Zig Bee モジュール:ワイヤレスデバイスへの洞察

Bluetooth ほど複雑ではなく、バッテリ寿命が長い柔軟なネットワークモデル構造が必要ですか?または、簡単にインストールできる多くのノードをサポートする宛先デバイスをお探しですか?それなら、Zig bee モジュールがあれば助かります。

それはどのように機能しますか？この記事では、デバイスの包括的な内訳を示します。そのため、それが何であるか、プロトコル、ワイヤレスモジュールのしくみなどについて学習します。

始めましょう!

Zigbee モジュールとは

Zigbee モジュールは IoT 向けのシャローデータデバイス用であるため、低メッシュワイヤレストランスミッターは IEEE 802.15.4 Zigbee システムで動作します。このワイヤレスモジュールは、2.4GHz、900 MHz、868 MHz などのアンダーハンド周波数帯域を利用します。さらに、バッテリー駆動のデバイスにも適しています。

しかし、それだけではありません。 1 つのネットワークに最大 65,000 のノードを接続できます。また、DSSS (ダイレクトシーケンススペクトラム拡散変調) との相性も抜群です。

低レイテンシーのおかげで、このプロトコルは 128 ビットの AES 暗号化を実行します。

新しい千年紀の初めに発売されて以来、いくつかの更新が行われています。したがって、Zigbee 3.0 は Zigbee モジュールの最新バージョンです。

Zigbee モジュール USB について知っておくべきこと

Zigbee モジュール USB は、一連の情報またはデータを格納するために使用される通常の USB シングルと多くの類似点を共有しています。しかし、それだけではありません。

このユニークな USB ドングルは、周囲の他の Zigbee アプライアンスと簡単にハンドシェイクし、ワイヤレス Zigbee 接続を介して情報ストリームを送信できます。

また、安定した2.4GHz帯（ISM）で動作します。また、Zigbee USB モジュールには、IEEE 802 の WPAN 標準があります。この USB ドングルは、RF トランシーバーモジュールも使用して DSSS 変調を実行します。

Zigbee USB ドングルは、ネットワークセンサー/コーディネーターおよびルーターデバイスとしても機能します。つまり、Zigbee ネットワークシステムに簡単に追加できます。

Zigbee プロトコルの独自性

Zigbee のプロトコル層は、OSI (オープンシステムインターコネクト) および ISO (国際標準化機構) 参照モデルと連携しています。 Zigbee は、OSI と ISO によって提供される 7 つのレイヤーのうち、厳密に低データおよび低出力電力のワイヤレスネットワークシステムのみを実行します。

もちろん、MAC と PHY は、IEEE 802.15.4 で動作する Zigbee プロトコルと完全に連携する低 ISO および OSI レイヤーです。さらに、これら 2 つのレイヤーには独自のセキュリティ機能が組み込まれています。

以下は、Zigbee ネットワークモデルメッシュのすべてのレイヤーを実行する標準システムです:

Zigbee ネットワークメッシュ

画像ソース:Sciencedirect

Zigbee モジュールを Arduino に接続する方法

Zigbee モジュールを Arduino と接続する最良の方法は、最初に使用している Zigbee のシリーズを特定することです。この記事では、シリーズ 1 の Zigbee モジュールを使用します。これは、初心者にとって最も好ましいオプションだからです。

最初に、Zigbee モジュールが同じモデルであれば、互いにハンドシェイクできることを理解する必要があります。

歩数

したがって、2 つの同様の Zigbee モデルを Arduino に接続するには、次の手順に従います。

ステップ 1

最初のモジュールを Arduino ボードに接続し、2 番目のモジュールを PC、マイクロコントローラー、またはセンサーに接続します。これを行った後、両方の Zigbee モジュールを構成します。

Zigbee モジュールの構成に必要な手順は次のとおりです:

まず、シリアルアダプタを使用して、2 つの Zigbee モジュールを PC のシリアルポートに結合します。
次に、Windows OS を使用している場合、または仮想端末を取得している場合は、PuTTy アプリケーションをダウンロードします。
その後、ボーレート設定が 8 データビット、1 ストップビット、パリティなし、および 9,600 で、Zigbee モジュールが PC のシリアルポートに正しくインストールされていることを確認します。
次に、ローカルのエコーボックスを選択し、[OK] を押します。
その後、セッションの時間を節約してください。
次に、仮想端末のダッシュボードで、接続ボタンを探してクリックします。
次に、Zigbee モジュールに接続した後、セッションに名前を付けます。
この段階で、Zigbee モジュールへの接続は完了です。
次に、AT コマンドを使用してモジュールを構成できます。

ステップ 2

ここで、モジュールの電圧が 3.3 ～ 5 ボルトであることを覚えておく必要があります。幸いなことに、Adafruit XBee アダプターには両方の電圧が付属しています。ただし、アダプターを入手できない場合は、別の電源で解決する必要があります.

Zigbee モジュールへの Arduino 接続

ステップ 3

上の写真では、Arduino と Zigbee の RX 端子と TX 端子が結合していることがわかります。

ステップ 4

接続が成功すると、Arduino は命令またはメッセージのコードを最初の Zigbee モジュールに送信します。次に、2 番目の Zigbee は最初の Zigbee から一連の命令を取得します。これは、それらが同様のネットワークアドレスを共有し、セットアップで接続するためです。

ステップ 5

次に、2 番目の Zigbee は、接続されたシリアルピンを介して、最初の Zigbee からの命令を Arduino に再送信します。

ステップ 6

以下は、シリアルピン通信を介して Arduino をモジュールに正常に結合した後に入力するコード行です。

ZigBee モジュールを Raspberry Pi に接続する方法

Raspberry Pi を 2 つのマージされた Zigbee モジュールと接続できます。

必要な材料とコンポーネント

ラズベリーパイ 4
Zigbee 1mW ワイヤーアンテナ - シリーズ 1 (2)
Zigbee Explorer ドングル (2)

歩数

1. まず、X-CTU ソフトウェアを使用して、2 つの Zigbee Raspberry Pi 4 を同様のボーレートでペアリングします。

2. 次に、両方の Zigbee を USB ドングルに接続し、1 つの USB ポートを Raspberry Pi にマージします。

3. 次に、別の USB ポートを PC に接続します。

4. その後、PC に FTDI ドライバーをインストールして、USB 通信を取得します。

5. 次に、接続されたデバイスの通信に関連する通信を選択する前に、ボーレートとハイパーターミナルを構築します。

Zigbee モジュールの応用

ワイヤレスロボットとリモコン
ワイヤレスネットワークデバイス
住宅建設の自動化 (ワイヤレス制御)
ワイヤレス制御の温度センサー

Zigbee モジュールプロジェクト:Zigbee ブリッジの作成方法

必要な資料

Zigbee の特別なデバイス (Osram 電球、Philips Hue、Belkin スイッチなど)
Zigbee をサポートする USB アダプタードングル (CC2531 など)
ラズベリーパイ
Zigbee2mqtt アプリ

歩数

1. カモノハシがバックエンドで Zigbee2mqtt アプリを使用して USB ドングルと通信するため、最初に Zigbee2mqtt アプリを実行します。 OS の使用を開始する方法については、Web サイトの指示に従い、サポートされているデバイスを確認してください。

2. ローカルデバイスに MQTT をインストールした後、システムで実行中のサーバーがあるかどうかを確認します。 Raspbian、Ubuntu、または Debian を使用していて Mosquitto に変更したい場合は、以下のコードを使用できます:

コードのスクリーンショット 1

3.次に、以下のコードを入力して zigbee2mqtt をインストールします

コードのスクリーンショット 2

4. その後、次のコード行を入力してシステムサービスを作成します。

コードのスクリーンショット 3

5.上記のコード行をこすった後、zigbee2mqtt 構成ファイルに気付くでしょう。通常、permit_join オプションがあります。

したがって、初期段階で Zigbee アプライアンスを接続するときに、この構成設定を「TRUE」に設定できます。次に、構成設定を「FALSE」に変更して、特殊なデバイスが誤ってネットワークに参加するのを防ぎます。興味深いことに、これはいつでも変更できるものです。

6. Zigbee 特殊デバイスを新しいネットワークに正常にペアリングしたらすぐに、「permit_join」で実行していることを確認します。デバイスを工場出荷時設定にリセットすると、これを実現できます。そして、このアプローチは、使用しているバインドされたデバイスで厳密に機能します.アプリで Philip Hue ライトのようなリセットを行うことができます。または、調光システムのスイッチボタンをクリックして、10 秒以上押し続けることもできます。他の Zigbee デバイスにはリセットボタンが付いている場合がありますが、前述のように、使用しているブランドによって異なります。

7. メッシュネットワークに接続されたすべての Zigbee デバイスでセットアップの実行が完了すると、次のようなログが表示されるようになります: