12

Все ZigBee-совместимые платформы включают в себя радиоустройства стандарта IEEE 802.15.4 и ZigBee-стек всех уровней, вплоть до уровня приложения. Эти средства доступны в виде микросхем и модулей. Число ZigBee-отладочных комплектов превысило 10 тыс.

Лидер на рынке продукции стандарта 802.15.4 для OEM – компания MaxStream (США), выпускающая радиомодули и конструктивно законченные модемы на диапазон частот 800 МГц–2,4 ГГц. По состоянию на октябрь 2005 года MaxStream занимал 92 место в списке TOP-500 наиболее быстрорастущих компаний США.

Сегодня наиболее перспективными считаются модули серии Xbee24. Эти модули, построенные на базе приемопередатчика MC13193 и микроконтроллера MC9HCS08 фирмы Freescale, пригодны для построения сетей стандарта 802.15.4/ZigBee. Главная их особенность – легкость в эксплуатации благодаря простому и понятному интерфейсу АТ-команд. Список поддерживаемых команд можно разделить на несколько групп:

• управление режимами сна;

• настройка канала передачи данных;

• взаимодействие с периферией (АЦП, GPIO);

• работа с сетью (ассоциации/дизассоциации и др.).

Все изменения, внесенные во время работы модуля, можно сохранять в энергонезависимой памяти.

Радиомодуль XBee™ представляет собой малогабаритный законченный модуль приемопередатчика диапазона 2,4 ГГц. Предназначен для передачи данных на расстояние до 1200 метров на открытом пространстве (версия PRO). Конструктивно модуль выполнен в виде печатной платы 24х27 мм с интегрированной антенной и 20 выводами, расположенными по краям платы

4. Управление обменом данных (flow control)

Внутренняя структура модуля представлена на рис. 6. Когда последовательные данные поступают в модуль по линии DI, они сохраняются во внутреннем буфере (DI Buffer) до момента передачи в эфир. Передача в эфир откладывается, если, например, в данный момент идет прием RF данных. Если приемный буфер заполнен, то в действие вступает программный или аппаратный (линия CTS) контроль передачи данных. Можно полностью отказаться от контроля передачи данных, если понизить скорость до значения, когда данные по радиоканалу будут передаваться быстрее, чем будет заполняться приемный буфер.

Переполнение буфера может возникнуть, если модуль принимает по радиоканалу длительный по времени непрерывный поток данных. В этом случае, после заполнения буфера, остальные данные, передаваемые по линии DI, будут потеряны.

Принимаемые из радиоканала данные сохраняются в приемном буфере (DO buffer) и одновременно передаются во внешний микроконтроллер. После заполнения приемного буфера новые приходящие данные будут утеряны. Это может произойти из-за того, что скорость передачи по радиоканалу установлена больше, чем скорость обмена с внешним микроконтроллером. Переполнение буфера может также возникнуть, если микроконтроллер долгое время не «очищает» буфер, т.е. не считывает принятые данные.

5. Режимы работы модуля

Модуль может находиться в одном из 5 режимов работы

Когда нет приема или передачи данных модуль находится в холостом режиме (Idle mode). Модуль переходит в другие режимы при возникновении следующих ситуаций:

• последовательные данные поступают по линии DI (Режим Передачи – Transmit Mode);

• действительные данные были приняты по радиоканалу (Режим Приема – Receive Mode);

• через UART была получена специальная управляющая последовательность (Командный режим – command Mode).

Если модуль находится в холостом режиме некоторое время (программируемый параметр ST), то он переходит в спящий режим (Sleep Mode). В спящем режиме потребляемый ток не превышает 50 мкА. В спящий режим модуль можно также перевести принудительно, задействовав линию Sleep (выв. 9). Прием и передача информации невозможна, когда модуль переведен в спящий режим по линии Sleep. Модуль может также находиться в циклическом спящем режиме (Cyclic Sleep Mode), когда он периодически активизируется для приема или передачи данных. В зависимости от выполняемой функции модуля в рамках стандарта ZigBee (координатор или удаленное устройство) применяется различный алгоритм работы в циклическом спящем режиме.

Для изменения внутренних настроек модуля используется командный режим. В этом режиме поступающие по UART данные интерпретируются как команды. Для управления модулем создан набор специальных AT-команд. Для входа в командный режим необходимо передать предопределенную последовательность символов «+++». При этом необходимо до и после этой посылки выдержать определенную паузу.

Согласно протоколу 802.15.4 пакеты пересылаются, используя 16-ти или 64-х битную адресацию. Каждому модулю при производстве назначается уникальный 64-х битный IEEE адрес. Этот адрес можно прочитать с помощью команд SL (Serial Address Low) и SH (Serial Address High). Для отсылки радиопакета на модуль с определенным адресом необходимо задать адрес этого модуля командами DL (Destination Address Low) и DH (Destination Address High). Для передачи пакета можно также использовать 16-ти битную адресацию. В этом случае DH устанавливается равным «0х00000000».

В режиме персональной рассылки (Unicast Mode) модуль получает подтверждение доставки пакета. В этом режиме приемник посылает передатчику подтверждение (ACK – Acknowledgment) в случае, если пакет принят без ошибок. Если передатчик не получает подтверждения, он будет отсылать пакет вновь (до трех раз). Автоматические повторные отсылки пакета доступны только в режиме персональной рассылки.

Технологии IEEE802.15.4/ZigBee применяются сегодня для решения широкого круга задач. Стандартизированная беспроводная технология ZigBee изначально нацелена на следующие приложения:

• системы управления освещением (промышленные, муниципальные и домашние);

• промышленная и домашняя автоматика и управление (отопление, вентиляция и кондиционирование (ОВК), вспомогательные устройства и оборудование);

• потребительская электроника (мультимедиа/развлекательные системы, портативная электроника), бытовая техника (стиральные машины, кофеварки, кондиционеры, воздушные фильтры и т.д.);

• периферийное оборудование ПК: мышь, клавиатура, игровые приставки, джойстики;

• системы сигнализации и безопасности, аварийного оповещения, системы контроля доступа, бесконтактные ключи, датчики дыма, газа, движения, пламени, температуры, давления и т.д.;

• устройства медицинской диагностики пациента, мониторинг состояния спортсменов, биодатчики и медицинское оборудование;

• удаленные управление и контроль технологических процессов, управление движущимися аппаратами, станками, промышленным оборудованием, холодильными установками, устройствами дистанционного сбора данных, телеметрия;

• мониторинг промышленных и портовых активов, логистика;

• мониторинг систем водоснабжения, газоснабжения и теплоснабжения, системы управления и инструментального контроля электроэнергии, системы жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ);

• беспроводные устройства обмена информацией, радиомодемы, радиопередача аудиосигнала и фотоизображений;

• автомобильная электроника (системы контроля давления в шинах, противоугонные системы, системы идентификации и диагностики) и т.д.