Zigbee устройства: Zigbee – беспроводная связь для систем умный дом – описание технологии, устройства, возможностей, отличие от WiFi

Posted on by alexxlab

Содержание

Как работает умный дом Xiaomi Mijia

 

Здравствуйте друзья

В этой статье я хочу поделится информацией об устройствах умного дома Xiaomi, которые работают по беспроводному протоколу ZigBee. 

Вступление

К написанию этой статьи меня подтолкнули многочисленные вопросы к моим обзорам и видео — нужен ли шлюз Xiaomi к светильникам, увлажнителю, можно ли напрямую подключить датчик температуры и влажности к телефону и т.д. В свое время я снял два больших видео по теме, но видимо тема себя еще не исчерпала. 

Где купить

Обычно в своих обзорах в этом месте я оставляю ссылки на магазины с обозреваемым товаром, но в данном случае — я буду затрагивать много различных устройств и поэтому дам ссылку на большую сводную таблицу, которую я постоянно пополняю. В этой таблице содержится информация по всем устройствам умного дома, с ссылками на магазины, обзоры и видео. Но кроме умного дома, остальные вкладки таблицы содержат аналогичные данные по всей экосистеме Xiaomi. Предложения по таблице тоже можете писать в комментариях к этой статье.

Таблица по экосистеме Xiaomi

Что такое ZigBee

ZigBee — это спецификация беспроводной сенсорной сети, которая является надстройкой к стандарту IEEE 802.15.4. Если проще — это отдельная сеть, такая как Bluetooth, Wi-Fi, LTE etc. И тут содержится ответ на вопрос — можно ли подключить / управлять напрямую с смартфона ZigBee датчиками — нет, так как в смартфоне физически нет этого интерфейса. 

Почему именно ZigBee ?

Для стабильной работы датчиков умного дома, необходима была надежная, способная к самовосстановлению и простая в развертывании беспроводная сеть — при этом высокая пропускная способность здесь не имеет существенного значения. Вторым важным фактором является то, что оборудование, которое работает в такой сети — должно быть способно на длительное автономное питание. Zigbee — полностью соответствует всем этим условиям, благодаря ячеистой топологии она обеспечивает самовосстановление и гарантированную доставку пакетов, имеет криптографическую защиту и, наконец, имеет высокую автономность работы — например с моей системе имеются датчики движения, причем расположенные в проходных местах, которые работают более 1,5 лет на одном элементе питания (плоская 3В «таблетка»).

Шлюз Smart Home Multifunctional Gateway

Для того, чтобы иметь возможность взаимодействовать с ZigBee устройствами, необходим шлюз — устройство физически имеющее интерфейс ZigBee и второй интерфейс — Wi-Fi для подключения в домашнюю сеть. Некоторые называют его — «хаб», концентратор, логику понять можно, ведь к нему может подключаться множество устройств, но все же основное его предназначение — это трансляция пакетов между ZigBee и Wi-Fi интерфейсами. 

Кому интересна более подробная информация, по тексту статьи буду оставлять ссылки на видео по теме.

Самым распространенным является круглый шлюз Mi / Mijia, кроме своей основной задачи он может выполнять роль LED светильника, онлайн радио, сирены сигнализации, дверного звонка и будильника. Кроме этого он оборудован датчиком освещения, который можно использовать в сценариях.

Шлюз от Aqara, он может быть квадратным как в видео ниже, или круглым. Вместо LED подсветки он оборудован всенаправленным ИК передатчиком и 16 А разъемом Type I — для тройной китайской вилки. Он позиционируется как компаньон для кондиционера, управляя им через ИК и считая энергопотребление через разъем розетки. Реле в розетке не предусмотрено, только энергомонитор. В принципе через ИК можно управлять любым другим устройством. 

Альтернативой может служить и гибрид шлюза с IP камерой от Aqara, хотя вариант, по моему мнению, довольно спорный — как зверь «морская свинка», но к морю и к свиньям отношения не имеющий.

Датчики умного дома подключаются непосредственно к шлюзу, при этом не имеет значения производитель — mijia работает с aqara, aqara с mijia. Что касается максимального количества датчиков на одном шлюзе — то есть информация о 30 устройствах, есть свидетельства о 50+ устройствах. Лично у меня, в среднем, около 25 устройств на каждый шлюз, которых у меня 4. Каждый из шлюзов, которые находятся в разных точках квартиры, управляет пулом датчиков расположенных в непосредственной близости от него. Здесь содержится еще один ответ на часто задаваемый вопрос — второй шлюз не расширяет покрытие первого, он работает как самостоятельное устройство со своими датчиками. Датчики управляемые разными шлюзами — прекрасно взаимодействуют друг с другом.

Датчики

Какие датчики работают по протоколу ZigBee? Очевидно — те, которые не имеют стационарного питания от сети — исключение составляет разве что Bluetooth датчик температуры и влажности да датчики ухода за растениями, хотя возможно ассортимент и расширится. 

Кроме них, в системе УД Xiaomi, по протоколу ZigBee работают все типы настенных выключателей, встраиваемая розетка Aqara, один из видов накладных розеток, привод для штор, умный дверной замок. 

Датчики можно условно разделить на два типа — сигнальный и исполнительный. К сигнальным относятся те датчики, которые являются условиями сценариев и они не предусматривают удаленного управления. Кратко пройдемся по ним :

Беспроводные кнопки

По формфактору бывают круглые mijia, поддерживает три условия — клик, двойной клик и длинный клик. 

И квадратные от Aqara — есть два варианта, с поддержкой только двух условий клик и дабл клик, и трех — аналогично mijia

Датчик движения 

Очень востребованный и нужный датчик, именно он позволят автоматизировать задачи типа включения и выключения света по обнаружению или отсутствию движения и подобные им. Так же производится mi/mijia и aqara. Mi/mijia имеет условия — обнаружение движения и 5 условий по отсутствию движения — через 2,5,10,20 и 30 минут

Датчик от Aqara более продвинутый — он имеет шарнирную ножку, позволяющая устанавливать датчик под нужным углом, кроме этого он оборудован датчиком освещения, что добавляет к нему дополнительное условие — движение в темноте. Благодаря этому можно сделать сценарии зависящие и от уровня освещения в помещении.

Куб-контролер

Необычный и многофункциональный датчик, в качестве условий у него — поворот кубика на 90 и 180 градусов, тряска, двойной удар по столу, сдвиг, вращение — для плавных регулировок например яркости светильника. Это кстати единственный контролер УД с плавными регулировками. В альтернативных системах еще имеются условия — взмах и подбрасывание в воздухе. Здесь тоже есть варианты от mi/mijia и aqara, но последний куб еще не попал ко мне на обзор, поэтому ссылка только на первый. 

Датчики открытия

Тоже ходовой и простой датчик, состоящий из двух частей — собственно датчика и магнита. В датчике имеется геркон, который замыкается / размыкается при приближении/удалении магнита. Одна часть датчика прикрепляется например на стену, вторая — на окно/дверь. Версии от mijia и aqara здесь отличаются только формой. Скругленный у mi/mijia

И прямоугольный у Aqara

Принцип работы — замыкание и размыкание, позволяют легко переработать этот датчик, просто подпаяв два провода. Например можно вывести провода на обычную кнопку дверного звонка, сделав его «умным», либо, как в видео ниже — сделать из него датчик протечки — все зависит от ваших нужд и фантазии.

Датчики утечки воды, дыма и газа

Раз уж коснулись этой темы, то стоит вспомнить про «заводской» датчик протечки воды (на момент моей модификации датчика открытия, его еще не было). Он имеет два условия — протечка обнаружена и протечка устранена. Кроме самого факта обнаружения протечки воды, можно сделать сценарий, который будет управлять питанием привода автоматического крана — тем самым моментально перекрывать воду в доме, что позволит избежать дорогостоящего ремонта. Производит только aqara

А в содружестве с известным брендом Honeywell, mijia выпустила датчики, обнаруживающие в воздухе дым и газ. Полагаю что важность этих датчиков понятна и так. При срабатывании (не дай бог) кроме того что они начнут громко пищать, к вам на смартфон тут же придет уведомление.

Датчики температуры и влажности

Совершенно незаменимыми для климат контроля — являются датчики температуры и влажности. Они могут являться условиями для работы увлажнителей воздуха, кондиционеров, нагревательных приборов. В сочетании с датчиками открытия — могут быть созданы сценарии учитывающие кроме климатических параметров — еще и статус окон — открыты или закрыты. Датчики от mi/mijia традиционно имеют круглую форму

А aqara — квадратную, причем кроме температуры и влажности измеряют еще и атмосферное давление. 

Розетки

Кроме своих основных задач — включение и выключение нагрузки и энергомониторинг, розетки работающие по стандарту ZigBee выполняют важную роль повторителей сигнала. Ведь, по сути, имеющие доступ к стационарному питанию устройства, не очень нуждаются в супер экономичном интерфейсе. Если расстояние между шлюзом и датчиком слишком велико для стабильной работы — то расположенная между ними розетка, естественно подключенная к этому же шлюзу, будет работать как ретранслятор. При этом статус самой розетки вкл/выкл — не важен, она должна быть онлайн (подключена к сети питания). 

Версия от mi/mijia — выполнена в виде накладной розетки

Версия от Aqara — встраиваемая

Настенные выключатели

Их производит только аqara, аналогов у mi/mijia — нет. Выключатели бывают на 1 и 2 клавиши, кроме этого их можно разделить на 3 типа

Беспроводные — по сути это аналог беспроводной кнопки, только в виде выключателя. Версия с 1 клавишей имеет только одно условие — клик, на 2 клавиши — три, клик правой, левой и одновременный клик двумя клавишами. Позиционируются как повторители проводных выключателей, но могут использоваться совершенно в любых сценариях.

Выключатели с разрывом фазы — наиболее применимые в наших широтах, по той причине что не требуют нулевой линии, которой обычно нет в наших коробках для выключателей. Имеет 1 контакт для входящей фазы, и в зависимости от количества клавиш 1 или 2 контакта для исходящей фазы. Батарейки не имеет, питания достаточно получаемого от тока протекающего через нагрузку — для работы нужно, чтобы хотя-бы один из исходящих контактов был подключен к нагрузке.

Интересен тем, что в плагине управления можно отключить связку — нажатие клавиши/срабатывание реле выключателя. Т.е. может использоваться и для логических сценариев — например правая клавиша физически рвет фазу и отключает обычную лампу, вторая — логически отключает умный светильник. Устройство может работать и как условие сценариев — аналогично беспроводной версии, и действием — включение/выключение реле. Удобно использовать и с умными светильниками — реле постоянно замкнуто, напряжение на светильник подается он в онлайне. Управление — логическое по клавише, но в случае его зависания — редко но бывает, можно, без особых трудностей, через плагин выключателя его обесточить и включить — тем самым перегрузив.

Максимальная нагрузка такого выключателя — до 800 Ватт

И, последний вариант — выключатели с нулевой линией. По сути — те же розетки, только с прямым подключением проводов. Мощность в 2,5 кВт (макс 10А при 250 В) — позволяет ему управлять мощными нагрузками, вроде бойлера или электрорадиатора. Использовать вместо обычных выключателей — проблематично, из за необходимости нулевой линии, а вот запитать от него тот-же бойлер и запрограммировать автоматическую работу — очень легко. Кроме этого выключатель ведет мониторинг энергопотребления.

По основным датчикам системы УД — я пожалуй закончу, привод штор, умный замок, сиденье дял унитаза в рамках этой статьи рассматривать не будем. В качестве завершения дам ссылку еще на один общий видеообзор по ответам на вопросы и примерам сценариев — 

 

Вопросы — задавайте в комментариях, постараюсь ответить. Спасибо за внимание!

Zigbee. Когда раZмер имеет Zначение

Сколько zigbee-устройств можно привязать к одному координатору?
Ответом будет тоже вопрос: а какая у вас структура сети и какой координатор?

Однозначно сказать нельзя, если только производитель не указал это в документации.

Для примера возьмем координатор на чипе TI cc2530/cc2531. Именно на этом чипе работает известный многим «колобок» Athom Homey, «спрутстик» или открытый проект zigbee2mqtt.

Одним из недостатков этого чипа является ограниченный размер оперативной памяти (8Кб). И именно поэтому, обычная прошивка имеет ограничение на 15 напрямую подключенных устройств (соседей). Но если мы подключим любое устройство Zigbee-роутер, то подключая остальные устройства через него сможем увеличить общее количество устройств еще на 15. И так для каждого дополнительного роутера. Тут приходит еще одно ограничение — 6 роутеров. А с ростом количества устройств нужно выделять больше размер буфера данных…

Все подобные ограничения задаются параметрами прошивки, и соответственно разные прошивки имеют разные параметры. Поэтому, в случае необходимости большого количества устройств, можно собрать прошивку с соответствующими параметрами, но пожертвовав каким-либо другим функционалом. Разбираться в хитросплетениях этих параметров то еще «удовольствие». Именно поэтому, нет прошивки с максимальными значениями для этих параметров, а есть разные варианты прошивок.

И это еще сейчас в прошивках для cc253* используется старый стек Zigbee Z-Stack 1.2.2, а уже есть новый Z-Stack 3.0. На нем более эффективно сделано управление памятью (позволит больше устройств подключить). Но пока прошивки с новым стиком не приживаются — надо адаптировать код к работе с ними.

Но это касалось чипа TI cc2530/cc2531. На смену этому чипу уже давно пришел обновленный чип cc2538 (до 32Кб памяти). А на смену этому чипу уже есть cc2650 дополнительно с BLE (до 80К памяти) и его уже заменил CC2652R… Но эти чипы дороже старого проверенного cc2530 и не так доступны.

А еще есть deConz ConBee со своими чипами и прошивками — у них с количеством обслуживаемых устройств всё гораздо лучше (заявлено до 200 устройств).

основные отличия от технологии Wi-Fi и Bluetooth