Artigo Zigbee Vika Control

SOLUES EM AUTOMAO E CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS E ANALTICOS

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PROTOCOLO ZIGBEEJ imaginou ler dados de um sensor de temperatura, umidade ou qualquer outro a uma distncia de 1600m sem fio (XBee-Pro), ou maior, com o uso de um roteador? Ligar uma luz ou acionar o dispositivo que controla a irrigao do jardim? Ou controlar um brao robtico remotamente? Ou melhor, criar uma Rede de dispositivos e sensores que conversem entre si ou com uma Base de forma coordenada? E ainda, se desejasse de tempos em tempos fazer leituras de vrios sensores em locais distintos e, se a quantidade de sensores fosse alta, em torno de 50 ou mesmo 500..., ou quem sabe 65.000 ou mais? E que a durao das baterias fosse de suma importncia para o sucesso do projeto? A soluo ideal para isso o ZigBee. E se no existisse o tal ZigBee? Ento voc provavelmente iria partir para aqueles mdulos RF 315MHz, 492MHz... "*@#+}w#$%Hzppmxxxxxx...", sem nenhum protocolo padro entre fabricantes, sem o conceito de Rede, economia de energia, segurana, etc. Tudo tem seu tempo e o ZigBee chegou na hora certa, pois o emaranhado de fios em certos setores das indstrias e residncias parece mais um alambrado. Nesse pequeno artigo iremos mostrar algumas caractersticas de funcionamento dos mdulos XBee (ZigBee IEEE 802.15.4) fabricados pela Digi/MaxStream, mas antes irei falar um pouco sobre o ZigBee que a base do XBee. A comunicao sem fio (ou wireless) j est inclusa na sociedade h anos como as Redes WLANs, WMANs, WWANs, todas voltadas para usurios finais de pequenas, mdias e grandes empresas, onde o objetivo a transferncia de grandes volumes de dados e voz em altas velocidades. So poucas as Redes wireless destinadas exclusivamente ao controle de dispositivos como rels, trancas eletromagnticas, ventilao, aquecimento, motores, eletrodomsticos, brinquedos, aquisio de dados de sensores, como temperatura, luminosidade, umidade, presso etc. Dentre as Redes WPAN (Wireless Personal Area Network) existentes, a mais recente e promissora a que usa o padro ZigBee IEEE 802.15.4. A ZigBee Alliance quem desenvolve o padro ZigBee junto ao IEEE (Institute of Electrical and Eletronics Engineers), atravs da associao de vrias empresas, que juntas, trabalham em conjunto para proporcionar e desenvolver tecnologias para criar um padro de baixo consumo de energia, baixo custo, segurana, confiabilidade, e com funcionamento em rede sem fios baseado em uma norma aberta global. Atualmente a ZigBee Alliance est incluindo novos e mais abrangentes recursos, possibilitando aos fabricantes aumentarem significativamente a capacidade do ZigBee, fazendo com que sua posio de liderana continue firme e crescente no mercado de Redes para controle de dispositivos sem fio. H hoje, mais de 300 empresas associadas ZigBee Alliance em vrios pases e com um crescimento expressivo. O ZigBee permite comunicaes robustas e opera na freqncia ISM (Industrial, Scientific and Medical), sendo na Europa de 868 MHz (1 canal), 915 MHz (10 canais) nos Estados Unidos e 2,4 GHz (16 canais) em outras partes do mundo, e no requer licena para funcionamento. As Redes ZigBee oferecem uma excelente imunidade contra interferncias, e a capacidade de hospedar milhares de dispositivos numa Rede (at que 65.000 por canal), com taxas de transferncias de dados variando entre 20Kbps a 250Kbps. O Protocolo ZigBee destinado a aplicaes industriais, portanto, o fator velocidade no crtico numa implementao ZigBee.1



Os mdulos RF padro ZigBee foram criados para economizar o mximo de energia. Com isso, possvel criar dispositivos sensores remotos alimentados com pilhas ou baterias comuns, que duraro meses ou mesmo anos sem precisarem ser substitudas. Isso porque, os mdulos ZigBee quando no esto transmitindo/recebendo dados, entram num estado de dormncia ou em "Sleep", consumindo o mnimo de energia. Topologia da Rede ZigBee O padro IEEE 802.15.4 define dois tipos de dispositivos conforme a tabela a seguir Tipos de dispositivos segundo a IEEE 802.15.4 Tipos de dispositivo Full Function Device (FFD) Reduced Function Device (RFD) Funcionalidades oferecidas disponveis no protocolo A maioria ou todas Limitada Fonte de alimentao tpica Principal Bateria Configurao tpica do receptor Ligado quando em espera Desligado quando em espera

O protocolo ZigBee define trs tipos de dispositivos de acordo com as funcionalidades oferecidas e consumo de energia: Coordenador (Coordinator) Tambm chamado de ZC (ZigBee Coordinator), o nico FFD responsvel pela formao de uma rede ZigBee, fato que lhe confere presena obrigatria em todas as redes. O Coordenador estabelece um canal de operao e o nmero lgico para formar a rede. Uma vez estabelecido estes parmetros, o coordenador pode formar uma rede permitindo que roteadores e dispositivos finais se integrem a esta. Aps a formao da rede, o coordenador funciona como um roteador, podendo participar no redirecionamento de pacotes de dados e ser uma fonte ou destino de pacotes de dados. Roteador (Router) O roteador ou ZR (ZigBee Router), um n FFD que cria e/ou mantm as informaes da rede e a utiliza para determinar a melhor rota para um pacote de dados. Os roteadores podem participar no redirecionamento de pacotes de dados e devem se integrar rede antes de permitir que outros roteadores e dispositivos finais se integrem a ele. Dispositivo Final (End Device) Um dispositivo final ou ZEB (ZigBee End Device) classificado como um RFD e deve sempre interagir com o seu n pai (ou um roteador ou um coordenador) na rede para receber2



ou transmitir dados podendo ser uma fonte ou destino de dados, porm, no possuindo a capacidade de redirecionamento de informaes.

Exemplo de rede ZigBee

Curiosidade ZigBee - O Ziguezague das abelhas (Bee). O nome ZigBee foi criado a partir da analogia entre o funcionamento de uma Rede em Malha, e o modo como as abelhas trabalham e se locomovem. As abelhas que vivem em colmia voam em Zig... Zag, e dessa forma, durante um vo a trabalho em busca de nctar, trocam informaes com outros membros da colmia sobre, distncia, direo e localizao de onde encontrar alimentos. Uma Malha ZigBee dispe de vrios caminhos possveis entre cada n da Rede para a passagem da informao, assim, possvel eliminar falhas se um n estiver inoperante, simplesmente mudando o percurso da informao. Mesh (Malha): Na topologia Mesh a rede pode se ajustar automaticamente, tanto na sua inicializao como na entrada ou sada de dispositivos na Rede. A Rede se auto-organiza para otimizar o trafego de dados. Com vrios caminhos possveis para a comunicao entre os ns, este tipo de Rede pode abranger em extenso, uma longa rea geogrfica, podendo ser implementada numa fbrica com vrios galpes distantes; controle de irrigao ou mesmo num prdio com vrios andares. Cluster Tree (rvore): Semelhante topologia de Malha, uma Rede em rvore, tem uma hierarquia muito maior e o coordenador assume o papel de n mestre para a troca de informao entre os ns Router e End Device. Star (Estrela): uma das topologias de Rede ZigBee mais simples de serem implantadas, composta de um n Coordenador, e quantos ns End Device forem precisos. Este tipo de Rede deve ser instalada em locais com poucos obstculos transmisso e recepo dos sinais, como por exemplo, em uma sala sem muitas paredes ou locais abertos.

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Veja a seguir alguns tipos de aplicaes onde o padro ZigBee pode ser empregado:

- Redes de controle e sensores sem fio: - Sensor de umidade; - Sensor de temperatura; - Sensor de velocidade do vento; - Sensor de direo do vento; - Sensor de presso atmosfrica; - Controle de iluminao; - Controle de aquecimento; - Controle de Ventilao; - Controle de Irrigao; - Alarmes; - Controle de cancelas; - Controle de portas e portes; - Aplicaes automotivas;

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