ZigBee-адаптеры и роутер

Построение ZigBee-сети на базе готовых устройств компании Digi

№ 3’2011
PDF версия
Одна из часто встречающихся задач в области промышленной автоматизации — создание беспроводного канала телеметрии к уже существующему оборудованию. В случае ограниченных инженерных и временных ресурсов данную задачу можно с успехом решить с помощью законченных ZigBee-устройств, выпускаемых компанией Digi. Набор готовых ZigBee-решений включает в себя беспроводные адаптеры, ZigBee/ Ethernet-шлюзы и облачный сервер iDigi, позволяющий получить доступ к развертываемой ZigBee-сети из любой точки мира.

ZigBee-адаптеры со стандартными интерфейсами

Беспроводные адаптеры со стандартными интерфейсами представляют собой законченные, готовые к установке «коробочки» (рис. 1), которые позволяют обеспечить беспроводной доступ к аналоговым датчикам или к оборудованию со стандартными интерфейсами RS-232 и RS-485. Для подключения к аналоговым датчикам предусмотрен встроенный 10-битный АЦП, позволяющий считывать напряжение в диапазоне 0–10 В с разрешением ~10 мВ. Адаптер может также работать с датчиками, имеющими интерфейс типа «Токовая петля 4-20 мА». Применение готовых адаптеров экономически оправдано в тех случаях, когда необходимо автоматизировать ограниченное количество объектов — от единиц до нескольких сотен. Разработка собственной печатной платы, доработка корпусов и производство «съедят» всю экономию на стоимости комплектующих.

ZigBee-адаптеры и роутер

Рис. 1. ZigBee-адаптеры и роутер

Дальность действия беспроводных адаптеров может достигать нескольких километров, и это не предел: можно покрыть и бóльшие расстояния, размещая промежуточные ретрансляторы (роутеры). Внутри помещений удобно использовать роутеры, выполненные в виде сетевых блоков питания. Достаточно вставить адаптер XR-Z14-CW1P2 в розетку 220 В, и он будет поддерживать доставку данных в самые труднодоступные для радиосигнала места внутри железобетонного здания. Данный адаптер также содержит встроенные датчики освещения и температуры. Все настройки адаптеров можно производить дистанционно с помощью компьютера, который выходит в сеть с помощью USB ZigBee-адаптера. Изменение параметров устройств в создаваемой беспроводной сети производится в интерфейсе программы X-CTU. Здесь можно, например, задать сетевые настройки (частотный канал, идентификатор сети, имя устройства); проконтролировать процесс подсоединения к сети (увидеть причину отказа); задать периодичность отправляемых сообщений; изменить при необходимости выходную мощность, обнаружить и проверить связь с любым узлом сети (рис. 2).

Программа для настройки параметров X-CTU

Рис. 2. Программа для настройки параметров X-CTU

Адаптеры могут работать как от источника питания 9–30 В, так и от батарей (внутри предусмотрено место для установки трех элементов N-типа). Все переходники построены на базе модулей XBee ZB [1, 2], что позволяет подключать к сети и нестандартное оборудование, разработанное пользователем на базе таких радиомодулей. Встроенное в XBee программное обеспечение позволяет использовать устройства с минимальными затратами времени на изучение стека протоколов ZigBee.

 

USB ZigBee-адаптеры для ПК и ноутбуков

Современные компьютеры не имеют встроенных возможностей для работы с беспроводными сетями ZigBee. Преодолеть этот недостаток можно с помощью беспроводных USB-адаптеров (рис. 3), которые позволяют подключить любой ПК или ноутбук к сети ZigBee. Малогабаритные USB-адаптеры XU-A11 и XU-Z11 построены на базе маломощных модулей XBee: XU-A11 предназначен для сетей 802.15.4 (XBee Series 1); XU-Z11 может работать совместно с модулями XBee ZB (Xbee Series2 и S2C). USB-адаптер XA-Z14-CE1P-W отличается повышенной мощностью и может работать в ZigBee-сети с Mesh-топологией на базе модулей XBee Series 2. Все USB-адаптеры распознаются программой X-CTU как обычные XBee-модули и могут выступать в роли «Координатора», «Роутера» или «Конечного устройства». USB-адаптеры дополняют другие законченные ZigBee-устройства компании Digi — беспроводные датчики, ретрансляторы и шлюзы.

USB ZigBee-адаптеры

Рис. 3. USB ZigBee-адаптеры

 

Управление ZigBee-сетью через Интернет

Для управления ZigBee-сетью через Интернет предусмотрены специальные Ehternet-шлюзы ConnectPort X. Они собирают и передают локальный ZigBee-трафик централизованным приложениям и базам данных в IP-сети. В зависимости от типа шлюзы осуществляют трансляцию данных, используя соединения ZigBee-to-cellular, ZigBee-to-Wi-Fi или ZigBee-to-Ethernet. Шлюз работает с различными интернет-протоколами (UDP/TCP, DHCP, SNMPv1, Security SSL tunnels, HTTP/HTTPS web и др.) и может выполнять скрипты пользователя, написанные на языке Python (Version 2.4.3; 4–16 Mбайт RAM; 8–32 Mбайт Flash).

ZigBee-шлюз и адаптеры

Рис. 4. ZigBee-шлюз и адаптеры

Для быстрого знакомства с новыми возможностями удобно использовать специальный отладочный набор X4K-Z1J-00012-W1 [4]. В его комплект входит Ethernet-шлюз ConnectPort X4, ретранслятор сообщений, выполненный в корпусе блока питания, и батарейный датчик освещенности и температуры (рис. 4). Набор позволяет развернуть беспроводную сеть за считанные минуты и наблюдать за параметрами объектов с любого компьютера, имеющего выход в Интернет. Удаленный мониторинг сетей доступен с помощью «облачного» сервера iDigi, подключение к которому предоставляется бесплатно покупателю данного набора. Кроме мониторинга сети, на сервере iDdigi можно хранить собираемые данные и предоставлять их в удобном формате любому количеству потребителей. С данным набором оборудования совместимы и все перечисленные выше ZigBee-адаптеры.

 

Сбор данных с электросчетчиков

Частным случаем использования шлюза Connect Port в конкретном приложении является автоматизированный сбор данных со счетчиков энергии (АСКУЭ). Специальная версия шлюза ConnectPort X2 SE (рис. 5) предназначена для систем сбора данных со счетчиков энергии, соответствующих ZigBee-профилю Smart Energy.

 Шлюз для устройств Smart Energy

Рис. 5. Шлюз для устройств Smart Energy

В настоящий момент ZigBee-системы АСКУЭ и счетчики Smart Energy выпускают многие известные компании — Itron, Echelon, EDMI, Elster, General Electric, Honeywell, Landis+Gyr, LG, Schneider Electric, Sensus и др. Спецификация Smart Energy (SE) позволяет объединить в сеть следующие элементы систем АСКУЭ, которые, в общем случае, могут производиться совершенно разными компаниями:

  • счетчики энергии (Meters) — электричество, газ, вода и др.;
  • концентраторы (Energy Service Interface, ESI) — устройства, позволяющие получить доступ к внутридомовой сети со стороны поставщика энергии или управляющей компании;
  • выносной дисплей (In-Premise Display, IPD) — устройство для отображения потребленной энергии, ее стоимости и т. д.;
  • программируемый термостат (Programmable Communicating Thermostat, PCT) — устройство, измеряющее температуру и изменяющее режим работы нагревательных приборов и кондиционеров;
  • контроллер нагрузки (Load Control Device) — устройство, которое может ограничить или полностью отключить подачу энергии во время пиковых нагрузок;
  • ретранслятор (Range Extender), увеличивающий дальность действия отдельных беспроводных устройств;
  • «умное устройство» (Smart Appliance) — спецификации объекта в настоящее время не определены;
  • терминал оплаты (Pre-Payment Terminal) — спецификации объекта в настоящее время не определены.

Оборудование Smart Energy позволяет решать целый комплекс задач — удаленное управление нагрузками и съем показаний со счетчиков, уменьшение пикового энергопотребления, предоставление потребителю в онлайновом режиме информации о текущем потреблении и возможности гибко регулировать расходы в зависимости от стоимости энергии в определенное время суток.

Шлюз ConnectPort X2 SE позволяет через Ethernet-соединение получить удаленный доступ к любым объектам инфраструктуры Smart Energy (рис. 6), связанным с помощью внутридомовой ZigBee-сети. Беспроводный доступ обеспечивает встроенный в шлюз модуль XBee-Pro SE, который поддерживает публичный профиль ZigBee Smart Energy Public Application Profile [3], что позволяет использовать его с любым ZigBee-оборудованием сторонних производителей. Публичный профиль описывает набор команд и параметров, которыми могут обмениваться «умные» счетчики и прочие устройства, входящие в сеть ZigBee SE. Это могут быть, например, команды «Передать сообщение пользователю» (отображается на выносном дисплее); «Задать стоимость кВт·ч электроэнергии»; «Считать текущее потребление энергии»; «Отключить нагрузку» и т. п.

Пример применения шлюза Smart Energy

Рис. 6. Пример применения шлюза Smart Energy

Взаимодействие проводного Ethernet-сегмента и встроенного модуля XBee обеспечивает загруженное в шлюз приложение Python Smart Energy Framework. Данное приложение позволяет передавать XML-запросы через TCP/IP-соединение между SCADA-приложением энергетической компании и шлюзом ConnectPort X2 SE. Оно же отвечает за взаимодействие с беспроводным сегментом, преобразовывая команды, полученные через Ethernet, в формат команд модуля XBee. Несмотря на то, что в ZigBee-сети можно адресовать десятки тысяч устройств, из практических соображений управляемости не следует объединять в единую сеть более нескольких сотен. При количестве узлов более 40 рекомендуется использовать метод маршрутизации Source Routing, иначе перепрокладка маршрутов к координатору будет съедать большую долю сетевого трафика.

 

«Облачный» сервер iDigi

iDigi представляет собой «облачный» сервер [5], другой стороны, неограниченное число конечных потребителей информации могут обращаться к iDigi через веб-интерфейс, получая сохраненную информацию в удобном виде. Использование сервиса iDigi позволяет отказаться от создания собственной серверной инфраструктуры, однако требует некоторых затрат в виде платы за пользование. Впрочем, плата эта небольшая — годовое подключение для целей мониторинга и обновления внутреннего программного обеспечения (firmware) одного шлюза ConnectPort к серверу iDigi стоит менее $10. Для целей разработки и тестирования к серверу iDigi можно бесплатно подключить до пяти шлюзов ConnectPort X. Кроме обмена данными, iDigi позволяет обновлять программное обеспечение шлюза и подключенных к нему узлов ZigBee-сети. При использовании iDigi удаленный доступ к ZigBee-сети возможен даже без выделения статического IP-адреса для устройства, подключенного к Интернету.

Достоинством «облачного» сервера iDigi является высокая надежность и отличная масштабируемость. Текущая доступность сервиса обеспечивается на уровне 0,999 (цель — 0,9995). Надежность связана с тем, что сервер iDigi является лишь небольшой частью ресурсов дата-центра мирового уровня компании Amazon, расположенного в специально оборудованных зданиях. Специалисты Digi круглосуточно следят за работой сервиса. Под масштабируемостью подразумевается возможность значительного (на порядки) увеличения сети клиента — на сегодня сервис протестирован под нагрузкой в 4 млн подключенных устройств, которые генерировали трафик 3 млрд сообщений в месяц. Безопасность использования сервиса подтверждается соответствием стандартам CSA, ISO27002, NERC CIP, PCI и HIPPA, а также независимым аудитом. Интересный факт: разработка данного сервиса потребовала 70 человеко-лет работы.

С точки зрения «железа» поддержка iDigi в устройстве (ConnectPort X или каком-либо другом) заключается в наличии некоторого программного модуля (агента), работающего в фоновом режиме. Этот модуль периодически обращается на сервер iDigi и ведет обмен данными в установленном формате (XML-запросы). Агент реализован в виде приложения Python для шлюзов ConnectPort X и в виде C-приложения для процессорных модулей Rabbit и ConnectCore. Набор продуктов Digi, поддерживающих работу с сервером iDigi, показан на рис. 7.

Устройства, которые можно подключить к «облачному» серверу iDigi

Рис. 7. Устройства, которые можно подключить к «облачному» серверу iDigi

Продукция компании Digi — это аппаратные и программные решения, позволяющие объединить с помощью беспроводной сети множество устройств с различными интерфейсами. Адаптеры с возможностью подключения аналоговых датчиков расширяют возможности в области мониторинга различных физических величин. Интернет-шлюзы и «облачный» сервер iDigi позволяют управлять каждым сетевым узлом, собирать, обрабатывать и предоставлять информацию множеству конечных пользователей системы.

Литература
  1. Пушкарев О. И. Программируемые модули XBee серии S2B // Беспроводные технологии. 2010. № 3.
  2. Пушкарев О. И. Использование конечных спящих узлов в сети ZigBee // Электронные компоненты. № 5.
  3. ZigBee Smart Energy Public Application Profile. zigbee.org
  4. compel.ru
  5. idigi.com /ссылка утеряна/
  6. digi.com

Комментарии на “Построение ZigBee-сети на базе готовых устройств компании Digi

  1. Добрый день, нас интересуют беспроводные решения — это м. б. оборудование EnOcean, KNX RF, ZigBee и т.д.
    основные условие:
    1) шлюзовка в KNX
    2) приемлемые сроки поставки.
    Высылаю спецификацию на оборудовании ThermoCon для подбора аналогов
    Наименование Артикул Kол.
    1 STC-DO airConfig 100..240 V Приемник актуатор (мультифункциональный) 593748 3
    2 STC-KNX 698948 1
    3 SRE-Repeater MultiLevel внешняя антенна 593830 1
    4 SRE-Repeater UP MultiLevel внутренняя антенна 556736 1
    5 USB-адаптер с двухсторонним интрефейсом EnOcean для airConfig/airScan 566704 1
    6 Easyclick Handsender пульт управления освещением, 4-канальный 314602 1

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

سكس عربي مصري مجاني sexauskunft.net سكسحر unblurred hentai nicehentai.com omega hentai chinki sex renklipornoo.net village naked dance hot x porn video hindipornsite.com heather jayne nude huge dick comics streamhentai.net hentai msngs
قصص وصور سكس wiwiuku.com مشاهدة أفلام سكس ラブホテル完全盗撮 浮気ドキュメント 禁断の関係 javshare.info とらぶるだいありー brawling go 132 hentaika.org all the way through futa www.indiansexmms pornhindivideo.com ftv hot live 福岡 風俗 図鑑 javwhores.mobi 日本で一番黒いgカップグラドルの絶倫性欲でハメ撮りsexしまくった日常を記録
x videos american fucktube24.com sex odia video 完全拘束イラマチオ 3 あべみかこ javpussy.net 300maan-316 xnxx miya khalifa indianpornsearch.com www.tamil sex videos どエロイ女のムチムチ肉感!ふにゃふにゃ星人 羽生ありさ freejavstreaming.net 生意気j○妹プリ尻挑発 telugu outdoor sex hindipornmovies.org mehreen kaur pirzada