Módulo Zig Bee:uma visão do dispositivo sem fio

Você precisa de uma estrutura de modelo de rede flexível que seja menos complexa que o Bluetooth e tenha uma longa duração da bateria? Como alternativa, você está procurando um dispositivo de destino que suporte muitos nós com fácil instalação? Então, ajudaria se você tivesse um módulo de abelha Zig.

Como funciona? Este artigo fornecerá uma análise abrangente do dispositivo. Assim, você aprenderá o que é, o protocolo, como funciona o módulo sem fio, etc.

Vamos começar!

O que é um módulo Zigbee?

Como os módulos Zigbee são para dispositivos vinculados à IoT de dados rasos, os transmissores sem fio de malha baixa são executados em sistemas Zigbee IEEE 802.15.4. Este módulo sem fio utiliza bandas de frequência ocultas como 2,4 GHz, 900 MHz e 868 MHz. Além disso, é adequado para dispositivos operados por bateria.

Mas isso não é tudo. Você pode conectar até 65.000 nós em uma rede. E funciona perfeitamente bem com DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum Modulation).

Graças à sua baixa latência, este protocolo executa criptografia AES de 128 bits.

Desde seu lançamento no início do novo milênio, ele recebeu várias atualizações. Portanto, o Zigbee 3.0 é a versão mais recente do módulo Zigbee.

O que você deve saber sobre um módulo USB Zigbee?

O módulo USB Zigbee compartilha muitas semelhanças com o único USB comum utilizado para armazenar um conjunto de informações ou dados. Mas isso não é tudo.

Este dongle USB exclusivo pode facilmente fazer o handshake de outros dispositivos Zigbee ao seu redor, enviando um fluxo de informações através da conexão Zigbee sem fio.

Além disso, funciona com uma banda estável de 2,4 GHz (ISM). E o módulo USB Zigbee possui um padrão WPAN de IEEE 802. Este dongle USB também usa um módulo transceptor RF para executar modulações DSSS.

O dongle USB Zigbee funciona como sensor/coordenador de rede e dispositivo roteador. Em outras palavras, você pode facilmente adicioná-lo a um sistema de rede Zigbee.

O que torna o protocolo Zigbee único?

As camadas de protocolo do Zigbee estão em aliança com os modelos de referência OSI (open system interconnect) e ISO (international standard organization). O Zigbee executa apenas sistemas de rede sem fio estritamente de baixo nível de dados e baixa potência de saída das sete camadas fornecidas pelo OSI e ISO.

Claro, MAC e PHY são as camadas de baixo ISO e OSI que funcionam perfeitamente com protocolos Zigbee, que rodam em IEEE 802.15.4. Além disso, existem recursos de segurança exclusivos incorporados nessas duas camadas.

Abaixo está um sistema padrão que executa todas as camadas de uma malha de modelo de rede Zigbee:

Malha de rede Zigbee

Fonte da imagem:Sciencedirect

Como conectar o módulo Zigbee ao Arduino

A melhor maneira de conectar seu módulo Zigbee com um Arduino é identificar primeiro a série de Zigbee que você está usando. Usaremos um módulo Zigbee da série um para este artigo porque é a opção mais preferida para iniciantes.

Primeiro, você precisa perceber que pode fazer com que os módulos Zigbee se abracem se forem do mesmo modelo.

Etapas

Portanto, para conectar dois modelos Zigbee semelhantes a um Arduino, siga estas etapas:

Etapa 1

Junte o primeiro módulo à placa Arduino e o segundo a um PC, microcontrolador ou sensor. Depois de fazer isso, configure ambos os módulos Zigbee.

Aqui estão os passos necessários para configurar os módulos Zigbee:

• Primeiro, use um adaptador serial para unir os dois módulos Zigbee a uma porta serial do PC.
• Em seguida, baixe o aplicativo PuTTy se você usa o sistema operacional Windows ou obtém um terminal virtual.
• Depois, confirme se você instalou os módulos Zigbee corretamente na porta serial do seu PC com as configurações de taxa de transmissão em 8 bits de dados, um bit de parada, sem paridade e 9.600.
• Em seguida, selecione a caixa de eco local e "pressione OK".
• Depois, economize o tempo da sessão.
• Em seguida, no painel do terminal virtual, procure o botão conectar e clique.
• A próxima coisa a fazer é nomear a sessão depois de conectar com os módulos Zigbee.
• Neste estágio, sua conexão com os módulos Zigbee está concluída.
• Depois, você pode configurar os módulos utilizando os comandos AT.

Etapa 2 

Aqui, é pertinente lembrar que seus módulos devem ter entre 3,3 a 5 volts. Felizmente, o Adaptador Adafruit XBee vem com ambas as voltagens. Mas se você não conseguir o adaptador, terá que se contentar com uma fonte de alimentação diferente.

Conexão do Arduino ao módulo Zigbee

Etapa 3

Na imagem acima, podemos ver os terminais RX e TX do Arduino e Zigbee se unindo.

Etapa 4 

Após a conexão bem-sucedida, o Arduino envia código de instruções ou mensagens para o primeiro módulo Zigbee. Então, o segundo Zigbee recebe um conjunto de instruções do primeiro Zigbee, pois eles compartilham um endereço de rede semelhante e se conectam na configuração.

Etapa 5

Em seguida, o segundo Zigbee reenvia as instruções do primeiro Zigbee para o Arduino através dos pinos seriais conectados.

Etapa 6

Abaixo está a linha de código a ser digitada após conectar com sucesso o Arduino aos Módulos via comunicação serial de pinos:

Como fazer a interface do módulo ZigBee com o Raspberry Pi

Você pode conectar um Raspberry Pi com dois módulos Zigbee mesclados.

Materiais e componentes necessários

• Framboesa Pi 4
• Antena de fio Zigbee 1mW - Série um (2)
• Dongle Zigbee Explorer (2)

Etapas

1. Primeiro, emparelhe os dois Zigbee Raspberry Pi 4 com taxas de transmissão semelhantes usando o software X-CTU.

2. Em seguida, junte os dois Zigbee aos dongles USB e mescle uma porta USB ao Raspberry Pi.

3. Em seguida, conecte outra porta USB a um PC.

4. Depois, instale o driver FTDI em seu PC para obter comunicação USB.

5. Em seguida, construa a taxa de transmissão e o Hyperterminal antes de escolher a porta de correlação para a comunicação do dispositivo conectado.

Aplicativos 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 do módulo Zigbee:como criar uma ponte Zigbee

Materiais necessários

• Um dispositivo especial Zigbee (como lâmpadas Osram, Philips Hue, interruptores Belkin etc.)
• Dongle adaptador USB compatível com Zigbee (como CC2531)
• Framboesa Pi
• Aplicativo Zigbee2mqtt

Etapas

1. Primeiro, execute o aplicativo Zigbee2mqtt porque o ornitorrinco o usa no back-end para se comunicar com o dongle USB. Você pode seguir as instruções no site sobre como começar a usar seu sistema operacional e verificar os dispositivos compatíveis.

2. Após instalar o MQTT em seu dispositivo local, verifique se seu sistema possui um servidor em execução. Se você estiver usando Raspbian, Ubuntu ou Debian e quiser mudar para Mosquitto, você pode usar o código abaixo:

Captura de tela do código 1

3. Em seguida, digite este código abaixo para instalar o zigbee2mqtt

Captura de tela do código 2

4. Em seguida, crie um serviço de sistema digitando as próximas linhas de código abaixo.

Captura de tela do código 3

5. Depois de esfregar a linha de códigos acima, você notará o arquivo de configuração zigbee2mqtt. Geralmente tem uma opção permit_join.

Portanto, você pode definir esta configuração como “TRUE” ao conectar os dispositivos Zigbee no estágio inicial. Em seguida, altere a configuração para “FALSE” para impedir que o dispositivo especial entre na rede por erro. Curiosamente, é algo que você pode mudar a qualquer momento.

6. Assim que você emparelhar com sucesso seu dispositivo especial Zigbee a uma nova rede, verifique se está executando em “permit_join”. Você pode conseguir isso quando fizer uma redefinição de fábrica no seu dispositivo. E a abordagem funciona estritamente no dispositivo vinculado que você está usando. Você pode fazer algumas redefinições como as luzes Philip Hue no aplicativo. Ou você pode clicar nos botões do interruptor do sistema dimmer e mantê-lo pressionado por no mínimo 10 segundos. Outros dispositivos Zigbee podem vir com o botão de reset, mas tudo ainda depende da marca com a qual você está trabalhando, como mencionado anteriormente.

7. Depois de terminar de executar a configuração com todos os dispositivos Zigbee conectados à rede mesh, você começará a ver logs como este:

Captura de tela do código 4

8. Em seguida, por meio das extensões MQTT e HTTP, use o Zigbee para executar o Platypus e o Redis

Captura de tela do código 5

9. Modifique o seguinte arquivo de código:

Ao fazer isso, você estará autorizando HTTPS e Zigbee a funcionar.

Captura de tela do código 6

10. Em seguida, comece a executar o ornitorrinco ou inicie o serviço do sistema abrindo o host ou IP (IP Zigbee) em um novo navegador. É aí que você poderá manipular e fazer algumas alterações em sua rede.

11. Finalmente, comunique as solicitações por meio da API padrão usando um código Python, HTTP ou o servidor ornitorrinco configurado.

Captura de tela do código 7

Captura de tela do código 8

Captura de tela do código 9

Perguntas frequentes

Por que o ZigBee é melhor que o Bluetooth?

Em termos de cobertura de uma ampla gama, o Zigbee é melhor que o Bluetooth. Mas quando se trata de transferência de dados, o Bluetooth é mais rápido que o Zigbee.

O ZigBee é um módulo Wi-Fi?

Não, não é. Em vez disso, o Zigbee é baseado em WPAN, uma tecnologia diferente do módulo Wi-Fi.

Por que os módulos ZigBee são tão caros?

O preço do módulo Zigbee depende de vários parâmetros. Mas você pode esperar obtê-lo por US $ 2 a US $ 14,7 por módulo. Além disso, eles geralmente são caros porque têm um grande volume de memória e um protocolo computacionalmente intenso.

O Raspberry Pi tem Zigbee?

Não, não. Mas um RaspBee ajuda a transformar um Raspberry Pi em um gateway Zigbee universal devido ao seu formato pequeno que se encaixa na maioria das caixas Pi padrão.

Como uso o Zigbee no Raspberry Pi?

Primeiro, você precisa conectar dois ZigBee conectando um à porta USB de um laptop. Então, o segundo deve estar relacionado à porta USB do Raspberry Pi2.

Um Raspberry Pi pode ser um hub Zigbee?

Sim, é possível. E isso porque o Zigbee é compatível com o Raspberry Pi.

Palavras finais

O módulo Zigbee é um dispositivo que você deve considerar se planeja transmitir dados a uma longa distância para alcançar os mais distantes. E eles geralmente têm aplicativos de baixa taxa de dados que precisam de redes seguras e bateria de longa duração.

Então, você deseja obter este módulo como uma ferramenta de automação? Ou talvez, você tem dúvidas sobre este tema? Então, não hesite em contactar-nos.