Características principales del estándar ZigBee

ZigBee development circuit (ETRX2 based)
Introducción
El circuito consiste básicamente en la interconexión de un módulo ZigBee ETRX2 de la
marca Telegesis a un circuito integrado MAX233 para poder comunicar vía RS232
(puerto serie) con un PC.
El circuito se alimenta con una fuente externa o transformador que entregue una tensión
alterna o continua de entre 7 y 30V.
Se tiene acceso a los puertos I/O que tiene incorporado el módulo y a las entradas del
conversor ADC a través de conectores del tipo tiras de postes hembras, de esta manera
se pueden conectar diferentes sensores o dispositivos para realizar pruebas de una
manera rápida y sencilla.
Características principales del estándar ZigBee
ZigBee es un estándar de comunicaciones inalámbrico, para redes inalámbricas de
sensores, propuesto por la ZigBee Aliance [1].
La especificación ZigBee se basa en el estándar IEEE 802.15.4. De hecho se
complementan proporcionando una pila completa de protocolos que permiten las
comunicaciones entre una multitud de dispositivos de una forma eficiente y sencilla [2].
Las características más importantes del estándar son:
• Diversas bandas de trabajo: 2,4 GHz (16 canales), 915 MHz (10
canales) y 868 MHz (1 canal)
• Direccionamiento a nivel red de 16 bits
• Soporte para el encaminamiento de paquetes
• Gracias a la posibilidad de encaminamiento se permiten las topologías
de red mallada
• Dos tipos de dispositivos. FDD (coordinador, encaminador, dispositivo
final) y RFD (dispositivo final)
• Métodos de acceso al canal: CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access
with Collision Avoidance)
• Soporta redes slotted (QoS) y non- slotted
• Bajo consumo energético
• Gran densidad de nodos por red
• Radio de cobertura hasta 500 m según el entorno
Características del módulo ETRX2
Las principales características de estos dispositivos son:
• Tensión de alimentación entre 2,1 y 3,6 V
• Trabaja en la banda de ISM de 2,4 GHz
• Velocidad de transmisión hasta 250 Kb/s
• Comunicación con otros dispositivos mediante UART
• Consumo en modo active de 37 mA en máxima actividad.
• Consumo en modo sleep de 0,5 µA.
• Configuración y control de los módulos y de la red con comandos ATstyle
a través de UART (comunicación serie)
• Antena incorporada, permite minimizar el tamaño del dispositivo
• 12 pines de I/O, entradas y salidas
• 2 entradas analógicas del ADC de 10 bits
Módulo ZigBee ETRX2 (tomado de Telegesis)
Los dispositivos ETRX2 disponen de 33 registros accesibles que se deben configurar
según las funciones que se quiera que éstos realicen. Las configuraciones y las
funciones se hacen a través de los comandos AT; en [3] se pueden ver todos los
comandos AT.
Descripción del circuito
El corazón del circuito es el Módulo ZigBee ETRX2. A su vez el núcleo de éste es el
circuito integrado EM250 que es un sistema ZigBee y que incorpora un
microprocesador de 16-bit. Este circuito integrado está programado en un lenguaje
propio llamado EMBER.
A través de los conectores CON4 y CON5 se tiene acceso a los puertos I/O y a las
entradas analógicas del módulo y así como también a la alimentación de 3,2V y a GND
para poder alimentar dispositivos externos conectados.
El módulo ZigBee se conecta a través de su puerto de comunicación USART con el IC
MAX233 para adaptar los niveles de señal de TTL/CMOS que trabaja el módulo
ETRX2 a señales RS232 (CON2) con las que trabaja el ordenador. También se conectan
las señales del USART a un conector (CON3) para poder trabajar con niveles lógicos
TTL/CMOS directamente en caso que fuese necesario.
El sistema tiene un reset hardware que reinicia al módulo y cuenta también con un
Jumper (J1) que desvincula la alimentación propia del circuito dejándolo libre para
poder ser alimentado a través del CON3.
La fuente de alimentación tiene un puente rectificador de onda completa a la entrada,
unos condensadores de filtrado, y un regulador LM7805 para la alimentación del
MAX233. La alimentación del módulo ZigBee pasa a través tres diodos en serie para
conseguir una caída de tensión de aproximadamente 1,8V y obtener cerca de 3,2V que
es aceptable por el ETRX2 y que no tiene porque ser regulada. Esta configuración
permite obtener las tensiones adecuadas a partir de una tensión continua o alterna de
entre 7 y 30V aplicadas por el conector CON1. El diagrama del circuito se muestra a
continuación en la figura 1.
Fig. 1 Diagrama del “Development circuit (ETRX2 based)”
Funcionamiento del dispositivo
El dispositivo permite realizar varias funcionalidades según que y cómo se conecte y
que registros se modifiquen o se lean.
• Programador de módulos para que queden configurados de forma autónoma como
SED, COO u otros modos, programar modos de consumo, temporizadores etc.…
• Acceso a puertos I/O y ADC de forma locales. Permite medir y o accionar diferentes
transductores y sensores conectados a los puertos I/O y a las entradas ADC desde el PC
conectado vía RS232 a la placa.
• Acceso a puertos I/O y ADC de forma remota. Si el modulo que está conectado a la
placa está integrado en una red, se puede acceder de forma remota desde otro módulo de
la red a los registros de los I/O y ADC y leer o escribir sus valores
• A través del conector “CON3” se puede acceder a la comunicación del módulo con
niveles TTL/CMOS, así como también a la alimentación tanto como si se quiere
alimentar el circuito como si se quiere utilizar esta tensión quitando o colocando el
Jumper “JP1”. Este conector está pensado para conectar el módulo ETRX2 con un
microcontrolador.
El circuito completo tal cual está en el diagrama y montado en una placa de topos puede
verse a continuación en la figura 2.
Fig. 2. Circuito montado del “Development circuit (ETRX2 based)”
También se ha montado un circuito simplificado. La diferencia que tiene con el circuito
completo es que no tiene conectores de acceso a los puertos I/O y a las entradas
analógicas. Puede ser utilizado para el módulo que trabaje como coordinador conectado
a la PC como acceso inalámbrico ZigBee o como interface de comunicación ZigBee de
un microcontrolador. En este prototipo se ha utilizado un MAX232 y se han tenido que
agregar los condensadores necesarios para su correcto funcionamiento. El prototipo
montado en una placa de topos se muestra en la figura 3.
Fig. 3. Circuito simplificado del “Development circuit (ETRX2 based)”
Referencias ZigBee
[1] Zigbee alliance
URL: http://www.zigbee.org/en/
[acceso 06/08]
[2] IEEE 802.15 WPAM
URL: http://ieee802.org/15/pub/TG4.html
[acceso 06/08]
[3] Telegesis Ltd.: ETRX1 and ETRX2, AT-Command Dictionary (Rev.2.12).
TG-ETRX-R212-AT-Commands. 2007.
URL: http://www.telegesis.com/pdf/Zigbee/TG-ETRX-R212Commands.pdf
[acceso 05/08]