Введення
 
Модулі EMBEE розроблені на базі кристалів Ember і стека EmberZNet 2.5 , що дозволяє будувати дуже складні ZigBee Mesh мережі . Основна особливість Mesh мережі полягає в тому , що вона підтримує не тільки прості топології бездротового зв'язку ( « точка- точка » і « зірка» ) , але й складні бездротові мережі з ретрансляцією і маршрутизацією повідомлень з комірчастою топологією при відносно невисокому енергоспоживанні. Області застосування нової технології - це бездротові мережі датчиків , системи автоматизації будівель , пристрої автоматичного зчитування показань лічильників , охоронні системи, системи управління в промисловості.
 
Особливості технології
 
Особливість ZigBee полягає в тому , що , на відміну від інших БТ ( бездротових технологій ) , вона призначена для реалізації не тільки простих з'єднань "точка -точка » і « зірка» , але також і складних мереж з топологіями «дерево» і « чарункова мережа» , здатних підтримувати ретрансляцію і пошук найбільш ефективного маршруту для передачі даних. Мережі ZigBee є самовиникаючі і самовідновлювальні . Завдяки вбудованому програмному забезпеченню їх влаштування при включенні живлення вміють самі «знаходити» одне одного. У разі виходу з ладу будь-якого приладу вони здатні «розшукати» нові маршрути для передачі повідомлень.

Діапазон 2.4 ГГц
 
Найбільші швидкості передачі даних і найвища стійкість проти перешкод досягаються в діапазоні 2.4 ГГц , тому більшість виробників мікросхем випускають приймачі саме для нього. Діапазон 2.4 ГГц з самого початку був виділений в багатьох країнах для використання різними технологіями розширення спектра. У ньому на окремих частотах потужність сигналу може бути порівнянна з рівнем шуму. Приймач , « застосовуючи » закон розширення спектра , може відновити вихідний сигнал. Цей закон дозволяє більш ефективно боротися з вузькосмуговими перешкодами і допускає співіснування в одному діапазоні різних бездротових технологій.
 
Формування ZigBee мережі на модулях EMBEE
 
ZigBee мережа складається з одного координатора і одного або більше роутерів та кінцевих сплячих пристроїв. ZigBee мережа формується, коли координатор вибирає канал і PAN ID (ідентифікатор мережі). Формування мережі відбувається автоматично при підключенні роутерів та кінцевих сплячих пристроїв до координатора (рис. 1 ) . За відсутності координатора підключаються пристрої очікують його поява в мережі необмежений час . У відсутності координатора будь-який з пристроїв можна переключити в режим координатора. При заміні координатора відбувається автоматичне переформування мережі (при цьому кінцеві сплячі пристрої повинні встигнути хоча б раз прокинутися , щоб виявити відсутність координатора ) . Випадають з мережі пристрої автоматично перепідключатися . Коли мережа сформована , від пристроїв всі зв'язки прокладені тільки до координатора . Координатор може звернутися до будь-якого з пристроїв або передати дані всіх пристроїв мережі ( широкомовлення ) .
Коли роутер або оконечное спляче пристрій приєднуються до мережі , йому присвоюється 16 - розрядний адресу ( MY ) . При перепідключенні пристроїв ці адреси можуть змінюватися. Тому передача даних у мережі прив'язана до строковим ідентифікаторам ( NI ) , які користувач привласнює пристроям. Координатор завжди має нульовий 16 - розрядний адресу і не має строкового ідентифікатора. Так само кожен модуль має свій унікальний фіксований 64 - розрядний ідентифікатор ( SH , SL).
Кінцеві сплячі устрою завжди підключаються до роутерам , хоча всі зв'язки від кінцевих сплячих пристроїв прокладаються тільки до координатора . При цьому кінцеве спляче пристрій стає « дитиною» роутера. Передача і прийом даних в оконечное спляче пристрій завжди здійснюється через батьківський роутер .
Кінцеві сплячі пристрої можуть бути мобільними пристроями. Мобільний пристрій виконує всі ті ж функції , що і кінцеве спляче пристрій , але тільки призначене для переміщуваних об'єктів . Якщо перебігу 50 секунд мережа не виявила мобільний пристрій , вона видаляє його зі своїх таблиць . Кінцеві сплячі пристрої підтримують режим зниженого енергоспоживання і призначені для використання батарейного живлення .
За допомогою команди ND можна отримати інформацію про підключені пристроях до мережі . Для захисту мережевої інформації мережу можна формувати із застосуванням ключа KY . Таким чином , можна отримати унікальну мережу . Всі пристрої в мережі обов'язково повинні мати однакові CH (номер радіоканалу ) , ID (ідентифікатор мережі ) , KY ( ключ).

    Рисунок 1

 

координатор EMBEE
 
Координатор (AD = C) в мережі завжди один і призначений для її формування . Після перезапуску він дозволяє іншим типам пристроїв підключатися до мережі . Координатор дозволяє підключати до мережі до 65 000 пристроїв , з яких необмежену кількість роутерів , що підключаються до координатора . Він повинен бути забезпечений постійним безперервним напругою живлення . Роутер EMBEE Роутери (AD = R) завжди приєднуються до координатора або до інших роутерам і призначені для маршрутизації даних в мережі. Після перезапуску вони дозволяють підключати до себе інші роутери або кінцеві сплячі пристрою. Кожен з роутерів дозволяє підключати до себе до 6 кінцевих сплячих пристроїв. Функція автоматичної маршрутизації в роутерах дозволяє формувати мережі необмеженої довжини і необмеженого радіуса дії будь деревовидної структури . Роутер має бути забезпечений постійним безперервним напругою живлення .
 
Кінцеве спляче пристрій EMBEE
  
Кінцеві сплячі пристрої ( AD = E) завжди приєднуються до роутерам і є кінцевим пристроєм в мережі , призначеним для роботи з батарейним харчуванням. Функція зниженого енергоспоживання дозволяє використовувати пристрій тривалий час від батарейного живлення . Мобільний спляче пристрій (AD = M) виконує всі функції кінцевого сплячого пристрою, але призначено для переміщуваних об'єктів . Якщо мобільний пристрій не звернулася до мережі в перебігу 50 секунд , мережа видаляє його зі своїх таблиць .
 
області застосування
 
Бездротова технологія ZigBee призначена для використання в системах збору даних і управління . Вона володіє малим енергоспоживанням , надійністю передачі даних і захисту інформації , сумісна з пристроями різних виробників. EMBEE модулі застосовуються в різних областях ( рис. 2 ) .

 

 

 Рисунок 2

 

Загальні характеристики модуля
 
Інтелектуальний модуль EMBEE надає розробникам наступні зручності в роботі :
• автоматичне формування Mesh мережі (координатор → всіх пристроїв , координатор → пристрій, пристрій → координатор ) ;
• автоматичне переформування мережі при заміні координатора ( таке завдання може взяти на себе будь роутер ) ;
• автоматичне перепідключення випадають з мережі пристроїв;
• підтримка всіляких типів пристроїв :
• координатор ;
• роутер ;
• спляче пристрій;
• мобільний пристрій ( переміщуване спляче пристрій);
• підтримка кожним з роутерів до 6 сплячих (мобільних пристроїв);
• отримання інформації про підключені пристроях в мережі;
• можливість отримання відлуння від будь-кого від пристроїв;
• невеликі габаритні розміри ;
• АТ і АРI командні режими для конфігурування параметрів модуля і передачі даних. Загальні характеристики модуля EMBEE надані в табл. 1 .

Таблиця 1.  Характеристики модуля EMBЕЕ
Параметр	EMBEE
Продуктивність
Дальність зв’язку в приміщенні, в місті	до 100 м
Дальність зв'язку на відкритій місцевості	до 1800 м
Потужність, що передається, max (встановлюється програмно)	100 мВт (20 dBm)
Швидкість передачі мережі	250 Kб/с
Швидкість передачі даних користувача в Mesh мережі	4 800 бит/с
Швидкість послідовного інтерфейсу ( встановлюється програмно )	1200 –38400 бит/с
чутливість приймача	–91 dBm (втрата 1 % пакетів)
Енергетичні вимоги
напруга живлення
Ток передачі (в імпульсі 3 мс.) (Рвых=100мВт)	165мА±10%  (3.3 В)
Ток очікування / прийому (усереднений ) (Рвых=100мВт)	60мА±10%   (3.3 В)
Ток виключення	1 мкA
Загальні
Діапазон частот	2400-2438 МГц
Розміри мм	24,00 х 47,60
Діапазон температур	від –40 °С до 85 °С
Тип антени EMB-250-100СI-002	Інтегрована на платі , керамічна SMD
Тип антени EMB-250-100UI-003	UFL роз'єм для підключення зовнішньої антени
Мережеві можливості та безпека
Топології, що підтримуються	Mesh мережа (координатор -> всім пристроям, координатор -> пристрій, пристрій -> координатор)
Вид модуляції	O-QPSK
Кількість каналів	16
Кількість адрес в мережі	65000
Типи адресації	По ідентифікатору мережі (PAN ID) (з 128-бітным паролем), каналу и строковому ідентифікатору

 

Практична реалізація
 
Після формування мережі або підключення до мережі кожен з модулів EMBEE перемикається в режим передачі даних. Необхідно тільки попередньо конфігурувати модулі , привласнити тип пристрою , встановити параметри мережі і привласнити модулю строковий ідентифікатор ( NI ) . Для конфігурації модуля його необхідно перемкнути в командний режим , використовуючи 3 - символьну командну послідовність «+ + + ».
У режимі передачі даних модуль може працювати в прозорому режимі передачі даних і в режимі API. У прозорому режимі дані, що надходять на висновок UART nDIN відправляються адресату ( строковому ідентифікатору) , встановленому в параметрі DN . Цей параметр повинен відповідати строковому ідентифікатору NI одержувача . На висновок UART nDOUT надходять вхідні дані від одержувача . На відміну від прозорого режиму , в режимі API в пакеті даних додається строковий ідентифікатор одержувача DN і повертається статус доставки даних (OK , ERROR ) . Таким чином, в режимі API додаток хоста може посилати пакети даних на модуль , що містять адресу і корисну інформацію , замість використання командного режиму.
Так само в режимі API доступні режими віддаленої запису і читання зовнішніх пристроїв модуля:
• 12 портів введення -виведення ;
• 8 каналів 10 - розрядного АЦП;
• 2 ШІМ ( Широтно- імпульсних модулятора ) .
У режимі API можна переключити модуль в режим автоматичного виведення підключених цифрових і аналогових входів на віддалений модуль . На віддалений модуль інформація може приходити на UART в форматі API або в режимі віртуального відображення відображатися на вихідних висновках віддаленого модуля. При цьому параметр IR задає частоту виведення , а параметр IU визначає висновок на UART або на порти виводу. Призначення висновків модуля EMBEE надано в табл. 2 .

Таблица 2.  Призначення виводів для модуля EMBEE ( сигнали, передані низьким рівнем , підкреслені )
№ вывода	Название	Направ­ление	Описание
1	VCC	–	Живлення (3.3 В)
2	nDOUT	Вихід	Вихід послідовних даних UART
3	nDIN	Вхід	Вхід послідовних даних UART
4	DIO8/NW_READY	Вхід/Вихід	Цифровий порт 8, готовність мережі і передачі даних
5	RESET	Вхід	Зкидання модуля
6	PWM0/RSSI	Вхід / Вихід	Цифровой порт 10, вихід ШИМ канала 0 або індикація сили сигнала, що приймається
7	PWM1	Вхід / Вихід	Цифровой порт 11, вихід ШИМ канала 1
8	DIO9	Вхід / Вихід	Цифровий порт 9
9	SLEEP_RQ	Вхід	Контроль режиму сну
10	GND	–	Загальний
11	AD4/DIO4	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 4 або цифровий порт 4
12	AD7/DIO7/CTS	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 7, цифровий порт 7 або сигнал CTS контроля передачі даних послідовного порту
13	nSLEEP_OUT	Вихід	Індикатор статуса режиму сну модуля
14	VREF	Вхід	Опорна напруга для АЦП
15	AD5/DIO5	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 5 або цифровий порт 5
16	AD6/DIO6	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 6 або цифровий порт 6
17	AD3/DIO3	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 3 або цифровий порт 3
18	AD2/DIO2	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 2 або цифровий порт 2
19	AD1/DIO1	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 1 або цифровий порт 1
20	AD0/DIO0	Вхід / Вихід	Аналоговий вхід 0 або цифровий порт 0

Командний режим і формат AT команд

 
Щоб змінювати або читати параметри модуля , він повинен спочатку перейти в командний режим - стан , в якому надходять символи інтерпретуються як команди. Для переходу в командний режим необхідно видати 3 - символьну послідовність «+ + + ». Після видачі « OK » модуль переходить в командний режим. Якщо час між символами послідовності «+ + + » перевищує час, встановлений в параметрі GT ( за замовчуванням секунда ) , послідовність сприймається як дані . Символи командної послідовності можна змінити за допомогою команди CC.
Кожна АТ- команда представляє собою текстовий рядок , яка починається символами «АТ ». Далі слід код команди , пробіл , параметр команди і символи « повернення каретки » ( , код 0x0D ) , « переклад рядка » ( , код 0x0A ) (табл. 3 ) . Наприклад , команда , яка зраджує номер радіоканалу на « 0x10 » виглядатиме так : ATCH 10 . Для збереження змінених параметрів модуля в незалежній пам'яті використовується команда запису WR (Write ) . Якщо не подати команду WR , то після виключення і повторного подання харчування будуть відновлені попередні значення параметрів . Кожна подається команда спочатку розпізнається модулем і потім виконується. У разі успішного виконання модуль видасть рядок « ОК » по лінії DO. Якщо команду не вдалося виконати , повідомлення « ERROR » надходить у зовнішній мікроконтролер. Модуль виходить з командного режиму по команді « ATCN ». У командному режимі всі символи можна вводити як у верхньому , так і в нижньому регістрі клавіатури . Відповідає модуль числовими значеннями шістнадцятирічного і десяткового обчислення верхнього регістру і символьними значеннями нижнього регістру.
У табл. 3 - 6 наведені приклади програмування модуля.
 

Таблица 3. Конфігурування координатора
АТ-команда, що відправляється	Відповідь модуля
+++	OK (Ввійшли в командний режим)
ATAD C	OK (Встановити тип пристрою — координатор)
ATCH 10	OK (Змінити значенння CH (номер канала) на 0x10)
ATID 2222	OK (Установити ідентифікатор мережі — 0x2222)
ATKY 1234567890	OK (Установити ключ — 0x1234567890)
ATWR	OK (записати в енергозалежну пам’ять)
ATFR	OK (Перезапустити модуль)
Таблиця 4. Конфігурування роутера
АТ-команда, що відправляється	Відповідь модуля
+++	OK (Ввійшли в команднй режим)
ATAD R	OK (Установити тип пристрою — роутер)
ATCH 10	OK (Змінити значення CH на 0x10)
ATID 2222	OK (Установити ідентифікатор мережі — 0x2222)
ATKY 1234567890	OK (Установити ключ — 0x1234567890)
ATNI router1	OK (Присвоїти строковий ідентифікатор — router1)
ATWR	OK (записати в енергонзалежну пам’ять)
ATFR	OK (Перезапустити модуль)

 

Таблиця 5. Передача даних від координатора роутеру (прозорий режим AP = 0)
Команда, що відправляється/дані	Відповідь модуля
	OK (Готовність мережі)
+++	OK (Ввійшли в командний режим)
ATDN router1	OK (Установити вузол призначення — router1)
ATCN	OK (Вийти із командного режима)
12345	(Послідовність 12345 видається в роутер)
Таблиця 6. Передача даних від координатора роутеру (API режим AP = 1)
Команда, що відправляється/дані	Відповідь модуля
	OK (Готовність мережі)
+++	OK (Ввійшли в командний режим)
ATAP 1	OK (Включити API режим)
ATRO 1000	OK (Установити затримку видачі пакета 4 сек)
ATCN	OK (Вийти із командного режима)
router112345	(Через 4 с. послідовність 12345 видається в роутер) OK — норма ERROR — помилка

                                                 
Рисунок 3
 
 
Налагоджувальні засоби
 
Для відпрацювання технічних рішень розробникам надається отладочная плата EMBEE -T ( рис. 3 ) . UART модуля EMBEE за допомогою такої плати можна підключити до персонального комп'ютера через RS- 232 або USB. При підключенні через RS- 232 на плату необхідно подати постійну напругу живлення 5-25 В. Усі висновки модуля виведені на тестовий роз'єм для відпрацювання технічних рішень. На платі так само присутні додаткові кнопки і світлодіоди для управління і відображення портів введення -виведення . Конфігурування модуля і передачу даних можна реалізувати за допомогою будь-якого терміналу , що працює в операційній системі Windows.
Для відпрацювання технічних рішень та отримання мережевої інформації про кожному пристрої користувачам надається тестове програмне забезпечення «EMBEE Radio Sniffer» (рис. 4 ) . Програма « EMBEE Radio Sniffer » дозволяє:
· Підключати до радіомодему , зчитувати і змінювати основні параметри мережі .
· Швидко налаштовувати модем , використовуючи файл з мережевими настройками ( для підготовки радіомодема для роботи у вже існуючій мережі).
· Скидати налаштування радіомодема до стандартних значень.
· Має вбудований термінал для роботи за допомогою АТ - команд.
· Режим « Sniffer » необхідний для обстеження об'єкта. Дозволяє перевіряти рівень і якість радіосигналу в реальних умовах.
 
" Sniffer " - Цей режим призначений для перемикання роутера в режим сніфферу і для перемикання координатора в режим постійного автовивода з 15 с. інтервалом .
· Роутер .
Після включення режиму сніфферу кнопка приймає позначення "Stop" . При повторному натисканні режим сніфферу буде відключений . При запуску сніфферу у вікнах графіків " RSSI " , " LQI " відображаються рівні потужності ( RSSI ) і якості ( LQI ) мережі відповідно.
Для параметра RSSI значення -90 дБм приймає мінімальне значення , а -25 дБм максимальне значення потужності.
Для параметра LQI значення 255 приймає найкращу якість сигналу ( без втрат) і 0 приймає найгірше значення сигналу ( максимальне число втрат).
 
· Координатор.
Режим автовивода в координатора необхідний для відображення сніффером потужності
( RSSI ) і якості ( LQI ) прийнятого сигналу з постійним 15 с. інтервалом .
При відключеному режимі автовивода координатор звертається до мережі перші 5 хвилин після включення живлення з періодом 15 сек , після чого період змінюється на 1 хвилину .
При натисканні на кнопку " Sniffer " при відключеному режимі автовивода видається запит на включення режиму - " Mode Auto off . Switch on ? " . "Yes" включає режим , " No" скасовує включення . При натисканні на кнопку " Sniffer " при включеному режимі автовивода видається запит на вимикання режиму - " Mode Auto on . Switch off ? " . "Yes " відключає режим , " No" скасовує відключення .

                                                                            

Рисунок 4

 
 Купити продукцію компанії EMBEE можна у нас. Менеджер напрямку Василь Козлов , контакти:

vk@rcscomponents.kiev.ua
тел. : +38-044-220-01-72

  Надрукувати поточну сторінку