Шлюзы и координаторы

Какие бывают шлюзы и другие координаторы Zigbee-сети. Как собрать, где купить и заказать

Шлюзы

Шлюзы - это устройства, которые позволяют внешним приложениям взаимодействовать с Zigbee-устройствами и сетью вцелом.

Обычно, каждый производитель Zigbee-устройств поставляет также собственный шлюз. Такой шлюз организует сеть, управляет устройствами и их подключением, а также отправляет куда-то в облака все данные с этих устройств. Всё для того, чтобы мобильное приложение тоже смогло получить эти данные и вы смогли их использовать.

Некоторые щедрые производители дают возможность подключаться к своим шлюзам локально (developer mode, не обращаясь в облако) и получать данные об устройствах внутри локальной сети. С такими шлюзами очень хорошо можно интегрироваться и именно это их свойство используют при подключении их к системам "умного дома".

В большинстве случаев, шлюзы могут обслуживать только устройства своего производителя. Поэтому, для организации сети из разнородных устройств, придётся создавать несколько различных сетей на различных шлюзах.

Универсальные Zigbee-шлюзы

Но в природе существуют и универсальные шлюзы, которые поддерживают работу с устройствами разных производителей и не шлют данные куда-то далеко, а предоставляют их локально в сети (по wifi в основном) или через USB/UART.

Все они отличаются чипами, на которых построены и подходами к реализации.

Аппаратные:

Программные:

Координаторы в виде USB "стиков"

Координатор Zigbee V2 (СС2530+CC2592)

https://modkam.ru/?p=1017

Координатор Zigbee V3 (СС2538+CC2592)

https://modkam.ru/?p=1112

Координатор Zigbee от Texas Instruments (СС2531)

http://www.ti.com/tool/CC2531EMK

Устройства на чипах TI cc253x

Что за чипы такие, в чем разница между ними и что за устройства на них делают.

Для Zigbee-устройств используют в основном 3 вида чипа компании TI:

Но на самом деле есть еще cc2630, cc2650, cc2652r. Это уже относительно новые чипы, поэтому дорогие и не проверенные.

Чипы cc253x привлекательны своей низкой ценой и имеют свою нишу в линейке чипов поддерживающих Zigbee. Именно поэтому достаточно много китайских Zigbee-устройств сделаны на этом чипе.

Сами чипы не сильно интересны. Больше интересны уже готовые модули и устройства. В модулях к чипам добавляют различные усилители, соответственно появляющиеся устройства бывают либо с усилителями, либо без.

Для работы с этими чипами есть специальный SDK (код на основе которого пишутся прошивки) - Z-Stack. В нем реализованы как функции координатора, так и функции роутера и конечного устройства. Есть несколько примеров для изучения.

Координаторы и роутеры

cc2531

Картинки по запросу cc2531Картинки по запросу ebyte cc2531

cc2531 - самый популярный вариант Zigbee-стика с подключением в USB порт. Его преимущество в том что он продается в готовом для эксплуатации виде (нужно только прошить прошивку).

Наличие USB позволяет использовать стик практически с любой системой. Выпускаемые виды стиков в основном используют антенну на плате и поэтому имеют не очень большой радиус действия 5-10м. в помещении.

В последнее время появились в продаже стики с внешней антенной.

С соответствующей прошивкой может выступать как координатором, так и роутером. Так же это популярный инструмент для изучения Zigbee сети

cc2530

Картинки по запросу cc2530Картинки по запросу cc2530Картинки по запросу cc2530Картинки по запросу cc2530

cc2530 выпускается в виде различных модулей, как с внешней, так и с внутренней антенной. Внешняя антенная дает дополнительное преимущество и увеличивает радиус действия устройства. Используются антенны для частоты 2.4GHz.

Для работы с этими модулями используется UART-соединение, либо напрямую, либо через UART TTL - USB.

С соответствующей прошивкой может выступать координатором, роутером и конечным устройством.

сс2530 + PA

Картинки по запросу cc2591 cc2530Картинки по запросу cc2591 cc2530Картинки по запросу gban cc2530Картинки по запросу gban cc2530

Для чипов cc2530 часто применяют усилители сигнала (PA, Power Amplifier) для увеличения дальности распространения сигнала (зоны покрытия) и повышения чувствительности. Обычные модули cc2530 и cc2531 работают с мощностью 4dBm, с усилителями можно достичь показателей в 20dBm.

В основном применяются 3 вида усилителей:

Все эти усилители поддерживаются Z-Stack. Программное управление этими усилителями реализуется разными способами. Поэтому при использовании таких модулей следует использовать прошивки, собранные специально для указанных усилителей.

Также, бывают случаи когда разработчик модуля отклонился от рекомендации TI по управлению усилителем и подключил усилитель к другим пинам чипа - нужна пошивка, в которой указаны соответствующие пины модуля.

Вот пример сравнительной таблицы модулей от компании EBYTE, где видно различную мощность усилителей и дальность работы (в идеальных условиях конечно):

Устройства и модули с усилителями потребляют больше энергии и поэтому при их использовании необходим более мощный блок питания!

Примеры

Усилитель RFX2401

https://ru.aliexpress.com/item/32889230764.html

Усилитель cc2592

https://ru.aliexpress.com/item/32797561046.html 

Усилитель cc2591

https://ru.aliexpress.com/item/32609313983.html

с модулем GBAN, усилитель cc2591/RFX2401

https://ru.aliexpress.com/item/4000060995530.html