Бездротовий розумний будинок від ZigBee – технології та устаткування

Дляросто необхідна система від від ZigBee, яка зможе не тільки приймати сигнали з пульта управління, а й самостійно виконувати якісь програми. Зазвичай така система складається з:

  • центрального контролера, в ролі якого може виступати планшет, смартфон або комп’ютер;
  • мережі, що з’єднує центральний контролер і виконавчі пристрої.

ZigBee для максимального управління розумним будинком

Прокладка дротових мереж обходиться досить дорого, тому все більшої популярності набирають бездротові мережі. Проблема в тому, що для нормального функціонування бездротової мережі необхідні або підключення до мережі 220 вольт, або дуже потужні автономні джерела живлення, або пристрої, що відрізняються мінімальним споживанням енергії. Протокол і специфікація ZigBee, в основі якого лежить стандарт IEEE 802.15.4, якраз і призначений для автономних мереж з мінімальним споживанням електроенергії. У цій специфікації є як переваги, так і недоліки, тому вона не є універсальною. У цій статті ми розповімо про:

  • протоколі і специфікації ZigBee;
  • його відмінності від аналогів;
  • його сильні і слабкі сторони;
  • пристрої, необхідні для створення мережі ZigBee.

ZigBee – опис

Перші спроби зробити «розумний дім» почалися багато десятиліть тому. Спочатку все обладнання було громіздким і неефективним, до того ж споживало дуже багато електроенергії. У міру розвитку мікроелектроніки компоненти розумного будинку ставали все менше і ефективніше, а також знижувався споживання ними електрики. Потім від провідних мереж стався перехід до бездротових, які володіли істотною перевагою – їх можна було прокладати, не псуючи обробку і дизайн приміщень.

Однак бездротові пристрої не могли довго працювати без зовнішнього джерела живлення, що істотно знижувало можливості по їх використанню. Високе енергоспоживання було наслідком величезної продуктивності, яка часто була надмірною. Тому з’явилася потреба в новому протоколі і стандарті, які б ідеально підходили для мереж нижнього рівня. Від таких мереж не вимагають високої швидкості передачі даних, адже їх завдання передавати сигнали на включення і виключення конкретних пристроїв з максимальною надійністю і мінімальним енергоспоживанням. Так і з’явився ZigBee.

Як працює ZigBee мережу

Позитивні якості ZigBee

Позитивних якостей у цього протоколу вистачає:

  • вкрай низьке енергоспоживання, через що однієї батареї АА вистачає на 2-3 роки роботи одного пристрою;
  • відносно невисока ціна (якщо порівнювати з оригінальними деталями інших стандартів);
  • висока надійність мережі і здатність до самонавчання і самовідновлення;
  • перешкодозахищеність.

ZigBee модуль

Знизити енергоспоживання вдалося за рахунок підключення функції переходу в сплячий режим і зниження максимальної швидкості передачі інформації до 250 кілобіт (кбт) в секунду, що набагато менше швидкості, яку забезпечують мережі Wi-Fi, 3G і їх аналоги. Поетом у мережі ZigBee не можна використовувати для передачі даних, що не відносяться до роботи пристроїв. Низький рівень споживання енергії пристроїв ZigBee виявляється істотним плюсом для тих мереж, які не призначені для передачі великих обсягів інформації, наприклад, охоронних сигналізацій, систем управління світлом або медіасистем з роздільним регулюванням гучності в кожній кімнаті.

У порівнянні з оригінальними пристроями інших схожих стандартів, елементи ZigBee дійсно коштують недорого, хоча і обходяться значно дорожче більшості китайських блоків. Надійність мереж ZigBee заснована на їх комірчастої структурі – в разі пошкодження одного з елементів, що залишилися маршрутизатори самостійно побудують новий шлях для проходження сигналів. Завдяки квадратурной фазової модуляції (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying або 4-PSK) і ущільнення спектру сигналу (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum) перешкодозахищеність перевершує цей параметр будь-яких інших бездротових систем.

Сенсорні панелі і координатори ZigBee

мінуси ZigBee

Незважаючи на масу позитивних якостей, у стандарту ZigBee вистачає і недоліків, головний з яких – відмінності в специфікаціях різних виробників. Тому нерідко пристрої стандарту ZigBee, випущені різними виробниками, несумісні один з одним. Винятки становлять пристрої, які позначені написом ZigBee-certified, проте їх вартість набагато вище звичайних пристроїв ZigBee. Ще один недолік пов’язаний з неможливістю використання будь-яких пристроїв стандарту ZigBee в системах спостереження. Адже мережі ZigBee не підтримують передачу даних, не пов’язаних з режимом роботи пристроїв, тому не можуть передавати ніякої сторонньої інформації.

Порівняння ZigBee і інших популярних мереж

Основні елементи мережі ZigBee

Ось основні елементи мережі і їх опис:

  • координатор;
  • маршрутизатор;
  • кінцеве пристрій.

Завданням координатора є побудова мережі, тобто включення в неї інших елементів. Саме координатор визначає, який елемент підключений до мережі, а який ні. Маршрутизатор хоч і підпорядковані координатору, але самостійно визначають оптимальний шлях для передачі інформації від координатора до кінцевого пристрою і навпаки. Тому в разі пошкодження одного маршрутизатора відбувається автоматична прокладка нового маршруту в обхід пошкодженої вузла. Кінцеві пристрої – це датчики і керують роботою виконавчих механізмів ключі (контролери). Завдяки тому, що більшу частину часу кінцеві пристрої проводять в сплячому режимі, знижується їх енергоспоживання і збільшується час роботи від однієї батареї. На відміну від кінцевих пристроїв, які отримують живлення від батарей, маршрутизатори потребують постійного підключення до мережі, адже вони споживають набагато більше енергії, ніж кінцеві пристрої і не можуть переходити в сплячий режим.

маршрутизатор ZigBee

устаткування ZigBee

Багато виробників, що входять до альянсу ZigBee, пропонують не окремі пристрої, а готові комплекти для управління тим чи іншим процесом. При цьому різні комплекти поєднуються між собою тільки коли вони виготовлені одним виробником, або по одній специфікації, про що написано на їх упаковці. Вартість обладнання залежить від:

  • виробника;
  • призначення і складності елемента (блоку);
  • місця покупки.

Вартість деталей від маловідомих китайських виробників завжди менше, ніж від лідерів цього ринку. При цьому за функціональними можливостями китайські деталі мало чим поступаються дорогим брендовими аналогам. У більшості випадків, різниця між китайськими і брендовими деталями полягає в надійності – термін служби китайських виробів менше в 1,5-3 рази.

Так виглядає маршрутизатор ZigBee без корпусу і джерела живлення

Найдешевше купувати деталі на майданчиках АліЕкспресс, ебей або їх аналоги, але там представлені тільки китайські деталі і комплекти. Надійні європейські та азіатські деталі і комплекти необхідно купувати в спеціальних магазинах, які торгують обладнанням для розумного будинку.

Ссылка на основную публикацию