- Kiến trúc ZigBee:
- Truyền dữ liệu trong ZigBee
- Kiến thức cơ bản về mạng cho bộ định tuyến và điều phối viên Xbee
- Cấu trúc liên kết mạng khác nhau trong ZigBee
- Phần mềm Xbee
- Lệnh XBee AT:
Nói chung nhiều người bị nhầm lẫn với hai thuật ngữ XBee và ZigBee, hầu hết họ sử dụng nó thay thế cho nhau. Nhưng đây thực sự không phải là trường hợp; ZigBee là giao thức tiêu chuẩn cho mạng không dây. Mặc dù XBee là sản phẩm hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông không dây khác nhau, bao gồm ZigBee, Wi-Fi (mô-đun Wi-Fly), mô-đun 802.15.4, 868 MHz, v.v. Ở đây chúng tôi chủ yếu tập trung vào mô-đun RF Xbee / Xbee-PRO ZB bao gồm của phần sụn ZigBee.
Chỉ cần nghĩ đến một máy tính trong máy tính, nơi các phép tính phức tạp được thực hiện với giao diện thân thiện với người dùng. Nhiệm vụ sẽ rất khó khăn và tẻ nhạt nếu chỉ có phần cứng. Vì vậy, ở cấp độ cao nhất, sự sẵn có của phần mềm giúp quá trình giải quyết vấn đề trở nên dễ dàng hơn. Toàn bộ quá trình được chia thành các lớp của phần mềm theo phần cứng thực tế được gọi bởi các cấp cao hơn.
Chúng tôi thậm chí sử dụng khái niệm lớp trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi. Ví dụ: gửi chuyển phát nhanh / thư đến nhà bạn bè của bạn, gửi email từ điểm này đến điểm khác trên thế giới. Tương tự, hầu hết các giao thức mạng hiện đại thậm chí còn sử dụng khái niệm các lớp để tách các thành phần phần mềm khác nhau thành các mô-đun độc lập có thể được lắp ráp theo những cách khác nhau. Người ta có thể phải làm dơ tay để hiểu sâu hơn về kiến trúc Xbee, nhưng chúng tôi sẽ làm cho mọi thứ trở nên rất đơn giản cho bạn.
Hãy bắt đầu với một số thuật ngữ cơ bản như định tuyến, tránh va chạm và xác nhận. Để hiểu thuật ngữ đầu tiên, chỉ cần gọi theo tên của nó, "tuyến đường" có nghĩa là theo dõi hoặc xác định con đường. Trong mạng, định tuyến có nghĩa là cung cấp hướng dữ liệu từ nút nguồn đến nút đích. Khi hai nút trong mạng cố gắng truyền đồng thời, sẽ tạo ra một tình huống gọi là xung đột. Vì vậy, nói chung là kỹ thuật Đa truy cập Nhận biết Nhà cung cấp với Kỹ thuật Tránh va chạm (CSMA / CA) để tránh va chạm, bạn có thể tìm hiểu thêm về CSMA bằng cách sử dụng liên kết này. Về cơ bản, trong đó các nút nói chuyện giống như cách trò chuyện của con người; họ kiểm tra nhanh để thấy rằng không có ai đang nói chuyện trước khi họ bắt đầu gửi dữ liệu.
Bất cứ khi nào máy thu nhận thành công dữ liệu đã truyền, nó sẽ xác nhận máy phát. Luồng dữ liệu không được phép lấn át sóng của máy thu. Bất kỳ bộ đàm nhận nào đều có tốc độ giới hạn mà nó có thể xử lý dữ liệu đến và một lượng bộ nhớ hạn chế để lưu trữ dữ liệu đến.
Kiến trúc ZigBee:
Có bốn lớp chính có sẵn trong ngăn xếp ZigBee là lớp vật lý, lớp truy cập phương tiện, lớp mạng và lớp ứng dụng.
Lớp ứng dụng xác định các đối tượng địa chỉ khác nhau bao gồm hồ sơ, cụm và điểm cuối. Bạn có thể thấy các lớp ngăn xếp ZigBee trong hình trên.
Lớp mạng: Nó bổ sung khả năng định tuyến cho phép gói dữ liệu RF đi qua nhiều thiết bị (nhiều "bước nhảy") để định tuyến dữ liệu từ nguồn đến đích (ngang hàng).
Lớp MAC quản lý các giao dịch dữ liệu RF giữa các thiết bị lân cận (điểm tới điểm). MAC bao gồm các dịch vụ như thử lại đường truyền và quản lý xác nhận và các kỹ thuật tránh va chạm.
Lớp vật lý: Nó xác định cách các thiết bị được kết nối để tạo thành mạng; nó xác định công suất đầu ra, số kênh và tốc độ truyền. Hầu hết các ứng dụng ZigBee hoạt động trên băng tần ISM 2,4 GHz với tốc độ dữ liệu 250kbps.
Hầu hết các họ XBee đều có điều khiển luồng, I / O, A / D và các đường chỉ báo được tích hợp sẵn để có thể được cấu hình bằng các lệnh thích hợp. Các mẫu tương tự được trả về dưới dạng giá trị 10 bit. Việc đọc tương tự được chia tỷ lệ sao cho 0x0000 đại diện cho 0V và 0x3FF = 1,2V. (Các đầu vào tương tự trên mô-đun không được quá 1,2V)
Để chuyển đổi số đọc A / D thành mV, hãy làm như sau:
AD (mV) = (đọc A / D * 1200mV) / 1023
Truyền dữ liệu trong ZigBee
Bạn có thể gọi mạng là sự kết hợp của phần mềm và phần cứng có khả năng gửi dữ liệu từ vị trí này đến vị trí khác. Phần cứng chịu trách nhiệm mang tín hiệu từ điểm này đến điểm khác của mạng. Phần mềm bao gồm các bộ hướng dẫn giúp nó có thể hoạt động như chúng ta mong đợi.
Nói chung, việc truyền dữ liệu bằng các gói ZigBee có thể được thực hiện theo hai cách: unicast và broadcast.
Truyền phát sóng:
Nói một cách đơn giản Broadcast có nghĩa là thông tin / chương trình được truyền qua radio hoặc TV. Nói cách khác, truyền phát quảng bá được gửi đến nhiều hoặc tất cả các thiết bị trong mạng. Truyền quảng bá với giao thức ZigBee được truyền trong toàn bộ mạng sao cho tất cả các nút đều nhận được truyền. Để thực hiện điều này, bộ điều phối và tất cả các bộ định tuyến nhận được truyền quảng bá sẽ truyền lại gói tin ba lần.
Truyền Unicast:
Truyền Unicast trong dữ liệu định tuyến ZigBee từ một thiết bị nguồn sang thiết bị đích khác. Thiết bị đích có thể là hàng xóm ngay lập tức của thiết bị nguồn hoặc có thể có một vài bước nhảy giữa đường. Một ví dụ được hiển thị bên dưới trong hình giải thích cơ chế nhận biết độ tin cậy của liên kết hai chiều.
Kiến thức cơ bản về mạng cho bộ định tuyến và điều phối viên Xbee
Để đến nhà bạn bè, bạn cần những gì? Bạn chỉ cần địa chỉ của anh ấy. Tương tự, để gửi dữ liệu từ mô-đun Xbee này sang mô-đun khác, bạn cần địa chỉ duy nhất của nó. Cũng giống như với mọi người, Xbee thậm chí có một số địa chỉ, mỗi địa chỉ có một vai trò cụ thể trong mạng. Có hai loại địa chỉ Địa chỉ tĩnh (địa chỉ 64 bit) và Địa chỉ động (địa chỉ 16 bit).
Địa chỉ:
Địa chỉ 64-bit là duy nhất trên toàn cầu; nó được nhà sản xuất cố định bên trong mô-đun Xbee. Không có đài ZigBee nào khác trên trái đất có cùng địa chỉ tĩnh đó, ở mặt sau của mỗi mô-đun xbee, bạn có thể thấy địa chỉ này như được hiển thị bên dưới, và đáng chú ý là phần cao hơn của địa chỉ “0013A200” là giống nhau đối với mọi mô-đun xbee.
Một thiết bị nhận địa chỉ 16 bit phải là địa chỉ duy nhất cục bộ khi nó tham gia vào mạng ZigBee. Địa chỉ 16 bit 0x0000 được dành riêng cho bộ điều phối. Tất cả các thiết bị khác nhận được địa chỉ được tạo ngẫu nhiên từ bộ định tuyến hoặc thiết bị điều phối cho phép tham gia. Địa chỉ 16 bit có thể thay đổi khi hai thiết bị được tìm thấy có cùng địa chỉ 16 bit hoặc một thiết bị rời khỏi mạng và sau đó tham gia (nó có thể nhận một địa chỉ khác).
Định danh nút:
Bộ não của chúng ta luôn dễ dàng ghi nhớ các chuỗi thay vì số. Do đó, mỗi mô-đun Xbee trong mạng có thể được gán với một mã định danh nút. Định danh nút là một tập hợp các ký tự tức là các chuỗi có thể là cách thân thiện hơn với con người để định địa chỉ một nút trong mạng.
Mạng Khu vực Cá nhân:
Mạng được phát triển bởi các mô-đun Xbee này được gọi là mạng khu vực cá nhân hoặc PAN. Mỗi mạng được xác định với một mã định danh PAN (PAN ID) duy nhất. Mã định danh này là chung cho tất cả các thiết bị của cùng một mạng. ZigBee hỗ trợ cả ID PAN 64 bit và 16 bit. Cả hai địa chỉ PAN đều được sử dụng để xác định một mạng duy nhất. Các thiết bị trên cùng một mạng ZigBee phải dùng chung ID PAN 64 bit và 16 bit. Nếu nhiều mạng ZigBee đang hoạt động trong phạm vi của nhau, mỗi mạng phải có ID PAN duy nhất.
ID PAN 16 bit được sử dụng để định địa chỉ lớp MAC trong tất cả các quá trình truyền dữ liệu RF giữa các thiết bị trong mạng. Tuy nhiên, do không gian địa chỉ giới hạn của ID PAN 16 bit (65.535 khả năng), có thể có nhiều mạng ZigBee (trong phạm vi của nhau) có thể có cùng ID PAN 16 bit. Để giải quyết những xung đột này, ZigBee Alliance đã tạo một ID PAN 64-bit. ZigBee định nghĩa ba loại thiết bị khác nhau: bộ điều phối, bộ định tuyến và thiết bị cuối.
Một điều phối viên luôn được yêu cầu trong mọi mạng để tính phí thiết lập mạng. Vì vậy, nó không bao giờ có thể ngủ được. Nó cũng chịu trách nhiệm chọn một kênh và PAN ID (cả 64-bit và 16-bit) để khởi động mạng. Nó có thể cho phép các bộ định tuyến và thiết bị đầu cuối tham gia vào mạng. Nó có thể hỗ trợ định tuyến dữ liệu trong mạng.
Có thể có nhiều bộ định tuyến trong một mạng. Một bộ định tuyến có thể nhận tín hiệu từ các bộ định tuyến / EP khác (Điểm cuối). Nó cũng không bao giờ ngủ được. Nó phải tham gia Zigbee PAN trước khi có thể truyền, nhận hoặc định tuyến dữ liệu. Sau khi tham gia, nó có thể cho phép các bộ định tuyến và thiết bị đầu cuối tham gia vào mạng. Sau khi tham gia, nó cũng có thể hỗ trợ định tuyến dữ liệu. Nó có thể đệm các gói dữ liệu RF cho các thiết bị đầu cuối đang ngủ.
Cũng có thể có nhiều Điểm kết thúc. Nó có thể chuyển sang chế độ ngủ để tiết kiệm điện năng. Nó phải tham gia ZigBee PAN trước khi có thể truyền hoặc nhận dữ liệu và thậm chí nó không thể cho phép các thiết bị tham gia mạng. Nó phụ thuộc vào cha mẹ để truyền / nhận dữ liệu.
Vì thiết bị cuối có thể chuyển sang chế độ ngủ, thiết bị mẹ phải đệm hoặc giữ các gói dữ liệu đến cho đến khi thiết bị cuối thức dậy và nhận gói dữ liệu.
Cấu trúc liên kết mạng khác nhau trong ZigBee
Cấu trúc liên kết mạng đề cập đến cách mạng được thiết kế. Ở đây, cấu trúc liên kết là biểu diễn hình học của mối quan hệ của tất cả các liên kết và thiết bị liên kết (Thiết bị điều phối, Bộ định tuyến và Thiết bị kết thúc) với nhau.
Ở đây chúng ta có bốn lưới cấu trúc liên kết cơ bản, ngôi sao, kết hợp và cây.
Trong cấu trúc liên kết lưới, mỗi nút được kết nối với mỗi nút khác đều mong đợi thiết bị cuối vì các thiết bị cuối không thể giao tiếp trực tiếp. Để kích hoạt giao tiếp đơn giản giữa hai bộ đàm ZB, bạn sẽ cần phải định cấu hình một bộ với phần sụn điều phối và một với bộ định tuyến hoặc phần sụn điểm cuối. Ưu điểm chính của mạng Mesh là nếu một trong các liên kết không sử dụng được, nó không làm mất khả năng của toàn bộ hệ thống.
Trong cấu trúc liên kết hình sao, mỗi thiết bị có một kết nối điểm-điểm chuyên dụng với bộ điều khiển trung tâm (Điều phối viên). Tất cả các thiết bị không được liên kết trực tiếp với nhau. Không giống như cấu trúc liên kết lưới, trong cấu trúc liên kết hình sao, một thiết bị không thể gửi trực tiếp bất cứ thứ gì đến thiết bị khác. Điều phối viên hoặc trung tâm ở đó để trao đổi: Nếu một thiết bị muốn gửi dữ liệu đến thiết bị khác, nó sẽ gửi dữ liệu đến điều phối viên, thiết bị này tiếp tục gửi dữ liệu đến thiết bị đích.
Mạng kết hợp là những mạng chứa hai hoặc nhiều loại tiêu chuẩn truyền thông. Ở đây, mạng lai là sự kết hợp của mạng hình sao và mạng cây, một số thiết bị đầu cuối được kết nối trực tiếp với nút điều phối và các thiết bị đầu cuối khác cần sự trợ giúp của nút cha để nhận dữ liệu.
Trong mạng Tree, các bộ định tuyến tạo thành xương sống và các thiết bị cuối thường được tập hợp xung quanh mỗi bộ định tuyến. Nó không khác lắm so với cấu hình mesh ngoại trừ thực tế là các bộ định tuyến không được kết nối với nhau, bạn có thể hình dung các mạng này bằng cách sử dụng hình trên.
Phần mềm Xbee
Mô-đun Lập trình XBee được trang bị một bộ xử lý ứng dụng Free scale. Bộ xử lý ứng dụng này đi kèm với một bộ tải khởi động được cung cấp. Phần sụn XBee ZV này dựa trên ngăn xếp Embernet 3.xx ZigBee-PRO, các mô-đun XBee-Znet 2.5 có thể được nâng cấp lên chức năng này. Bạn có thể kiểm tra phần sụn bằng lệnh ATVR mà chúng ta sẽ thảo luận ở phần sau của chương. Số phiên bản XBee sẽ có 4 chữ số có nghĩa. Một số phiên bản cũng có thể được nhìn thấy bằng cách sử dụng lệnh ATVR. Phản hồi trả về 3 hoặc 4 số. Tất cả các số đều là hệ thập lục phân và có thể có phạm vi từ 0-0xF. Một phiên bản được báo cáo là "ABCD". Chữ số ABC là số phát hành chính và D là số sửa đổi từ bản phát hành chính. API thảo luận trong chương 4 và các lệnh AT gần như giống nhau đối với phần sụn Znet 2.5 và ZB.
Trong viễn thông, toàn bộ lệnh Hayes là một lệnh ngôn ngữ cụ thể được phát triển cho Modem thông minh modem Hayes, 1981, chúng là một loạt các từ ngắn để điều khiển modem khiến việc giao tiếp và thiết lập modem trở nên đơn giản trong những ngày đó.
XBee cũng hoạt động trên chế độ lệnh và đã thiết lập Lệnh AT, viết tắt của ATTENTION, các lệnh này có thể được gửi đến XBee thông qua thiết bị đầu cuối XBee và bộ đàm XBee được cấu hình AT có hai chế độ giao tiếp
Trong suốt: Bộ đàm chỉ chuyển thông tin mà nó nhận được tới địa chỉ bộ đàm mà nó đã được cấu hình. Dữ liệu được gửi qua cổng nối tiếp được XBee nhận như nó vốn có.
Lệnh: Chế độ này được sử dụng để nói chuyện với radio và cấu hình một số chế độ được cấu hình sẵn, chúng tôi giao tiếp với các mô-đun khi đang ở chế độ này và thay đổi cấu hình.
Bạn có thể gõ +++ và đợi một giây mà không cần nhấn bất kỳ nút nào khác, thông báo OK sau đó sẽ xuất hiện dưới dạng hình ảnh của thiết bị đầu cuối vừa hiển thị. Bằng cách OK, XBee cho chúng tôi biết anh ấy đã sử dụng ở chế độ COMMAND và sẵn sàng nhận thông báo cấu hình.
Lệnh XBee AT:
AT (TEST): Đây là lệnh kiểm tra để kiểm tra xem mô-đun có phản hồi đồng ý hay không khi phản hồi xác nhận như vậy.
ATDH: Cao địa chỉ đích. Để cấu hình 32 bit trên của địa chỉ đích 64 bit, DL và DH kết hợp cung cấp cho bạn địa chỉ đích 64 bit.
ATDL: Địa chỉ đích Thấp. Điều này một lần nữa để định cấu hình 32 bit thấp hơn của địa chỉ đích 64 bit.
ATID: Lệnh này thay đổi PAN ID (PersThe ID là 4 byte thập lục phân và có thể nằm trong khoảng từ 0000 đến FFFF
ATWR: Viết. Ghi các giá trị tham số vào bộ nhớ không thay đổi để các sửa đổi tham số vẫn tồn tại qua các lần đặt lại tiếp theo.
Lưu ý: Khi WR được phát hành, không có ký tự bổ sung nào được gửi đến mô-đun cho đến khi
Sau khi nhận được phản hồi "OK \ r".
ATRE (Khôi phục mặc định): Khôi phục cài đặt gốc cho mô-đun, rất hữu ích nếu mô-đun không phản hồi.
Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về ZigBee Modules thì đây là tài nguyên tuyệt vời từ Digi.