У цій статті ми розповімо, як створюються пристрої Z-Wave. З точки зору схемотехніки і програмування розробка Z-Wave пристрою не сильно відрізняється від розробки пристрою на базі Arduino, AVR або PIC. Однак є в Z-Wave свої нюанси. Про них-то і піде мова під катом.
Про протоколі Z-Wave я вже писав. Тому не буду детально описувати деталі протоколу, а пройдуся по апаратній платформі. Говорити будемо тільки про останній 5 му поколінні чіпів і модулів, які були представлені більше двох років тому.
Отже, із залізною точки зору чіпи і модулі Z-Wave - це модернізоване ядро 8051. Чіп виконаний у форматі SoC, з наступною периферією:
- 128 КБ флеш пам'яті для вашого коду,
- 16 КБ оперативної пам'яті (XRAM) і 256 байт (IRAM), куди мапятся SFR-регістри,
- 256 байт NVR (там же зберігаються калібрувальні дані кристала і lock bit),
- 30 GPIO,
- 2 UART,
- 2 SPI (Master і Master / Slave),
- 1 USB (тільки для Serial),
- 4 АЦП 12/8 біт,
- 1 сканер на 88 клавіш (з можливістю сканування в режимі глибокого сну),
- 1 TRIAC-контролер генератор з ZEROX-детектором,
- 5 ШІМ з роздільною здатністю 16 біт,
- 4 ІК-контролера і 1 ІК декодер для навчання,
- завантажувач (включається по піну RESET або з коду записом у відповідний SFR регістр) для перепрошивки по SPI або UART, а також можливість перепрограмувати себе (перезапис флеш-пам'яті використовується для OTA -перепрошівкі),
- вбудований кріптоускорітель для 128-бітного шифрування AES,
- монітор харчування (для оцінки заряду батареї).
Харчування чіпа 2.3-3.6 В. Споживання становить близько 15 мА в режимі роботи, 35 мА в режимі прийому і до 45 мА в режимі передачі. Також є режим глибокого сну зі споживанням 1 мкА (пробудження від INT1) і WUT (+0.7 мкА).
Очевидно, багато функцій і ноги перетинаються і недоступні одночасно.
Така велика кількість функцій в одному чіпі дозволяє істотно знизити вартість створюваного пристрою, тому що не вимагає використання додаткових мікроконтролерів. Наприклад, диммер, дверний замок, брелок на батарейках, складовою датчик (температура / вологість / осовещённость /.) Можна зробити прямо на мікроконтролері Z-Wave з відповідним обвязом.
Але головне, в чіп вбудований радіо трансивер. Однак доступ до нього здійснюється тільки через бібліотеки Sigma Designs (про це нижче). Тому багато про нього невідомо. Скажемо лише, що
- чутливість на робочій частоті Z-Wave становить -104dBm,
- вихідна потужність 5dBm,
- робочий діапазон 850-940 МГц. (Ми впевнені, що більше, але опис RF частини взагалі відсутній, тому доступної інформації про інше використання радіо трансивера немає. Очевидно, що це типовий SDR -чіпом, і велосипед Sigma Designs тут не показала).
Мінімальний «обвяз» для Z-Wave вимагає лише кварцу (входить в модулі), узгодження антени, кілька конденсаторів для стабілізації живлення і підтяжка ноги RESET. Більшості пристроїв Z-Wave ще потрібно мінімум 16 КБ EEPROM (для OTA оновлення прошивки потрібно 128 КБ).
постачальники
Чіпи виробляються тільки Sigma Designs і за ліцензією японської Mitsumi. На даний момент випускається вже 5 друге покоління чіпів. Дуже важливим аспектом у розвитку Z-Wave є зворотна сумісність. Причому не тільки на програмному рівні, а й в плані форм-фактора і характеристик чіпів. У лінійці нових модулів є pin-to-pin сумісні з усіма попередніми поколіннями. Це дозволяє швидко модернізувати вже вироблені пристрою без зміни схем і переразводкі плат.
Варіанти доступних чіпів
Z-Wave чіпи доступні в двох варіантах: