Источник: Комп’ютерний моніторинг та інформаційні технології - 2009 / Збірка матеріалів п’ятої всеукраїнської науково-технічної конференції студентів, аспірантів та молодих науковців. - Донецьк, ДонНТУ - 2009, с. 124.
Представим себе такую задачу: необходимо управлять внутренним микроклиматом огромного здания, в котором несколько сотен помещений или, например, снимать данные о погоде с удаленных датчиков, расположенных на крыше здания. В первом случае придется тянуть сотни проводов к «главному компьютеру», который будет анализировать атмосферу внутри помещений и управлять обогревателями, увлажнителями, распределением тепла в отопительной системе. Во втором случае нужно тянуть кабель в труднодоступных местах или по улице. Эти задачи решаются проще применением цифровой радиосвязи.
На сегодняшний день используется стандарт промышленной связи ZigBee, стандарт IEEE 802.15.4. Устройства ZigBee работают на той же частоте, что и Wi-Fi – 2.4 ГГц, но имеют упрощенный протокол связи и собираются на более дешевых элементах. Согласно определению IEEE, 802.15.4 — это стандарт для низкоскоростных частных радиосетей — Low Rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN). Всего за ним закреплено 27 каналов в трех эфирных диапазонах. Общий для всего мира на частоте 2,4 ГГц (16 каналов), дополнительный для США на 915 МГц (10 каналов) и такой же на 868 МГц для Европы (один канал). Скорость передачи данных между устройствами зависит от числа занятых каналов и колеблется от 20 до 256 кбит/с. Модуляция сигнала — сдвигом фазы, в двух нижних диапазонах просто бинарным, а на 2,4 ГГц — квадратурным (OQPSK; Offset Quadrature Phase-Shift Keying). Доступ к каналу — по контролю несущей (CSMA; Carrier Sense, Multiple Access). Дальность связи внутри здания – до 100 метров.
Автором был разработан комплекс для измерения температуры в помещениях с использованием технологии ZigBee. Этот комплекс представляет собой некоторое количество однотипных блоков, внутренняя структура которых представлена на рис. 1.
Описание компонентов:
Все блоки однотипные. Один из блоков назначается «сервером», остальные – «клиентскими блоками». Каждому блоку выдается свой уникальный адрес, так как совокупность этих устройств будет представлять собой сеть.
Программа, установленная на компьютере, к которому подключен «серверный блок» посылает ему следующие команды: опрос имеющихся в сети блоков и готовности их к обмену данными; считывание температуры с удаленного блока; определение состояния источника питания удаленного блока; определение качества сигнала; изменение адреса устройства (может пригодится для создания подсетей); посылка сообщения компьютеру, если он подключен к «клиентскому блоку»; аварийный сброс контроллера удаленного блока.
Максимальное количество устройств в одной сети – 65536 вместе с «серверным блоком», с которого тоже можно считать информацию о температуре.
Контролер ATmega8 можно заменить на любой другой с бóльшим количеством портов, к которым можно подключить датчики или исполнительные устройства, например, датчики влажности, давления, освещенности, микрофон, реле, светодиоды, динамики.
С помощью таких устройств можно построить «Умный дом» любой конфигурации, следить за погодой, собирать роботов и даже управлять сложными технологическими процессами.