Módulos Zigbee Explicados: Características, Funcionalidade e Casos de Uso

Você precisa de uma estrutura de rede flexível menos complexa que Bluetooth e com longa vida de bateria? Ou procura dispositivo de destino que suporte muitos nós com instalação fácil? Então você precisa de um módulo Zigbee.

Como funciona? Este artigo dá breakdown completo do dispositivo. Aprenderá o que é, o protocolo, como o módulo sem fio funciona, etc.

O que é um Módulo Zigbee?

Como módulos Zigbee são para dispositivos IoT de dados rasos, transmissores wireless de baixa potência em mesh rodam em sistemas IEEE 802.15.4 Zigbee. Este módulo utiliza bandas de frequência como 2,4GHz, 900 MHz e 868 MHz. Adequado para dispositivos a bateria.

Pode conectar até 65.000 nós em uma rede. Funciona bem com DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum Modulation).

Graças à baixa latência, protocolo roda criptografia AES 128-bit.

Desde lançamento no início do milênio, recebeu várias atualizações. Zigbee 3.0 é a versão mais recente.

O que Saber sobre Módulo Zigbee USB?

O módulo Zigbee USB compartilha semelhanças com USB comum para armazenar dados. Mas não é só isso.

Este dongle USB único pode facilmente handshake outros aparelhos Zigbee ao redor, enviando fluxo de informação via conexão wireless Zigbee.

Funciona com banda estável 2,4GHz (ISM). Módulo USB Zigbee tem padrão WPAN IEEE 802. Usa módulo transceiver RF para rodar modulações DSSS.

O dongle USB Zigbee duplica como sensor/coordenador de rede e dispositivo roteador. Pode facilmente adicioná-lo a um sistema de rede Zigbee.

O que Torna o Protocolo Zigbee Único?

Camadas de protocolo Zigbee alinham-se com modelos de referência OSI (open system interconnect) e ISO (international standard organization). Zigbee executa estritamente sistemas de rede wireless de baixo dado e baixa potência de saída das sete camadas OSI/ISO.

MAC e PHY são camadas baixas ISO/OSI que funcionam com protocolos Zigbee rodando em IEEE 802.15.4. Há características de segurança únicas nestas duas camadas.

[Imagem: Zigbee Network Mesh]

Fonte: Sciencedirect

Como Conectar Módulo Zigbee com Arduino

Melhor maneira de interligar Zigbee com Arduino é identificar a série do Zigbee. Usaremos série 1 por ser preferida para iniciantes.

Primeiro: módulos Zigbee fazem handshake se forem do mesmo modelo.

Passos

Passo 1

Conecte primeiro módulo à placa Arduino e segundo a PC, microcontrolador ou sensor. Configure ambos módulos Zigbee.

Passos para configurar módulos Zigbee:

• Use adaptador serial para conectar dois módulos Zigbee à porta serial do PC.
• Baixe PuTTY se Windows ou terminal virtual.
• Confirme instalação correta na porta serial do PC com baud rate: 8 bits de dados, 1 bit de parada, sem paridade, 9600.
• Selecione caixa "Local Echo" e "OK".
• Salve tempo de sessão.
• No dashboard do terminal virtual, clique botão conectar.
• Nomeie a sessão após conectar com módulos Zigbee.
• Conexão aos módulos Zigbee completa.
• Configure módulos usando comandos AT.

Passo 2

Módulos devem ter entre 3,3 a 5 volts. Adafruit XBee Adapter vem com ambas tensões. Se não conseguir adapter, use fonte diferente.

[Imagem: Conexão Arduino a módulo Zigbee]

Passo 3

Na imagem, terminais RX e TX de Arduino e Zigbee estão conectados.

Passo 4

Após conexão bem-sucedida, Arduino envia código de instruções ou mensagens ao primeiro módulo Zigbee. Segundo módulo recebe instruções do primeiro pois compartilham endereço de rede similar e conectam no setup.

Passo 5

Segundo Zigbee reenvia instruções do primeiro ao Arduino via pinos seriais conectados.

Passo 6

Linha de código para digitar após unir Arduino aos Módulos via comunicação serial:

[Imagem: Código de exemplo]

Como Interligar Módulo ZigBee ao Raspberry Pi

Pode interligar Raspberry Pi com dois módulos Zigbee mesclados.

Materiais e Componentes Necessários

• Raspberry Pi 4
• Zigbee 1mW Wire Antenna - Série 1 (2)
• Zigbee Explorer Dongle (2)

Passos

1. Pareie dois Zigbee Raspberry Pi 4 com baud rates similares usando X-CTU Software.
2. Conecte ambos Zigbee aos dongles USB e una uma porta USB ao Raspberry Pi.
3. Conecte outra porta USB a um PC.
4. Instale driver FTDI no PC para comunicação USB.
5. Configure baud rate e Hyperterminal antes de escolher porta COM correlata para comunicação do dispositivo conectado.

Aplicações do Módulo Zigbee

• Robôs e controles remotos sem fio
• Dispositivos de rede sem fio
• Automação residencial (controlada sem fio)
• Sensores de temperatura controlados sem fio

Projetos Zigbee: Como Criar uma Bridge Zigbee

Materiais Necessários

• Dispositivo Zigbee especial (lâmpadas Osram, Philips Hue, interruptores Belkin, etc.)
• Adaptador USB dongle suportando Zigbee (como CC2531)
• Raspberry Pi
• App Zigbee2mqtt

Passos

1. Execute app Zigbee2mqtt pois platypus usa no backend para comunicar com dongle USB. Siga instruções no site para começar com seu OS e ver dispositivos suportados.
2. Após instalar MQTT local, verifique se sistema tem servidor rodando. Se usando Raspbian, Ubuntu ou Debian e quer mudar para Mosquitto, use código abaixo.

[Imagem: Screenshot código 1]

3. Digite código abaixo para instalar zigbee2mqtt

[Imagem: Screenshot código 2]

4. Crie serviço de sistema digitando próximas linhas de código

[Imagem: Screenshot código 3]

5. Arquivo de configuração zigbee2mqtt terá opção permit_join

Defina config como "TRUE" ao conectar aparelhos Zigbee na fase inicial. Mude para "FALSE" para impedir dispositivo de entrar na rede por engano. Pode alterar a qualquer momento.

6. Após parear dispositivo Zigbee especial à nova rede, execute factory reset no dispositivo

Abordagem funciona estritamente no dispositivo bound. Pode resetar como Philip Hue lights no app. Ou segure botões do dimmer por mínimo 10 segundos. Outros dispositivos podem ter botão de reset, depende da marca.

7. Após finalizar setup com todos dispositivos conectados à rede mesh, verá logs como:

[Imagem: Screenshot código 4]

8. Via extensões MQTT e HTTP, use Zigbee para rodar Platypus e Redis

[Imagem: Screenshot código 5]

9. Modifique arquivo de código seguinte:

[Imagem: Screenshot código 6]

Autorizando HTTPS e Zigbee a trabalhar.

10. Inicie platypus ou seu serviço de sistema abrindo host-or-IP (IP Zigbee) em novo navegador

Onde poderá manipular e fazer mudanças na rede.

11. Comunique requisições via API padrão usando código Python, HTTP ou servidor platypus configurado

[Imagens: Screenshots códigos 7, 8, 9]

Perguntas Frequentes

Por que ZigBee é melhor que Bluetooth?

Em cobrir longa distância, Zigbee é melhor. Em transferência de dados, Bluetooth é mais rápido.

ZigBee é módulo Wi-Fi?

Não. Zigbee é baseado em WPAN, tecnologia diferente de módulo Wi-Fi.

Por que módulos ZigBee são caros?

Preço depende de parâmetros. Espere $2 a $14,7 por módulo. Caros por grande memória e protocolo computacionalmente intenso.

Raspberry Pi tem Zigbee?

Não. Mas RaspBee transforma Raspberry Pi em gateway Zigbee universal devido ao fator de forma pequeno que cabe na maioria das carcaças Pi padrão.

Como usar Zigbee no Raspberry Pi?

Conecte dois ZigBees: um na porta USB do laptop, segundo na porta USB do Raspberry Pi 2.

Raspberry Pi pode ser hub Zigbee?

Sim, é possível. Zigbee é compatível com Raspberry Pi.

Palavras Finais

Módulo Zigbee é dispositivo a considerar se planeja transmitir dados em longa distância para alcançar nós distantes. Geralmente têm aplicações de baixa taxa de dados que precisam redes seguras e longa vida de bateria.

Quer obter este módulo como ferramenta de automação? Tem dúvidas? Contate-nos.