Новое решение для сети ZigBee компании ATMEL

В статье изложены особенности нового подхода компании ATMEL к построению беспроводной сети по стандарту ZigBee. Рассматриваются технические характеристики микросхемы приёмопередатчика и управляющих микроконтроллеров.

Компания Atmel довольно часто использует при разработке беспроводных сетей комбинированный подход, основанный на объединении радиочастотного прибора с традиционным или специализированным контроллером [1, 2]. Новое решение корпорации Atmel для сетей ZigBee [3] получило название AVR Z-Link и представляет собой связку 802.15.4 — совместимого приемопередатчика — AT86RF230 с микроконтроллером семейства AVR ATmega1281 или ATmega 2561 (рис. 1). Устройство характеризуется крайне низкой потребляемой мощностью и высокой чувствительностью, использует диапазон радиочастот 2,4 ГГц и полностью совместимо со стандартом IEEE 802.15.4. Использование указанной комбинации микросхем позволяет уменьшить потребляемую мощность и получить более широкий частотный диапазон, что отличает данную систему от других аналогичных систем по стандарту 802.15.4, предлагаемых сегодня на рынке.

Рис. 1. Структурная схема системы ATMEL - 802.15.4/ZigBee

Atmel предлагает для своей системы бесплатное программное обеспечение уровня МАС. Программное обеспечение для сетевого и прикладного уровней поставляется независимыми производителями [4], которые предлагают оптимизированные пакеты для стандарта 802.15.4.

Новая система Atmel обладает высокими техническими параметрами. Чувствительность приемника Atmel Z-Link составляет -100 дБм, мощность передатчика 3 дБм. При этом для достижения таких параметров не применяются внешние усилители мощности, что позволяет решить задачу со значительно меньшим количеством внешних компонентов, в частности, для реализации радиочастотной функции необходимы всего шесть внешних компонентов. Указанные параметры позволяют увеличить дальность действия и надежность связи и снизить энергопотребление при проектировании системы по стандарту 802.15.4.

Максимальное расстояние, на котором два приемопередатчика “видят” друг друга, для AT86RF230 в 2,8 раза больше, чем у конкурирующих радиочипов, что позволяет уменьшить общее число узлов в сети и снизить стоимость 802.15.4 систем вплоть до 60%.

Низкое энергопотребление – характерная черта приборов Atmel: новый приемопередатчик позволяет работать от одной батареи много лет. Система Atmel Z-Link при рабочем напряжении 1,8 В потребляет ток 17 мА в режиме передачи, 15 мА — в режиме приема и 0,7 мкA — в спящем режиме, что является наилучшими показателями среди всех систем 802.15.4, предлагаемых на рынке.

В практических задачах, характеризующихся одной передачей в минуту, микросхема Atmel потребляет значительно менее 0,01 мА в час. Это дает возможность устройству работать от одного комплекта батарей 2 х AA 2700 мА более пяти лет. Длительность работы от одного комплекта батарей могут ограничивать другие компоненты системы, например, сенсоры или приводы.

Atmel 802.15.4/ZigBee является гибкой системой. Она поддерживается семейством микроконтроллеров Atmel AVR 8-битовый RISC с объемом внутренней флэш-памяти от 32 до 256 KB. Микроконтроллеры ATmega1281 и ATmega2561 доступы в корпусе 9x9 мм QFN. Технические характеристики таких AVR – контроллеров приведены в табл. 1.

Таблица 1. Технические характеристики AVR–контроллеров

Микросхема	Тип AVR	RF-чип	Flash (КБ)	EEPROM (КБ)	RAM (КБ)	ISM диапазон [ГГц]	Чувствительность [ДБм]	Выходная мощность [ДБм]	Напряжение питания Vcc [В]	I/Os
ATmega64RZA	mega644	RF230	64	1	8	2.4	-101	3	1,8-3,6	32
ATmega128RZA	mega1281	RF230	128	4	8	2.4	-101	3	1,8-3,6	54
ATmega128RZB	mega1280	RF230	128	4	8	2.4	-101	3	1,8-3,6	86
ATmega256RZA	mega2561	RF230	256	4	8	2.4	-101	3	1,8-3,6	54
ATmega256RZB	mega2560	RF230	256	4	8	2.4	-101	3	1,8-3,6	86

Приемопередатчик AT86RF230 работает в диапазоне 2,4 ГГц, специально разработан для систем ZigBee/IEEE802.15.4 низкого ценового диапазона. Микросхема оснащена SPI-интерфейсом. Все компоненты, выполняющие функции радиопередачи, за исключением антенны интегрированы в одну микросхему. AT86RF230 выпускается в корпусе QFN 5x5 мм.

Программное обеспечение разработчика ATMEL ZIGBEE

Программное обеспечение Atmel IEEE 802.15.4 MAC представляет собой библиотечный файл (.dll) c файлом заголовка, компилируемым под WinAVR (GCC) или IAR C-компилятор. Программное обеспечение предоставляется полностью бесплатно. Компилятор WinAVR может быть интегрирован в среду разработки Atmel AVR Studio, обеспечивая тем самым бесплатную работу с беспроводными приложениями. Программное обеспечение MAC полностью совместимо с IEEE 802.15.4 и гарантирует минимальный размер кода с максимальной гибкостью при совместном использовании. Совместное использование позволяет основному приложению контролировать MAC через функциональные запросы и не требует RTOS (real time OS).

Задачи разработки системы Atmel ZigBee могут быть достаточно просто решены при помощи стандартных средств разработки AVR и вспомогательных комплектов разработчика AVR Z-Link RZ502 или RZ502.

Более детальную информацию можно получить на сайте производителя [2], а также на сайте компании Rainbow Technologies [5] в 5 выпуске электронного журнала “Приборы ATMEL для беспроводных технологий”.

Литература

1. http://www.atmel.com/products/AVR/z-link/zigbee.asp
2. http://www.atmel.com/products/zigbee/
3. http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=3941
4. http://www.atmel.com/products/avr/thirdparty.asp
5. http://www.rtcs.ru/news_detail.asp?id=1191#5

Ярослав Белецкий
Rainbow Technologies