Zigbee

Xin chào anh em ZigBee, lại là một bài viết phân tích dành cho anh em mới, đang phân vân không biết đi theo hướng Zigbee hay Wifi cho hệ thống điều khiển thông minh của mình. Bài này, mình tập trung so sánh chi tiết sự khác nhau của Zigbee và Wifi.

Kết quả cuối cùng mình hy vọng, các bạn nào còn đang chưa rõ về 2 công nghệ này thì sẽ nắm bắt và liên hệ với dự án hiện tại làm sao chọn được công nghệ phù hợp và chiến đấu thôi nào anh em. Vô bài nào!

1.Định nghĩa về công nghệ ZigBee

Công nghệ ZigBee là gì thì mình đã có bài viết rất rõ anh em tham khảo :” https://tech.rasstek.com/mang-khong-day-zigbee-va-ung-dung/”

5 Điều cần biết rõ về ZigBee.

• Tiêu chuẩn IEEE: 802.15.4 WPAN
• Truyền dữ liệu tốc độ thấp khoảng 250 Kbps
• Hỗ Trợ mạng Mesh số node mạng lên tới 65,000 node
• Ít hao tốn năng lượng
• Trong mạng luôn tồn tại 3 thành phần chính: Coordinator ( ZC), Router( ZR), End device(ED)

Phiên bản mới nhất của ZigBee là ZigBee 3.0 là bản nâng cấp từ ZigBee Pro hoàn chỉnh thống nhất về giao thức được xem là bước tiến lớn trong lĩnh vực Internet Of  Things

2. Công nghệ Wifi

Chúng ta không còn quá xa lạ với 2 từ Wifi. Nó phổ biến đến nổi khi nhắc đến Wifi thì mọi người nghĩ ngay đến mạng Internet. Nhưng thức tế Wifi là chuẩn giao tiếp không dây, được xây dựng trên nền tảng giao thức 802.11 qua từng năm cải tiến thì giao thức này phổ biến nhất là 802.11n, ac.

5 Điều cần biết rõ về Wifi.

• Giao thức : 802.11 WLAN
• Tốc độ cao có thể lên tới 1.3Gbit/s
• Mạng mô hình dạng sao. 
• Tiêu tốn nhiều năng lượng
• Trong mạng luôn tồn tại 1 Hub hay 1 Modem phát wifi.

3. So sánh ZigBee và Wifi

So sánh về thông số kỹ thuật

4. Khi nào thì nên dùng ZigBee và khi nào dùng Wifi?

Ứng dụng mạng ZigBee

Thế mạnh là khả năng kết nối mạng mesh cho phép mở rộng nên được ứng dụng phổ biến trong hệ thống nhà thông minh. Và BKAV là đơn vị tiên phong trong việc triển khai Zigbee.

Nếu ứng dụng của bạn thu thập và điều khiển thiết bị với yêu cầu độ ổn định và khả năng mở rộng nhiều thiết bị thì Zigbee là sự lựa chọn hoàn hảo.

Việc kết nối mạng ZigBee với Ethernet phục vụ công tác giám sát điều khiển từ xa thì hiện tại đã có gateway hỗ trợ giao thức Zigbee

Mở rộng ra nếu chúng ta có nhiều mạng tế bào mỗi mạng chứa khoảng vài nghìn node Zigbee và được đưa về trung tâm dữ liệu xử lý thì việc triển khai hiện tại hoàn toàn khả thì.

Với công suất tiêu thụ nhỏ chúng ta không cần cấp nguồn liên tục cho các node mà sử dụng Pin có thể kéo dài tới vài năm.

Ngoài ra, sự thống nhất về giao thức trong Zigbee 3.0 sẽ là cơ hội để tất các thiết bị của mỗi hãng khác nhau sẽ tương thích với nhau theo tiêu chuẩn ZiGbee.

Hiện tại, các hãng nổi tiếng đã cho ra các sản phẩm thông minh dựa trên Zigbee 3.0. Hứa hẹn sự bùng nổ về thiết bị thông minh Zigbee trong thời gian tới.

Ứng dụng mạng Wifi

Việc dùng Wifi trong công tác giám sát, điều khiển thông minh thì đã quá phổ biến. Nhưng chưa thật sự tối ưu. Các ứng dụng đòi hỏi về tốc độ cao như camera, xử lý ảnh,… cần phát hiện và truyền dữ liệu cao về trung tâm thì chúng ta nên dùng wifi.

Việc dùng wifi tuy là sẽ đồng bộ với thiết bị hiện tại nhưng khả năng mở rộng khó và chi phí sẽ cao cho một hệ thống không đòi hỏi tốc độ quá cao.

Bên trên là phân tích về Zigbee và Wifi hãy cho mình biết ý kiến của các bạn. Để lại bình luận nếu có bất kỳ thắc mắc nào nhé!

Cảm ơn các bạn đã đến với RASSTEK Blog!

Xin chào 500 anh em, mê công nghệ zigbee và anh em nào đang chuẩn bị lên kế hoạch đồ án, hay phát triển một sản phẩm vọc đến zigbee, thì tham khảo bài này để xem hướng phát triển cho mình nhé!

Yêu cầu đặt ra:

Ứng dụng Zigbee điều khiển thiết bị đèn mô phỏng, phần cứng là lập trình trên vi điều khiển Pic hoặc Arduino điều được.

Yêu cầu đơn giản chỉ vậy, nhưng khá nhiều vấn đề phải giải quyết nha các bạn, bài này dành cho bạn nào mới nha.

Các bạn đã hiểu về công nghệ Zigbee?

Kiến thức cơ bản đã có bài trong bài : Mạng không dây ZigBee Và Ứng Dụng. Bạn nên tham khảo qua, để các thuật ngữ mình trình bày các bạn dễ hiểu hơn nha.

Các điểm tổng quát:

• Mạng Zigbee là mạng không dây tốc độ thấp.
• Ưu điểm là khả năng hỗ trợ mạng Mesh nên số lượng thiết bị trong mạng lên tới 65,000 điểm .
• Sử dụng năng lượng thấp phần lớn các node đi vào chế độ Sleep. Nên một node ZigBee không cần thay Pin tới vài năm.
• 3 thiết bị trong mạng : Coordinator ( ZC), Router( ZR), End device(ED)

Nguyên lý hoạt động

• Máy tính giao tiếp với Coordinator Zigbee qua cổng USB hoặc RJ45.

Truyền mã điều khiển xuống, khí đó mạng Zigbee được thiết lập trước sẽ truyền broadcast gói tin xuống thiết bị router ZigBee.

Thiết bị Router Zigbee được thiết kế giao tiếp với một vi điều khiển Pic hoặc Arduino theo chuẩn Uart chân RX, TX.

Gói tin sẽ được vi điều khiển xử lý và xuất tín hiệu điều khiển tới đèn.

Lưu ý đây led để mô phỏng nha các bạn. Nếu muốn điều khiển đèn 220V thì nên qua Rơ-le có cách ly không thôi đen thui cái mạch Router thì tốn thêm chi phí.

Sau khi bật được đèn thì Router ZigBee sẽ truyền ngược lại gói tin là đèn đã được bật và thông báo lên màn hình trạng thái

Yêu cầu phần cứng Zigbee

Để có thể điều khiển được một thiết bị thì ta phải biết tên của thiết bị đó. Trong bài là đèn, thì đèn này phải được định danh cụ thể trong mạng.

Chúng ta cần một mạng trung gian để truyền tín hiệu điều khiển từ máy tính hay điện thoại xuống. Mạng Zigbee sẽ làm điều này.

Cần ít nhất 2 node để có thể hình thành được một mạng Zigbee. Một node sẽ làm Coordinator giao tiếp với máy tính, node còn lại sẽ giao tiếp với đèn cần điều khiển.

Chọn phần cứng thiết lập mạng Zigbee

Mạng zigbee:

• 2 Zigbee module DRF1605H.
• Đế DRF1605H giao tiếp USB
• Mạch Pic module, các bạn có thể sẵn trên thị trường, hoặc có thể tự vẽ mạch và hàn linh kiện, tích hợp Zigbee lên board luôn sẽ được đánh giá cao hơn.
• Module Relay nếu dùng điều khiển đèn 12V hoặc 220Vac.

Phần cứng chỉ đơn giản vậy thôi!

Phần mềm: Ứng dụng này mình viết trên C# giao diện điều khiển đơn giản, mình sẽ chia sẻ luôn file lập trình cho các bạn download phần cuối bài nhé! Các bạn nên học thêm C# trước khi bắt đầu làm.

Tổng hợp các phần cần học trước khi vô làm:

• Lập trình vi điều khiển chủ yếu là PIC trong trường đại học giờ chắc dạy Pic chủ yếu.
• Lập trình C sharp. Học cơ bản là chiến được rồi đừng đi quá sâu không đủ thời gian.
• Thiết kế, vẽ mạch PCB nên học Altium
• Nắm thật kỹ kiến thức điện tử nhé, nhầm nguồn và GND thì xác định.
• Mô phỏng mạch trên Proteus, phục vụ cho vẽ mạch. Mô phỏng sẽ giúp bạn tiết kiệm chi phí làm mạch.

Kinh nghiệm xương máu:  Xem lại các chân giao tiếp và chân nguồn xem có chạm không,  vài lần trước khi cắm nguồn, dùng VOM số mà đo nhé!

Cấu hình mạng Zigbee với module DRF1605H

Chuẩn bị:

• 2 Module DRF1605H + Đế công nghệ zigbee pro 2007
• Máy tính cài driver PL2303
• Phần mềm thiết lập mạng Zigbee của hãng
• Phần mềm mô phỏng mạng ” ZigBee Sensor Monitor”
• Phần mềm truyền dữ liệu Hercules

Mọi thứ đã chuẩn bị cho các bạn để cuối bài viết, download full bộ luôn nha!

Các bạn tham khảo thông số Module trước khi vào cấu hình nha. Để ý sơ đồ chân bố trí để giao tiếp cho đúng.

Các bước thiết lập mạng Zigbee

Bước 1: Chọn 1 module DRF1605H làm Coordinator

Sử dụng phần mềm DTK Application cấu hình các tham số cho module.

Khi ta cắm giao tiếp module zigbee vào máy tính trước rồi ta mở phần mềm DTK Application , chọn cổng COM giao tiếp với tính chọn Connect và chờ cho máy tính nhận module ( Điều kiện máy tính đã cài Driver PL 2303 giao tiếp với module) .

• Module giao tiếp với máy tính làm Coordinator. Sau ta chọn Write để ghi vào chip sau đó Disconnect, Connect lại thì lúc này module đó trở thành Coordinator.
• Thiết lập PAN ID trong một mạng Zigbee thì chỉ có 1 PAN ID. Các node khác muốn kết nối vào mạng thì phải trùng PAN ID
• Baud rate là tốc độ giao tiếp với phần mềm máy tính hoặc vi xử lý. Baudrate cao thì khả năng lỗi bit càng cao. Khi test mạng thì sẽ chọn baud rate là 38400 do phần mềm test chỉ hỗ trợ Baudrate này sau đó sẽ cần thiết lập lại 9600. Sau khi cấu hình các thông số hoàn thành ta disconnect module .

Bước 2 : Chọn tiếp 1 module DRF1605H làm Router.

Các bước cấu hình tương tự như cấu hình Coordinator, chú ý PAN ID trùng với PAN ID của Coordinator và cùng tốc độ Baud rate .

Lưu ý: Chỉ có duy nhất 1 Coordinator trong mạng Zigbee

Bước 3: Kiểm tra trực quan mô hình mạng Zigbee

Ta mới thiết lập ta sử dụng phần mềm ZigBee Sensor monitor của TI hỗ trợ để test mạng

Khi ta kết nối module DRF1605H được cấu hình thành Coordinator vòng tròn đỏ đại diện .

Nhấn nút test trên module thì module sẽ gửi một gói tin thông qua UART .

Ta tiến hành cấp nguồn cho các node mạng còn lại, chờ khoảng 3s khi nguồn ổn định ta nhấn nút test trên module hoặc ta kích vào chân số 3 J2 (Test button),  để gửi yêu cầu tham gia mạng sau khi Coordinator kiểm tra xong thì kết nối mạng được thành lập.

Như vậy, ta đã thiết lập được một mạng Zigbee, bây giờ ta có thể truyền dữ liệu giữa các node trong mạng. Mở phần mềm Hercules truyền thử một vài chuỗi để test tốc độ nha các bạn!

Giao tiếp module DRF1605H với Pic Module

Trong bài này mình tự tay lên Schematic và vẽ Layout luôn tích hợp chung một mạch

Hoặc nếu bạn có Pic module riêng thì dùng dây cắm kết nối giữa 2 module lại.

Các thiết bị như bóng đèn hay muốn điều khiển gì thì kết nối vào các chân của Pic nhé.

Module ZigBee DRF1605H giao tiếp Uart tại chân 4 và 5 của J2.

Ta kết nối Uart của Pic 16f887 tại chân RC6 và RC7 với chân số 4 và 5 của module ZigBee RX-TX, nhưng do module ZigBee hoạt động ở điện áp 3.3V còn Module Pic hoạt động điện áp 5V, vì vậy ta không thể trực tiếp dùng nguồn.

Sử dụng thêm bộ nguồn hạ áp từ 5V xuống 3.3V, với đầu vào 5V lấy cùng nguồn với Module Pic, vậy ta thỏa mãn yêu cầu trong giao tiếp UART là cùng đường Mass.

Sau khi có được phần cứng, tiến hành lập trình và đổ chương trình cho PIC. Phần này mình không nêu cụ thể nhưng sẽ chia sẻ Code mẫu cho các bạn tham khảo phần cuối Download nha!

Thiết kế phần mềm điều khiển thiết bị với công nghệ ZigBee.

Phần mềm mình xây dựng trên C sharp hay còn gọi là C#.

Yêu cầu giao diện điều khiển:

• Xây dựng giao diện nút bấm điều khiển đèn khi đèn được bật thì chuyển trạng thái.
• Giao tiếp với mạch Zigbee Coordinator qua cổng USB
• Nhận thông tin trả về từ các Node bên dưới

Nguyên lý hoạt động của phần mềm:

Phần mềm sẽ thực hiện giao tiếp với module Zigbee qua chuẩn USB dùng hàm gọi các cổng USB từ máy tính lên và tiếp lập kết nối.

Điều khiển đèn sử dụng các thuộc tính Button khi nhấn sẽ thực hiện gửi 1 chuỗi dữ liệu xuống module Coordinator.

Khi đó mạng Zigbee sẽ gửi Broadcast chuỗi dữ liệu qua mạng Zigbee đã thiết lập trước các node nhận được sẽ tiến hành cắt và xử lý, nếu trùng với mã được nạp trong Pic khi đó Pic sẽ điều khiển trạng thái các chân và bật tắt đèn.

Đồng thời sẽ truyền ngược về Coordinator một gói tín xác nhận. Phần mềm cũng xử lý gói tin và xuất hiện thông báo trên giao diện.

Kết luận

Đó là kết quả cơ bản cần đạt được mình sẽ gửi các bạn code mẫu để tham khảo phần cuối luôn nha.

Bạn nào muốn làm Gateway ZigBee để điều khiển thiết bị qua điện thoại thì để lại yêu cầu mình share tài liệu cho các bạn tham khảo nha. Mình đã làm qua ZiGBee Gateway quản lý khoảng 60 node. Khá nhiều vấn đề cần thì thảo luận bên dưới nhé

Để download toàn bộ tài liệu trong bài bao gồm code, phần mềm,… thì các bạn vui lòng điền theo Form bên dưới. Cam kết không Spam chỉ là mình muốn chia sẻ công nghệ zigbee đến các bạn thật sự quan tâm.

Cảm ơn các bạn!

Tham khảo thêm về công nghệ Zigbee tại : zigbee.org