| Das ZIGBEE-Protokoll |
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Letztmalig dran rumgefummelt: 28.08.12 06:43:03 |
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ZigBee ist ein Funknetz-Standard. PHY- und
MAC-Layer basieren auf IEEE 802.15.4, der es ermöglicht, Haushaltsgeräte,
Sensoren, uvm. auf Kurzstrecken (10 bis 100 Meter) zu verbinden. Der
Standard ist eine Entwicklung der ZigBee-Allianz, die Ende 2002 gegründet
wurde. Sie ist ein Zusammenschluss von derzeit mehr als 230 Unternehmen,
welche die weltweite Entwicklung dieser Technologie vorantreiben. Erste
ZigBee-Produkte kamen Anfang 2005 auf den Markt. ZigBee stellt einen Protokollstapel (Stack) dar, der nach dem OSI-Modell auf den in der im Dezember 2004 eingeführten Norm (Standard) IEEE 802.15.4 spezifizierten OSI-Subschichten PHY und MAC aufsetzt. Es ist für den Einsatz wartungsfreier Funkschalter und Funksensoren mit beschränkter Energieversorgung (z. B. durch Batterie) in schwer zugänglichen Bereichen vorgesehen, wo der Austausch von Batterien nur mit großem Aufwand möglich ist. Die genormten Funktionen schließen auch eine grobe Pegelmessung ein (RSSI), die den Netzaufbau unterstützt. Der ZigBee- und IEEE-802.15.4-Standard stellen dem Entwickler drei verschiedene Gerätearten (ZigBee Devices) zur Verfügung. Mit diesen Geräten wird das ZigBee Wireless Personal Area Network (PAN) aufgebaut. Man unterscheidet drei Rollen, die ein ZigBee-Gerät erfüllen kann: Endgerät (ZigBee End Device, ZED) Einfache Geräte wie zum Beispiel Lichtschalter implementieren nur einen Teil der ZigBee-Protokolle und werden daher auch RFD (Reduced Function Devices) genannt. Sie melden sich an einem Router ihrer Wahl an und bilden so mit ihm ein Netzwerk in Stern-Topologie. Router (ZigBee Router, ZR) FFD-Geräte (Full Function Devices) können auch als Router agieren, melden sich an einem existierenden Router an und bilden so ein Netzwerk in Baum-Topologie, durch Ausnutzung von Abkürzungen mitunter auch ein vermaschtes Netzwerk Koordinator (ZigBee coordinator, ZC) Genau wie ein Router innerhalb eines PAN übernimmt es zusätzlich die Rolle des Koordinators. Er gibt grundlegende Parameter des PAN vor und verwaltet das Netz. |
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1. Prinzip und Kommunikationsprotokoll der
USB-Schnittstelle 2. Technisch-Physikalische Eigenschaften der RS232-Schnittstelle 3. Programmierung des FT 232R 4. Verwandte Themen |
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Quellen: Max Perner, DM2AUO in Lehr- und Übungsbuch Informatik Band 1 - 5 Seite ??? |
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... und hier und so konfiguriert man ganz praktisch seine serielle RS232 -
kurz COM - das steht deshalb am Anfang, weil man es am dringendsten benötigt,
wenn die Kommunikation mal nicht funktioniert ;-)
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| 1. Prinzip und Kommunikationsprotokoll der USB-Schnittstelle |
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Je nach Entwicklungsstand und
Transfergeschwindigkeit gibt es USB 1, 2 und nun auch schon 3. USB 1 kann
man als überholt betrachten, aktuell im Amateurfunk ist USB 2. Im Gegensatz
zur COM erfolgt der Datentransfer auf nur zwei Leitungen D+ und D-, hinzu
kommt eine Masseleitung. Eine vierte Leitung überträgt 5 V vom Computer zu
den Endgeräten. An den USB können bis zu 127 Geräte sternförmig
angeschlossen werden, wobei immer der Computer als Master fungiert. Obertragen werden Differenzsignale mit den Pegeln 0 V und 3,3 V. Eine einfache galvanische Trennung mit Optokopplern oder anderen trennenden Bauelementen ist nicht möglich. Beim Erstanschluss eines USB-Endgeräts fragt der Computer nach dessen unverwechselbarer ID (Identifikationsnummer), danach sucht er den passenden Treiber. Diese Aktion verläuft ohne Zutun des Users. Die Transfergeschwindigkeit wird vom Endgerät bestimmt, dieses kann anstelle der üblichen maximal 100 mA vom Computer bis zu 500 mA auf der 5-V Leitung verlangen. Diese 5 V sind sehr nützlich, entfällt doch in den meisten Fällen eine zusätzliche Stromversorgung für die externen USB-Geräte. |
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Geschwindigkeits-Erkennung und Betriebsspannung Im Bild
oben sind stark vereinfacht die Verhältnisse bei zwei Geschwindigkeiten
dargestellt. Ohne Endgerät liegen D+ und D- des Computers über jeweils 15
kS2 an Masse. So kann man erkennen, ob das Endgerät fehlt. |
| 2. Technisch-Physikalische Eigenschaften |
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Bei einem Transceiver mit COM
benötigt man lediglich die preiswerten Konverter USB-COM. Auf der einen
Seite ein Stecker Typ A, auf der anderen Seite ein neunpoliger
D-Sub-Stecker, und man kann loslegen. Meist aber ist hier noch ein Adapter
„Zweimal Buchse D-Sub neunpolig" notwendig. Damit ist man aber nicht
galvanisch getrennt. Für die anderen Amateurfunk-Schnittstellen benötigt man neben dem Konverter noch ein Interface, das von COM auf die erforderliche Schnittstelle konvertiert. Fast immer kann man die Betriebsspannung dem USB entnehmen. Heute sind schon Interfaces möglich, die unmittelbar von USB auf TTL für Yaesu, Icom und Kenwood konvertieren. |
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Gab es anfänglich den Interface-Schaltkreis FT 232BM, der mit einigen externen
Bauelementen von USB auf TTL umsetzen konnte, so hat man heute mit dem FT 232R
einen IC zur Verfügung, der fast ohne externe Beschaltung die TTL-Pegel für den
Transceiver zur Verfügung stellt. Seine im Amateurfunk wichtigsten Parameter: USB-2-kompatibel, Datentransfer RS-232 mit 300 Bd bis 1 MBd, Bus-Powered, Self-Powered und HighPowered, TTL-Ein- und Ausgänge, integrierter EEPROM. Wichtig ist aber außerdem, dass sich die TTL-Ausgänge/Eingänge für TxD, RxD, RTS usw. in der Pegellage programmieren lassen. So kann man sie einzeln in der Ruhelage mit TTL-L oder TTL-H selektieren. Der FT 232R in der Praxis Diesen Schaltkreis gibt es in den Bauformen 28-Lead SSOP (FT 232RL) und QFN-32 Packages (FT 232RQ, 5 mm x 5 mm). Ein unvollständiges Funktionsschema für einen Konverter USB-COM zeigt Bild 14. Man kann hier erkennen, dass aus dem USB- ein TTL-Pegel und dann daraus ein RS-232-Pegel wird und umgekehrt. Mit einem FT 232R und einem MAX 213 könnte man sich einen Konverter USB-COM bauen, den gibt es aber preiswerter im Fachhandel. Wichtiger für den Amateurfunk und seine verschiedenen Schnittstellen ist die TTL-Seite des FT 232R. Diese Verschiedenheit hat ihren Preis: Will oder kann man die TTL-Seite nicht umprogrammieren, so muss man zusätzliche Bauelemente einfügen. Aber die Umprogrammierung auf die eigenen Bedürfnisse sollte nicht das Problem sein. |
| 3. Programmierung des FT 232R |
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Bereits in [1] beschrieb der Autor
sehr ausführlich die Programmierung eigener Parameter im FT 232RL, hier kann man
sich daher auf Stichpunkte und Wesentliches beschränken. Zu beachten ist, dass
die Programmierung nur mit Win XP und aufwärts funktioniert. Zunächst muss man sich von www. ftdichip.com/resources/utilities das Programm MProg 3.5 - EEPROM Programming Utility (Stand April 2010) downloaden, dann installieren und öffnen. Das Interface wird an den USB angeschlossen. Es kann sein, dass der Computer eine neue Hardware findet und sie installiert. Im Erfolgsfall wird im MProg auf „Device" und „Scan" geklickt, danach sollte sich eine Ansicht gemäß Bild 15 ergeben. Unten links auf „Number of Blank Devices = 0" und„ Number of Programmed Devise = 1" achten. Bei Blank Devices > 0 sind dann die anderen angeschlossenen Geräte vom Computer oder USB zu trennen. Mit „Tools" und „Read" kann man den EEPROM-Inhalt auslesen. |
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Der nächste Schritt ist „Tools" und „Read and Parse". Es ergibt sich eine Ansicht wie in Bild 16. Rechts oben unter „FT232R", „Invert RS232 Signals" sind die Default-Parameter sichtbar. RxD und TxD haben im Ruhezustand H-Pegel, also etwa 5 V Gleiches gilt für die übrigen sechs Signale. Mit diesen Einstellungen hat man bereits die richtigen TTL-Pegel für Yaesu/TTL- und Icom/CIVSchnittstellen. Für Kenwood/TTL ist der FT 232R umzuprogrammieren [1]. | |||
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USB auf Yaesu/TTL und Icom/CIV Das Bild 17 zeigt einen
Ausschnitt aus einem Interface für Yaesu-Geräte, das man mit einem Jumper
auf die CIVSchnittstelle umstellen kann. Im Default-Zustand haben beim FT
232R die TTL-Signale TxD und RxD H-Pegel. Ein Vergleich mit Bild 7 zeigt,
dass der Kontakt RxD dem TTL-Eingang Tl;n und TxD dem TTLAusgang Rl n,
entspricht. Damit wäre die Schnittstelle für Yaesu/TTL realisiert. Brückt
man RxD und TxD wie RI., und Tl in in Bild 9, so gibt es wieder den CIV Bus
von Icom. Der Eingang RxD liegt beim FT 232R über 200 kf2 an 5 V Mit den
beiden Klinkenbuchsen hätte man gleich zwei Ausgänge für IcomGeräte. |
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USB galvanisch getrennt Mit drei Schaltkreisen kann man
sich ein trennendes Interface für USB und Yaesu/Icom bauen, mit vier
Schaltkreisen wird es eins für RS-232. Bild 18 zeigt drei dieser vier ICs,
es fehlt nur noch ein galvanisch trennender DC/ DC-Konverter. Links der FT
232RL; er konvertiert USB auf TTL. Rechts der ST 232CD, mit den
Ladungspumpen-Kondensatoren von 100 nF eine SMTVariante des MAX 232. Und in
der Mitte ein Schaltkreis, der nicht nur die Sorgen der Besitzer von
Transceivern mit USB löst. Er trennt galvanisch USB-Eingang und USB-Ausgang.
Setzt man z.B. vor den FT 232R in Bild 17 einen solchen ADUM 4160, so hat
man schon ein trennendes Interface für Yaesu oder Icom. Als Beispiel zeigt
Bild 19 ein solches Interface für USB auf RS-232. |
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| 4. Verwandte Themen |
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Codewandlungen stehen in der Praxis immer dann an, wenn Gerätekomponenten eingangs- und/oder ausgangsseitig einen Wechsel des Signalmusters erwarten oder benötigen. De facto ist die Gesamtheit aller logischen Schaltungen nichts weiter als eine Codewandlung. Immer wird aus einem gleichen Input ein äquivalenter Output generiert. | |||
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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha | © Frank Rost am 27. August 2012 um 6.44 Uhr |
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... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus (das haben wir schon den Salat - und von dem weiß ich!) nicht mehr teilzunehemn ;-) „Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“ Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist |
