XBee


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XBeeについて

趣味と仕事でXBeeを扱ったので備忘録を書いておく。
XBeeはDigi社が開発/販売している製品
ZigBeeは通信規格(プロトコル)
ZigBeeをOSI構造で表記すると以下のようになる。ZigBeeは物理層とデータリンク層に相当する部分はIEEE802.15.4を採用しており、それより上位のレイヤーにZigBeeプロトコルが在る。通常、XBeeを取り扱っている限りにおいては、アプリケーション層以外のインタフェースは意識しなくても取り扱えるよう設計されている。

No OSI WiFi ZigBee
7 Application Any Any
6 Presentation Any Application support layer(ZigBee)
5 Session Any Application support layer(ZigBee)
4 Transport TCP Network Layer(ZigBee)
3 Network IP routing Network Layer(ZigBee)
2 Data link WiFi802.11 802.15.4
1 Physical WiFi802.11 802.15.4

XBeeの設定項目

よく設定項目がなんなのかわからなくなるのでメモ。
COかRTかEDによっては、設定できたりなくなったりするので注意。
Networking
略称 名称 説明
ID PAN ID TCP/IPでいえばサブネットマスクみたいな?同じ番号のもの同士しか通信できない
SC Scan Channels 使用する周波数帯域
SD Scan Duration Duration of the active scan and energy scan during coordinator initialization.Scan Time=SC*(2^SD)*15.36ms. (SC=# channels)
ZS ZigBee Stack Profile よくわからないけど、0でOK
NJ Node Join Time ×1sec

Addressing
略称 名称 説明
DH Destination Address High 親機なら0でOK、子機なら親機のアドレスを設定する
DL Destination Address Low
NI Node Identifier ASCIIで好きな名前を入力できる.識別する時に便利
NH Maximum Hops 最大ホップ数、デフォ値は0x1E
BH Broadcast Radius 0はどこまででもの意味
AR Many-to-one Route Broadcast Time ×10sec
DD Device Type Identifier
NT Node Discovery Backoff 3C=6000msec,This sets the maximum delay for Node Discovery responses to be sent.×100msec
NO Node Discovery Options よくわからないけど、0でOK
CR PAN Conflict Threshold Set/read threshold for the number of PAN id conflict reports that must be received by the network manager within one minute to trigger a PAN id change.

RF Interfacing
XBeeが出力する電波強度を調整できる。通常は一番強くてOK。干渉やら狭いエリアでネットワークを組みたい場合などに使用する。
略称 名称 説明
PL Power Level 4:Highest~0:Lowest
PM Power Mode 1:Boost Mode Enabled,0:Disabled

Security
略称 名称 説明
EE Encryption Enable よくわからない
EO Encryption Options よくわからない

Serial Interfacing
略称 名称 説明
BD Baud Rate 通信速度 3:9600,5:38400,7:115200
NB Parity パリティ
SB Stop Bits ストップビット
D7 DIO7 Configuration
D6 DIO6 Configuration
AP API Enable 1:Enables API mode 通常は1でOK、バイトスタッフィングしたい場合は2にする.2にするとヘッダ以外の0x7Eが置換される.
AO API Output Mode 0: Native,1:Ecplicit,3 - Same as 1, plus received ZDO requests are passed out the UART.よくわからないが、通常のパケットが0だと0x92フレーム、1だとt0x91フレームになる

Sleep Modes
略称 名称 説明
SM Sleep Mode 0:No Sleep, 4:CYCLIC SLEEP RTは0が選べる。EDは選べない(EDは必ずSleepする)。
SP Cyclic Sleep Period 0x20(320msec)~0xAF0(28sec)Set SP on parent (Coordinator or Router) to match the largest SP of its end device children. On a router or coordinator, SP determines the transmission timeout when sending to a sleeping end device. SP also determines how long the parent will buffer a message for a sleeping child.この項目だけで設定できる最長スリープは28秒
SN Number of Cyclic Sleep Period Set/read the number of cyclic sleep periods used to calculate end device poll timeout. If an end device does not send a poll request to its parent coordinator or router within the poll timeout, the end device is removed from the child table. The poll timeout is calculated in milliseconds as (3 * SN * (SP * 10ms)), minimum of 5 seconds. i.e. if SN=15, SP=0x64, the timeout is 45 seconds.
SO Sleep Options Bitfield options include: 0x02 - Wake for ST time on each cyclic wake (after sleeping for SN sleep periods), 0x04 - Enable extended cyclic sleep (sleep for entire SN*SP time - possible data loss). All other option bits should be set to 0.
ST Time before Sleep time period of inactivity (no serial or RF data is sent or received) before activating Sleep Mode. The ST parameter is used only with Cyclic Sleep settings (SM=4-5).スリープから復帰後の起きている時間の設定。短過ぎると通信できないので注意。

I/O Settings
面倒なので省略
RTとかで、I/Oサンプリングを行うには、IR設定を0から0x1F5などとする。

XBeeエクスプローラーについて

XBeeのファームウェア(上記の設定)を書き込むのに必要なデバイス。市販品もあるし自作することも可能。
ただし、必ずリセットスイッチありのものを買うべき(か作るべき)。
おすすめ品

XBeeのペリフェラルについて

XBee単体のペリフェラルは、UARTx1 / ADCx4 / DIOx5になる。
ADCも入力範囲が狭く0~1.2V
DIOも+3V入出力(+5Vトレラントではない!注意)
UARTも最速は115200bpsまで、しかも一度に送れるデータ量は実効上40Byteくらいまで。

XBeeのペリフェラルはかなり貧弱といわざるを得ない。
よく雑誌で「XBeeだけでセンサデータ取得!」という見出しがあるけれど、これは嘘だなと思う。
実際のセンサは、SPI/I2Cが多いのでマイコンを導入する必要があるし、
電圧出力型のセンサであれば、1.2Vの範囲に納まるようにOPアンプ(分圧抵抗?)が必要になる。
(回路規模が大きくなる。

ちなみに、裏技的にXBeeのDIOだけでI2Cを行う方法もある。
が、非常にCLKが遅くなるので1サンプリングデータの取得に数分を要することになる。
XBee+センサだけの構成にできれば非常に回路規模を簡単化できて良いのだが、実用性は低い。温度とかが精々。
XBee+マイコン+センサの構成が一番実用性が高い構成といえそう。XBeeは単純に通信機として扱う。

XBeeのFAQ

  • XBeeのネットワーク層以下のパケットを見るには?
通常のUSBエクスプローラー接続では不可能。
Sniffer製品を利用するとパケットをモニタリングすることができる。

  • スループットを算出するには?
XCTUを利用する。
  • 受信強度(RSSI)を測定するには?
XCTUを利用する。
  • ネットワーク構造を見るには?
XCTUを利用する。