Zig Bee-Modul:Ein Einblick in das drahtlose Gerät

Benötigen Sie eine flexible Netzwerkmodellstruktur, die weniger komplex als Bluetooth ist und eine lange Akkulaufzeit hat? Suchen Sie alternativ nach einem Zielgerät, das viele Knoten mit einfacher Installation unterstützt? Dann wäre es hilfreich, wenn Sie ein Zig-Bienen-Modul hätten.

Wie funktioniert es? In diesem Artikel erhalten Sie eine umfassende Aufschlüsselung des Geräts. Sie erfahren also, was es ist, das Protokoll, wie das Funkmodul funktioniert usw.

Fangen wir an!

Was ist ein Zigbee-Modul?

Da Zigbee-Module für IoT-gebundene Geräte mit flachen Daten gedacht sind, laufen die Low-Mesh-Funksender auf IEEE 802.15.4 Zigbee-Systemen. Dieses drahtlose Modul nutzt hinterhältige Frequenzbänder wie 2,4 GHz, 900 MHz und 868 MHz. Außerdem ist es für batteriebetriebene Geräte geeignet.

Aber das ist nicht alles. Sie können bis zu 65.000 Knoten in einem Netzwerk verbinden. Und es funktioniert perfekt mit DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum Modulation).

Dank seiner geringen Latenz führt dieses Protokoll eine 128-Bit-AES-Verschlüsselung aus.

Seit seiner Einführung zu Beginn des neuen Jahrtausends hat es mehrere Updates erhalten. Zigbee 3.0 ist also die neueste Version des Zigbee-Moduls.

Was sollten Sie über ein USB-Zigbee-Modul wissen?

Das USB-Zigbee-Modul hat viele Ähnlichkeiten mit dem normalen USB-Single, das zum Speichern einer Reihe von Informationen oder Daten verwendet wird. Aber das ist nicht alles.

Dieser einzigartige USB-Dongle kann anderen Zigbee-Geräten um ihn herum problemlos einen Handshake geben und einen Informationsstrom über die drahtlose Zigbee-Verbindung senden.

Außerdem arbeitet es mit einem stabilen 2,4-GHz-Band (ISM). Und das Zigbee-USB-Modul hat einen WPAN-Standard von IEEE 802. Dieser USB-Dongle verwendet auch ein HF-Transceiver-Modul, um DSSS-Modulationen auszuführen.

Der Zigbee-USB-Dongle dient gleichzeitig als Netzwerksensor/-koordinator und Routergerät. Mit anderen Worten, Sie können es einfach zu einem Zigbee-Netzwerksystem hinzufügen.

Was macht das Zigbee-Protokoll einzigartig?

Die Protokollschichten von Zigbee stehen in Allianz mit den Referenzmodellen OSI (Open System Interconnect) und ISO (International Standard Organization). Zigbee führt aus den sieben von OSI und ISO bereitgestellten Schichten nur drahtlose Netzwerksysteme mit streng niedriger Datenrate und niedriger Ausgangsleistung aus.

Natürlich sind MAC und PHY die niedrigen ISO- und OSI-Schichten, die perfekt mit Zigbee-Protokollen funktionieren, die auf IEEE 802.15.4 laufen. Außerdem sind in diese beiden Schichten einzigartige Sicherheitsfunktionen eingebettet.

Unten ist ein Standardsystem, das alle Schichten eines Zigbee-Netzwerkmodellnetzes ausführt:

Zigbee-Netzwerkmasche

Bildquelle:Sciencedirect

So verbinden Sie das Zigbee-Modul mit Arduino

Der beste Weg, Ihr Zigbee-Modul mit einem Arduino zu verbinden, besteht darin, zuerst die von Ihnen verwendete Zigbee-Serie zu identifizieren. Wir verwenden für diesen Artikel ein Zigbee-Modul der ersten Serie, da dies die bevorzugte Option für Neulinge ist.

Zunächst einmal müssen Sie sich darüber im Klaren sein, dass Sie Zigbee-Module dazu bringen können, sich gegenseitig einen Handshake zu geben, wenn sie vom gleichen Modell sind.

Schritte

Um also zwei ähnliche Zigbee-Modelle mit einem Arduino zu verbinden, gehen Sie folgendermaßen vor:

Schritt 1

Verbinden Sie das erste Modul mit dem Arduino-Board und das zweite mit einem PC, Mikrocontroller oder Sensor. Konfigurieren Sie danach beide Zigbee-Module.

Hier sind die Schritte, die zum Konfigurieren von Zigbee-Modulen erforderlich sind:

• Verwenden Sie zunächst einen seriellen Adapter, um die beiden Zigbee-Module mit einem seriellen PC-Port zu verbinden.
• Laden Sie als Nächstes die PuTTy-Anwendung herunter, wenn Sie das Windows-Betriebssystem verwenden, oder erhalten Sie ein virtuelles Terminal.
• Bestätigen Sie anschließend, dass Sie die Zigbee-Module ordnungsgemäß am seriellen Anschluss Ihres PCs mit den Baudrateneinstellungen von 8 Datenbits, einem Stoppbit, keiner Parität und 9.600 installiert haben.
• Wählen Sie als Nächstes die lokale Echo-Box aus und „drücken Sie OK.“
• Speichern Sie anschließend die Sitzungszeit.
• Suchen Sie dann auf dem virtuellen Terminal-Dashboard nach der Verbindungsschaltfläche und klicken Sie darauf.
• Als Nächstes müssen Sie die Sitzung benennen, nachdem Sie sich mit den Zigbee-Modulen verbunden haben.
• Zu diesem Zeitpunkt ist Ihre Verbindung zu den Zigbee-Modulen abgeschlossen.
• Dann können Sie die Module mit den AT-Befehlen konfigurieren.

Schritt 2 

Hier ist zu beachten, dass Ihre Module zwischen 3,3 und 5 Volt haben sollten. Glücklicherweise wird der Adafruit XBee Adapter mit beiden Spannungen geliefert. Aber wenn Sie den Adapter nicht bekommen können, müssen Sie sich mit einem anderen Netzteil zufrieden geben.

Arduino-Verbindung zum Zigbee-Modul

Schritt 3

Im Bild oben sehen wir, wie sich die RX- und TX-Terminals von Arduino und Zigbee verbinden.

Schritt 4 

Nach der erfolgreichen Verbindung sendet Arduino Code von Anweisungen oder Nachrichten an das erste Zigbee-Modul. Dann erhält der zweite Zigbee eine Reihe von Anweisungen vom ersten Zigbee, da sie eine ähnliche Netzwerkadresse teilen und sich beim Setup verbinden.

Schritt 5

Als nächstes sendet der zweite Zigbee die Anweisungen vom ersten Zigbee über die verbundenen seriellen Pins erneut an den Arduino.

Schritt 6

Unten ist die Codezeile, die Sie eingeben müssen, nachdem Sie das Arduino erfolgreich über die serielle Pin-Kommunikation mit den Modulen verbunden haben:

So verbinden Sie das ZigBee-Modul mit dem Raspberry Pi

Sie können einen Raspberry Pi mit zwei zusammengeführten Zigbee-Modulen verbinden.

Erforderliche Materialien und Komponenten

• Raspberry Pi 4
• Zigbee 1mW Drahtantenne - Serie eins (2)
• Zigbee Explorer-Dongle (2)

Schritte

1. Koppeln Sie zunächst die beiden Zigbee Raspberry Pi 4 mit ähnlichen Baudraten mithilfe der X-CTU-Software.

2. Verbinden Sie dann beide Zigbee mit den USB-Dongles und führen Sie einen USB-Port mit dem Raspberry Pi zusammen.

3. Verbinden Sie als Nächstes einen anderen USB-Port mit einem PC.

4. Installieren Sie anschließend den FTDI-Treiber auf Ihrem PC, um eine USB-Kommunikation zu erhalten.

5. Erstellen Sie dann die Baudrate und Hyperterminal, bevor Sie den entsprechenden Comport für die Kommunikation des angeschlossenen Geräts auswählen.

Anwendungen des Zigbee-Moduls

• Drahtlose Roboter und Fernbedienungen
• Drahtlose Netzwerkgeräte
• Hausautomation (drahtlos gesteuert)
• Drahtlos gesteuerte Temperatursensoren

Zigbee-Modul-Projekte:So erstellen Sie eine Zigbee-Bridge

Benötigte Materialien

• Ein spezielles Zigbee-Gerät (wie Osram-Glühbirnen, Philips Hue, Belkin-Schalter usw.)
• USB-Adapter-Dongle, der Zigbee unterstützt (wie CC2531)
• Himbeer-Pi
• Zigbee2mqtt-App

Schritte

1. Führen Sie zunächst die Zigbee2mqtt-App aus, da das Schnabeltier sie im Backend verwendet, um mit dem USB-Dongle zu kommunizieren. Sie können den Anweisungen auf der Website folgen, um mit Ihrem Betriebssystem zu beginnen, und sich die unterstützten Geräte ansehen.

2. Überprüfen Sie nach der Installation von MQTT auf Ihrem lokalen Gerät, ob Ihr System über einen laufenden Server verfügt. Wenn Sie Raspbian, Ubuntu oder Debian verwenden und zu Mosquitto wechseln möchten, können Sie den folgenden Code verwenden:

Code-Screenshot 1

3. Geben Sie als Nächstes diesen Code unten ein, um zigbee2mqtt

zu installieren

Code-Screenshot 2

4. Erstellen Sie anschließend einen Systemdienst, indem Sie die nächsten Codezeilen unten eingeben.

Code-Screenshot 3

5. Nachdem Sie die obige Codezeile gerieben haben, werden Sie die zigbee2mqtt-Konfigurationsdatei bemerken. Es hat normalerweise eine permission_join-Option.

Sie können dieses Konfigurations-Setup also auf „TRUE“ setzen, wenn Sie die Zigbee-Appliances in der Anfangsphase anschließen. Ändern Sie dann das Konfigurations-Setup auf „FALSE“, um zu verhindern, dass das spezielle Gerät versehentlich dem Netzwerk beitritt. Interessanterweise können Sie dies jederzeit ändern.

6. Sobald Sie Ihr spezielles Zigbee-Gerät erfolgreich mit einem neuen Netzwerk gekoppelt haben, stellen Sie sicher, dass Sie auf „permit_join“ laufen. Sie können dies erreichen, indem Sie Ihr Gerät auf die Werkseinstellungen zurücksetzen. Und der Ansatz funktioniert ausschließlich auf dem von Ihnen verwendeten gebundenen Gerät. Sie können einige Resets wie die von Philip Hue-Leuchten in der App durchführen. Oder Sie können auf die Schaltertasten des Dimmersystems klicken und diese mindestens 10 Sekunden lang gedrückt halten. Andere Zigbee-Geräte verfügen möglicherweise über eine Reset-Taste, aber wie bereits erwähnt, hängt alles immer noch von der Marke ab, mit der Sie arbeiten.

7. Nachdem Sie die Einrichtung mit allen Zigbee-Geräten abgeschlossen haben, die mit dem Mesh-Netzwerk verbunden sind, sehen Sie Protokolle wie diese:

Code-Screenshot 4

8. Verwenden Sie als Nächstes über die MQTT- und HTTP-Erweiterungen Zigbee, um Platypus und Redis auszuführen

Code-Screenshot 5

9. Ändern Sie die folgende Codedatei:

Dadurch autorisieren Sie HTTPS und Zigbee für die Arbeit.

Code-Screenshot 6

10. Beginnen Sie als Nächstes mit der Ausführung des Platypus oder starten Sie seinen Systemdienst, indem Sie die Host-oder-IP (Zigbee-IP) in einem neuen Browser öffnen. Dort können Sie Ihr Netzwerk manipulieren und einige Änderungen daran vornehmen.

11. Kommunizieren Sie schließlich Anfragen über die Standard-API mit einem Python-Code, HTTP oder dem konfigurierten Platypus-Server.

Code-Screenshot 7

Code-Screenshot 8

Code-Screenshot 9

Häufig gestellte Fragen

Warum ist ZigBee besser als Bluetooth?

Hinsichtlich der Reichweitenabdeckung ist Zigbee besser als Bluetooth. Aber wenn es um die Datenübertragung geht, ist Bluetooth schneller als Zigbee.

Ist ZigBee ein Wi-Fi-Modul?

Nein, ist es nicht. Stattdessen ist Zigbee WPAN-basiert, eine andere Technologie als das Wi-Fi-Modul.

Warum sind ZigBee-Module so teuer?

Der Preis des Zigbee-Moduls hängt von verschiedenen Parametern ab. Aber Sie können davon ausgehen, dass Sie es für 2 bis 14,7 $ pro Modul bekommen. Außerdem sind sie in der Regel teuer, da sie einen großen Speicherbedarf und ein rechenintensives Protokoll haben.

Hat Raspberry Pi Zigbee?

Nein, das tut es nicht. Aber ein RaspBee hilft, einen Raspberry Pi in ein universelles Zigbee-Gateway zu verwandeln, da es einen kleinen Formfaktor hat, der in die meisten Standard-Pi-Gehäuse passt.

Wie verwende ich Zigbee auf Raspberry Pi?

Zuerst müssen Sie zwei ZigBee anschließen, indem Sie einen an den USB-Anschluss eines Laptops anschließen. Der zweite sollte sich dann auf den USB-Port des Raspberry Pi2 beziehen.

Kann ein Raspberry Pi ein Zigbee-Hub sein?

Ja, es ist möglich. Und das liegt daran, dass Zigbee mit Raspberry Pi kompatibel ist.

Schlussworte

Das Zigbee-Modul ist ein Gerät, das Sie in Betracht ziehen sollten, wenn Sie planen, Daten über eine große Entfernung zu übertragen, um weiter entfernte zu erreichen. Und sie haben normalerweise Anwendungen mit niedriger Datenrate, die sichere Netzwerke und eine lange Akkulaufzeit erfordern.

Möchten Sie dieses Modul als Automatisierungstool erhalten? Oder haben Sie Fragen zu diesem Thema? Dann nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf.