloader.exe.

WSN Monitor

Wireless Sensor Network Monitor společnosti MeshNetics zobrazuje topologii sítě, data získaná od jednotlivých senzorů a kvalitu signálu z jednotlivých nodů (bezdrátové body). Dále automaticky generuje diagram síťové struktury jakmile je rozpoznán a přidán do sítě další node. Všechny připojené nody jsou pravidelně kontrolovány a data jsou průběžně vypisovány na obrazovku PC. WSN Monitor obsahuje i XML Framework pro snadnou a rychlou úpravu uživatelského rozhraní a zobrazení naměřených veličin. Ukázková aplikace ukazuje řešení monitoringu budovy, které v reálném čase zachycuje a zobrazuje hodnoty teploty a světla získaných od bezdrátových senzorů. Zároveň umožňuje vzdálednou konfiguraci sítě z Vaše PC.

Wireless Sensor Network Monitor společnosti MeshNetics je výborný nástroj pro správu ZigBee PRO sítě i pro získání informací pro její další rozšiřování

ZigBit Development Kit

ZigBit™ Development Kit (ZDK) je jednoduchý přesto však velmi výkonný nástroj, který umožňuje navrhovat a testovat bezdrátové senzorové sítě s velmi malými náklady. S tímto vývojovým kitem můžete vyvíjet zcela nová zařízení, schopná prosadit se na dnešním trhu s bezdrátovou konektivitou, vytvářet vaše vlastní i ojedinělé embedded aplikace pomocí eZeeNet API Kit tak obsahuje vše potřebné pro prototypizaci a vývoj aplikací založených na platformě ZigBit.

Z hardwarového pohledu ZDK mimo jiné obsahuje 3 vývojové desky MeshBean s nasazenými ZigBit OEM moduly s různými typy antén. Z pohledu softwarové podpory je možné počítat s open source HAL poskytující plnou podporu programování a integraci čidel rů zných výrobců, intuitivním vývojové prostředí od společnosti Atmel, ovladači a API pro UART, I2C, ADC a 1-Wire, eZeeNet API plně odpovídá standardu ANSI C99, programovacím softwarem SerialNet a vizualizačním softwarem WSN Monitor.

S vývojovými kity lze snadno vyzkoušet a navrhnout ZigBee komunikaci

Závěr

Co říct závěrem? Snad to hlavní, tedy kde v České republice snadno zde popsané ZigBee moduly objednat. Společnosti Meshnetics a mnoho dalších společností v ČR zastupuje a výrobky prodává pražská společnost Macroweil, která je oficiálním partnerem Meshneticsu, a kterou lze kontaktovat prostřednictvím kontaktů uvedených na jejích webových stránkách www.macroweil.cz. Více technických informací a v tomto článku zmíněný software naleznete na stránkách výrobce www.meshnetics.com. Též mnoho teoretických i praktických informací o ZigBee také naleznete na stránkách HW serveru www.hw.cz nebo http://automatizace.hw.cz.