Módulo Zig Bee:una visión del dispositivo inalámbrico

¿Necesita una estructura de modelo de red flexible que sea menos compleja que Bluetooth y tenga una batería de larga duración? Alternativamente, ¿está buscando un dispositivo de destino que admita muchos nodos con una instalación sencilla? Entonces, ayudaría si tuvieras un módulo Zig bee.

¿Como funciona? Este artículo le dará un desglose completo del dispositivo. Entonces, aprenderás qué es, el protocolo, cómo funciona el módulo inalámbrico, etc.

¡Empecemos!

¿Qué es un módulo Zigbee?

Dado que los módulos Zigbee son para dispositivos vinculados a IoT de datos poco profundos, los transmisores inalámbricos de malla baja se ejecutan en sistemas Zigbee IEEE 802.15.4. Este módulo inalámbrico utiliza bandas de frecuencia ocultas como 2,4 GHz, 900 MHz y 868 MHz. Además, es adecuado para dispositivos que funcionan con baterías.

Pero eso no es todo. Puede conectar hasta 65.000 nodos en una red. Y funciona perfectamente bien con DSSS (Modulación de espectro ensanchado de secuencia directa).

Gracias a su baja latencia, este protocolo ejecuta un cifrado AES de 128 bits.

Desde su lanzamiento a principios del nuevo milenio, ha recibido varias actualizaciones. Entonces, Zigbee 3.0 es la última versión del módulo Zigbee.

¿Qué debe saber sobre un módulo Zigbee USB?

El módulo Zigbee USB comparte muchas similitudes con el USB simple normal utilizado para almacenar un conjunto de información o datos. Pero eso no es todo.

Este dongle USB único puede comunicarse fácilmente con otros dispositivos Zigbee a su alrededor, enviando un flujo de información a través de la conexión Zigbee inalámbrica.

Además, funciona con una banda estable de 2,4 GHz (ISM). Y el módulo Zigbee USB tiene un estándar WPAN de IEEE 802. Este dongle USB también usa un módulo transceptor de RF para ejecutar modulaciones DSSS.

El dongle Zigbee USB se duplica como sensor/coordinador de red y dispositivo de enrutador. En otras palabras, puede agregarlo fácilmente a un sistema de red Zigbee.

¿Qué hace que el protocolo Zigbee sea único?

Las capas de protocolo de Zigbee están en alianza con los modelos de referencia OSI (interconexión de sistema abierto) e ISO (organización internacional de estándares). Zigbee solo ejecuta sistemas de red inalámbrica estrictamente de datos bajos y baja potencia de salida de las siete capas proporcionadas por OSI e ISO.

Por supuesto, MAC y PHY son las capas ISO y OSI bajas que funcionan perfectamente con los protocolos Zigbee, que se ejecutan en IEEE 802.15.4. Además, hay características de seguridad únicas integradas en estas dos capas.

A continuación se muestra un sistema estándar que ejecuta todas las capas de una malla de modelo de red Zigbee:

Malla de red Zigbee

Fuente de la imagen:Sciencedirect

Cómo conectar el módulo Zigbee con Arduino

La mejor manera de conectar su módulo Zigbee con un Arduino es identificando primero la serie de Zigbee que está utilizando. Usaremos un módulo Zigbee de la serie uno para este artículo porque es la opción preferida para los novatos.

En primer lugar, debe darse cuenta de que puede hacer que los módulos Zigbee se apresuren entre sí si son del mismo modelo.

Pasos

Entonces, para conectar dos modelos Zigbee similares a un Arduino, sigue estos pasos:

Paso 1

Une el primer módulo a la placa Arduino y el segundo a una PC, microcontrolador o sensor. Después de hacer esto, configure ambos módulos Zigbee.

Estos son los pasos necesarios para configurar los módulos Zigbee:

• Primero, use un adaptador serial para unir los dos módulos Zigbee a un puerto serial de PC.
• A continuación, descargue la aplicación PuTTy si utiliza el sistema operativo Windows u obtiene una terminal virtual.
• Después, confirme que instaló correctamente los módulos Zigbee en el puerto serie de su PC con la configuración de la velocidad en baudios en 8 bits de datos, un bit de parada, sin paridad y 9600.
• A continuación, seleccione el cuadro de eco local y "presione Aceptar".
• Luego, guarde el tiempo de la sesión.
• Luego, en el tablero del terminal virtual, busque el botón de conexión y haga clic.
• Lo siguiente que debe hacer es nombrar la sesión después de conectarse con los módulos Zigbee.
• En esta etapa, su conexión a los módulos Zigbee está completa.
• Luego, puede configurar los módulos utilizando los comandos AT.

Paso 2 

Aquí, es pertinente recordar que sus módulos deben tener entre 3,3 y 5 voltios. Afortunadamente, el adaptador Adafruit XBee viene con ambos voltajes. Pero si no puede obtener el adaptador, tendrá que conformarse con una fuente de alimentación diferente.

Conexión Arduino al módulo Zigbee

Paso 3

En la imagen de arriba, podemos ver que los terminales RX y TX de Arduino y Zigbee se están uniendo.

Paso 4 

Después de la conexión exitosa, Arduino envía un código de instrucciones o mensajes al primer módulo Zigbee. Luego, el segundo Zigbee recibe un conjunto de instrucciones del primer Zigbee, ya que comparten una dirección de red similar y se conectan en la configuración.

Paso 5

A continuación, el segundo Zigbee reenvía las instrucciones del primer Zigbee al Arduino a través de los pines seriales conectados.

Paso 6

A continuación se muestra la línea de código que se debe escribir después de unir con éxito el Arduino a los módulos a través de la comunicación del pin serial:

Cómo conectar el módulo ZigBee a Raspberry Pi

Puede conectar una Raspberry Pi con dos módulos Zigbee combinados.

Materiales y componentes necesarios

• Frambuesa Pi 4
• Antena de cable Zigbee de 1 mW - Serie uno (2)
• Dongle Zigbee Explorer (2)

Pasos

1. Primero, empareje los dos Zigbee Raspberry Pi 4 con velocidades de transmisión similares utilizando el software X-CTU.

2. Luego, conecte ambos Zigbee a los dongles USB y combine un puerto USB con Raspberry Pi.

3. Luego, conecte otro puerto USB a una PC.

4. Luego, instale el controlador FTDI en su PC para obtener comunicación USB.

5. Luego, cree la velocidad en baudios y el hiperterminal antes de elegir el puerto de comunicación correspondiente para la comunicación del dispositivo conectado.

Aplicaciones del Módulo Zigbee

• Robots inalámbricos y controles remotos
• Dispositivos de red inalámbrica
• Automatización de la construcción de viviendas (controlada de forma inalámbrica)
• Sensores de temperatura controlados de forma inalámbrica

Proyectos del módulo Zigbee:Cómo crear un puente Zigbee

Materiales que necesitas

• Un dispositivo especial Zigbee (como bombillas Osram, Philips Hue, interruptores Belkin, etc.)
• Dongle adaptador USB compatible con Zigbee (como CC2531)
• Frambuesa Pi
• Aplicación Zigbee2mqtt

Pasos

1. En primer lugar, ejecute la aplicación Zigbee2mqtt porque el ornitorrinco la usa en el backend para comunicarse con el dongle USB. Puede seguir las instrucciones en el sitio web sobre cómo comenzar con su sistema operativo y consultar los dispositivos compatibles.

2. Después de instalar MQTT en su dispositivo local, verifique si su sistema tiene un servidor en ejecución. Si usa Raspbian, Ubuntu o Debian y quiere cambiar a Mosquitto, puede usar el siguiente código:

Captura de pantalla del código 1

3. A continuación, escriba este código a continuación para instalar el zigbee2mqtt

Captura de pantalla del código 2

4. Luego, cree un servicio de sistema escribiendo las siguientes líneas de código a continuación.

Captura de pantalla del código 3

5. Después de frotar la línea de códigos anterior, notará el archivo de configuración zigbee2mqtt. Por lo general, tiene una opción permit_join.

Por lo tanto, puede establecer esta configuración en "VERDADERO" al conectar los dispositivos Zigbee en la etapa inicial. Luego, cambie la configuración a "FALSO" para evitar que el dispositivo especial se una a la red por error. Curiosamente, es algo que puedes cambiar en cualquier momento.

6. Tan pronto como haya emparejado con éxito su dispositivo especial Zigbee con una nueva red, asegúrese de estar ejecutando "permit_join". Puede lograr esto cuando hace un restablecimiento de fábrica en su dispositivo. Y el enfoque funciona estrictamente en el dispositivo vinculado que está utilizando. Puede hacer un reinicio como el de las luces Philip Hue en la aplicación. O puede hacer clic en los botones del interruptor del sistema de atenuación y mantenerlos presionados durante un mínimo de 10 segundos. Otros dispositivos Zigbee pueden venir con su botón de reinicio, pero todo depende de la marca con la que esté trabajando, como se mencionó anteriormente.

7. Una vez que haya terminado de ejecutar la configuración con todos los dispositivos Zigbee conectados a la red de malla, comenzará a ver registros como este:

Captura de pantalla del código 4

8. Luego, a través de las extensiones MQTT y HTTP, use Zigbee para ejecutar Platypus y Redis

Captura de pantalla del código 5

9. Modifique el siguiente archivo de código:

Al hacerlo, estará autorizando el funcionamiento de HTTPS y Zigbee.

Captura de pantalla del código 6

10. Luego, comience a ejecutar el ornitorrinco o inicie su servicio del sistema abriendo el host o IP (Zigbee IP) en un nuevo navegador. Ahí es donde podrá manipular y realizar algunos cambios en su red.

11. Finalmente, comunique las solicitudes a través de la API predeterminada utilizando un código de Python, HTTP o el lado del servidor ornitorrinco configurado.

Captura de pantalla del código 7

Captura de pantalla del código 8

Captura de pantalla del código 9

Preguntas frecuentes

¿Por qué ZigBee es mejor que Bluetooth?

En términos de cobertura de una amplia gama, Zigbee es mejor que Bluetooth. Pero cuando se trata de transferencia de datos, Bluetooth es más rápido que Zigbee.

¿ZigBee es un módulo Wi-Fi?

No, no lo es. En cambio, Zigbee está basado en WPAN, una tecnología diferente del módulo Wi-Fi.

¿Por qué los módulos ZigBee son tan caros?

El precio del módulo Zigbee depende de varios parámetros. Pero puede esperar obtenerlo por $ 2 a $ 14.7 por módulo. Además, suelen ser caros porque tienen una gran huella de memoria y un protocolo computacionalmente intenso.

¿Raspberry Pi tiene Zigbee?

No, no lo hace. Pero un RaspBee ayuda a convertir una Raspberry Pi en una puerta de enlace Zigbee universal debido a su factor de forma pequeño que se adapta a la mayoría de las carcasas Pi estándar.

¿Cómo uso Zigbee en Raspberry Pi?

Primero, debe conectar dos ZigBee conectando uno al puerto USB de una computadora portátil. Luego, el segundo debe relacionarse con el puerto USB Raspberry Pi2.

¿Puede una Raspberry Pi ser un concentrador Zigbee?

Sí, es posible. Y eso es porque Zigbee es compatible con Raspberry Pi.

Palabras finales

El módulo Zigbee es un dispositivo que debes considerar si planeas transmitir datos a larga distancia para llegar a otros más lejanos. Y suelen tener aplicaciones de baja velocidad de datos que necesitan redes seguras y batería de larga duración.

Entonces, ¿quieres obtener este módulo como una herramienta de automatización? O tal vez, ¿tiene preguntas sobre este tema? Entonces, no dude en contactarnos.