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Lycée Eugène IONESCO
TSTI2D - SIN
STI2D - Système d'Information et Numérique
SIN
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Synthèse
Devoir
Evaluation
Projet
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ZIGBEE
1 – ZIGBEE
1.1 – Présentation du Protocole ZIGBEE
ZigBee est une technologie sans fil à courte portée et à faible consommation énergétique utilisée pour
la mise en place de réseau personnel (WPAN Wireless Personal Area Network).
Le protocole ZigBee conçu par ZigBee Alliance (composée de plus de 60
compagnies : Honeywell, Invensys, Mitsubishi, Motorola,Samsung,
Philips, …) est basé sur la norme IEEE 802.15.4.
Les caractéristiques principales de cette technologie sont :
Technologique de communication radiofréquences fonctionnant sur la bande ISM c’est-à-dire
la bande des 2,4 GHz.
Portée théorique en extérieur de 10 m (série 1), 100 m (série2 ) ou 1000 m (série pro).
Vitesse de communication de 250 kbps.
Faible consommation : 1 mW (série 1 et série2) et 60 mW (série pro).
Communication fiable et sécurisée.
Faible coût
Flexibilité et topologies variées du réseau
Jusqu’à 65536 nœuds adressables pour un seul réseau.
On retrouve le protocole ZigBee est utilisé dans des environnements embarqués où la consommation
est un critère de sélection : la domotique (volets automatiques, commande éclairage...), le domaine de
la santé (bracelets pour malades), la gestion de l’énergie (capteurs de courant, gestion du chauffage…),
le contrôle à distante (télécommandes uniques pour divers équipements), les contrôle industriels, les
détecteurs de fumée et d’intrusion, les télécommunications, le paiement avec téléphones portables...
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La « ZigBee Alliance » propose un classement des objets appelés profils :
ZigBee Smart Energy : gestion de l’énergie ;
ZigBee and RF4CE : télécommandes pour appareils électroniques ;
ZigBee Health Care : santé ;
ZigBee Building Automation : contrôle des immeubles ;
ZigBee Home Automation : contrôle de la maison, domotique ;
Zigbee Retail Services : paiement sécurisé. ;
Zigbee Telecom Services : Services téléphonie mobile ;
Zigbee Ligth Link : contrôle d’éclairage ;
Zigbee Input Devices : connexion de périphériques informatiques ;
1.2 – Consommation
Le protocole Zigbee utilise un mode appelé somnolence ou « doze » : il émet son message pendant
quelques millisecondes, puis attend éventuellement une réponse, et se met en veille pendant une
longue période. Ce mode lui permet d’économiser énormément d’énergie.
Un nœud Zigbee peut fonctionner plusieurs mois voir plusieurs années pour les moins énergivores en
autonomie complète avec des piles alcalines.
1.3 – Réseaux Zigbee
Un réseau Zigbee est composé de trois types de nœuds :
Nœud de type « end-device » (équipement RFD : Reduced Function Device). Il s’agit de nœuds
simples réalisant une seule fonction : allumage d’une lampe, d’un appareil de détection …
Nœud de type « routeur » (équipement FFD : Full Function Device). Ces noeuds permettent la
transmission de messages. Ils sont indispensables pour étendre le réseau par acheminements
des trames d’un noeuds à un autre. Ils permettent aussi aux autres modules de s’enregistrer
sur le même réseau, et non exclusivement chez le coordinateur.
Nœud de type « coordinateur ». Ce type nœud unique dans un réseau assure les fonctions
telles que l'authentification, l’initiation de la communication, la sécurité et l’ajout des noeuds
au réseau ... Il doit être actif en permanence pour répondre à tout moment aux requêtes des
autres éléments du réseau. Il est donc alimenté à plein temps.
Les réseaux Zigbee peuvent présenter plusieurs types de topologie :
Point à point (Pair).
Etoile (Star).
Arbre (Cluster tree).
Maille (Mesh).
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E
E
R
C
C
E
E
R
- Point à Point E
- EtoileE
E
E
E
C
E
E
C
R
R
E
R
R
R
R
E
E
E
E
E
- Arbre -
- Maille -
La topologie, la plus utilisée en Zigbee est le réseau maillé (mesh). Dans ce type de réseau, les nœuds
sont interconnectés avec d'autres nœuds de sorte que de multiples voies permettent de connecter
chaque nœud. Les connexions entre les nœuds sont misent à jour dynamiquement et optimisées par
une table de routage intégrée dans la maille.
2 – MODULES XBEE
2.1 - Présentation
Les modules de communication Xbee™ sont des modems radiofréquences utilisant le
protocole de communication Zigbee. Fabriqués par Digi International, ils ont été
certifiés par la communauté industrielle ZigBee Alliance en 2006.
Le XBee étant devenu populaire, sa forme si particulière est aujourd’hui reprise par
des fabricants de puces Bluetooth permettant la compatibilité des shields
« Arduino » et d’adaptateurs XBee.
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2.2 – Différentes versions des modules Xbee
Il existe trois types de modules Xbee :
Xbee S1 (série 1) ;
Xbee S2 (série 2) :
Xbee Pro.
Bien que la consommation ou la portée soient sensiblement les mêmes, les modules S1 et S2 ne sont
pas compatibles entre eux. D’autre part, les modules S1 ne permettent que les topologies réseau
« point à point » et « étoile ».
Totalement compatibles avec les modules S2, les modules « pro » offrent des meilleures performances
notamment la portée mais au détriment de la consommation.
2.3 – Les antennes
Les modules Xbee sont disponibles avec différents types d’antennes du module :
Wire : Antenne fouet permettant de recevoir des ondes omnidirectionnelles.
Chip : Puce plate en céramique permettant de recevoir des ondes cardioïdes, sans risques de casser
l’antenne.
UFL : Connecteur permettant la connexion éventuelle d’une petite antenne externe .
RPSMA : Connecteur permettant la connexion éventuelle d’une antenne externe plus grande.
- Wire -
- Chip -
- UFL -
- RPSMA -
2.4 – Brochage des modules Xbee S2 ou Xbee Pro
Un module Xbee peut être utilisé avec un microcontrôleur et dans ce cas la communication entre le
module et le microcontrôleur est réalisée par l’intermédiaire d’une liaison série asynchrone. Ils peuvent
également fonctionner seuls et disposent donc de 6 entrées analogique et de 8 broches numériques.
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Broche
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Nom
VCC
DOUT
DIN
DO8
RESET
PWM0
RSSI
PWM1
DTR/
SLEEP_RQ
DI8
GND
AD4
DIO4
CTS/
DIO7
ON_SLEEP/
VREF
Associate
AD5
DIO5
RTS
AD6
DIO6
AD3
DIO3
AD2
DIO2
AD1
DIO1
AD0
DIO0
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Sens
Sortie
Entrée
Sortie
Entrée
Sortie
Sortie
Entrée
Entrée/Sortie
Entrée/Sortie
Sortie
Entrée
Entrée/Sortie
Entrée/Sortie
Entrée/Sortie
Entrée/Sortie
Entrée/Sortie
Entrée/Sortie
Description
Tension d’alimentation
Sortie liaison série (Tx)
Entrée liaison série (Rx)
Sortie numérique
Remise à 0 du module
Sortie PWM
Indicateur de puissance du signal reçu
Sortie PWM
Non connectée
Contrôle de Flux matériel liaison série
Entrée de mise en veille
Entrée numérique
Masse
Entrée analogique
Entrée Sortie numérique
contrôle de Flux matériel liaison série
Entrée Sortie numérique
Indicateur de l’état du module
Tension de référence du CAN
Indicateur d’association
Entrée analogique
Entrée Sortie numérique
contrôle de Flux matériel liaison série
Entrée analogique
Entrée Sortie numérique
Entrée analogique
Entrée Sortie numérique
Entrée analogique
Entrée Sortie numérique
Entrée analogique
Entrée Sortie numérique
Entrée analogique
Entrée Sortie numérique
2.5 – Mode de fonctionnement des modules Xbee
Les modules Xbee peuvent être configurés pour répondre à certaines besoins de fonctionnement :
Mode transparent : Il s’agit du mode par défaut utilisé par les modules Xbee. Toute donnée
reçue sur la broche RX du module Xbee est automatiquement transmise par radio et se
retrouve disponible sur la broche TX des autres modules Xbee.
Mode API (Application Programming Interface) : ce mode permet d’accéder à toutes les
possibilités de mise en réseau des modules.
Mode « command » : ce mode permet de configurer le module, ses entrées, ses sorties, son
adresse, l’adresse de destination de ses messages, etc.
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2.6 – Paramétrage des modules XBEE
Les modules Xbee peuvent être utilisés en mode transparent sans aucune modification de leur
configuration. Cependant pour modifier certains paramètres (canal radio utilisé, numéro de réseau,
vitesse du port série...), deux solutions sont possibles :
Paramètrage par l’intermédiaire d’un programme « Arduino » exploitant les commandes AT.
Paramétrage par l’intermédiaire du logiciel X-CTU (fourni par la
société Digi) et d’un adaptateur XBEE/USB.
- Adaptateur XBEE/USB La configuration par défaut est la suivante :
Canal : 0x0C
Réseau : 3332
Vitesse : 9600 bits/s
Pour configurer le module Xbee, il faut lancer le logiciel logiciel X-CTU et cliquer sur l’onglet "Modem
Configuration" puis cliquez sur le bouton "Read". Le logiciel X-CTU va lire tous les paramètres du XBee.
Vous pouvez alors les modifier dans la liste déroulante qui est apparue.
Les paramètres importants sont :
PAN ID (Personal Area Network) : Identifiant du réseau personnel. Cet identifiant doit être le
même pour les modules XBee qui doivent appartenir au même réseau.
SH (Serial Number High) : Bits de poids fort (32 bits) du numéro de série du module XBee.
SL (Serial Number Low) : Bits de poids faible (32 bits) du numéro de série du module XBee
DH (Destination Address High) : Bits de poids fort du numéro de série du module XBee avec
lequel vous désirez "converser". Mettre 0 pour répondre au coordinateur du réseau.
DL (Destination Address Low) : Bits de poids faible du numéro de série du module XBee avec
lequel vous désirez "converser". Mettre 0 pour répondre au coordinateur du réseau.
BD (Baud Rate) : Vitesse de transmission en bit/s.
RO (Packetisation Timeout) : Nombre de caractères tamponnés dans le XBee avant de lancer
une transmission.
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