Обзор Z-Uno – платы для прототипирования устройств Z-Wave

 Z-Uno позволяет управлять по радиоканалу устройствами стандарта Z-Wave, а также любыми Arduino-совместимыми устройствами с помощью обычных портов GPIO. Для создания Z-Wave устройств с этой платой не нужно полное знание данного протокола.

Плата выполнена в форм-факторе Arduino Nano. Она программируется с помощью среды разработки Arduino IDE и языка Wiring и прошивается через USB-порт. Z-Uno разработана и производится в России.

Основное отличие Z-Uno от плат Arduino – наличие радиопередатчика Z-Wave и полная поддержка сетей этого стандарта. В России продаются более 100 Z-Wave-совместимых устройств – различных датчиков и контроллеров, а всего по миру реализуется свыше 1400 наименований от более чем 400 производителей.

Сеть Z-Wave представляет собой самоорганизующуюся ячеистую mesh-сеть. То есть при отсутствии получателя сигнала в зоне прямой видимости сигнал к нему пойдёт через соседние радиоузлы сети до тех пор, пока не будет найден получатель.

Каждое устройство перед началом работы должно быть добавлено в сеть. Сеть Z-Wave может содержать до 232 устройств, каждое из них имеет свой уникальный 8-битный ID.

Устройства Z-Wave работают на частотах до 1 ГГц, благодаря чему они защищены от помех, в отличие от радиоустройств с частотой 2.4 ГГц, на которой работает большинство современных высокоскоростных протоколов передачи данных. Для России Z-Wave производятся с рабочей частотой 869 МГц.

Дальность действия – до 30 метров между устройствам, находящимися в прямой видимости. Беспроводная связь работает при скорости 9,6 либо 40 Кбит/с, в версии Z-Wave Plus – до 100 Кбит/с, не самая большая скорость обусловлена тем, что данный канал связи предназначен для отправки простых команд, вроде вкл/выкл, управления громкостью звука и освещением.

Z-Uno поддерживает новый стандарт Z-Wave Plus, который кроме увеличения скорости передачи обеспечивает увеличенную дальность и меньшее энергопотребление.

Также в Z-Wave Plus включено беспроводное обновление прошивки (OTA), благодаря чему можно прошивать устройство, уже включённое в сеть и находящееся в своём конечном положении.

Основу Z-Uno составляет SoC (System on Crystal) Mitsumi WML-C85, которая работает при напряжении 3.3 В, поэтому использование устройств с рабочим напряжением 5 В (например, при подключении к Arduino по UART) может вывести плату из строя.

При работе с пятивольтовой логикой нужно использовать делители напряжения или преобразователи логических уровней.

Плата может получать питание напряжением 3.3 В и 5 В от внешнего источника или 5 В через USB, либо 7-18 В от внешнего источника. Также можно запитать плату от батареи с коннектором MU-2F.

Z-Uno может работать в трёх режимах, два из которых позволяют экономить энергию:

• В первом режиме плата всегда работает и полностью включена в работу Z-Wave сети.
• Во втором она всегда спит и не может ретранслировать сообщения от других устройств в сети и не может принимать их.
• В третьем (FLiRS) режиме она просыпается раз в каждую четверть или целую секунду на краткое время (миллисекунды) для проверки радиоэфира на наличие пакета пробуждения.

Ретранслировать сообщения устройство в режиме FLiRS также не может.

Энергопотребление платы в спящем или FLiRS режиме низкое, поэтому в этих режимах ей доступно батарейное питание. Потребление тока в обычном режиме при напряжении 3.3 В – 50 мА. В спящем режиме – 1 мА, и около 7 мкА  – при отключённом стабилизаторе напряжения. Во FLiRS режиме – 1 мА и примерно 70 мкА соответственно.

Стабилизатор напряжения отключается отпайкой резистора R12. При питании от 5 В Z-Uno потребляет приблизительно 30 мА, при 7-18 В – около 35 мА. Общий ток на всех портах GPIO – до 120 мА.

Плата Z-Uno обладает 26 портами GPIO: из них 4 с АЦП, 5 ШИМ. Для обработки прерываний отведены лишь 2 GPIO порта, доступно ещё одно прерывание по таймеру. На борту платы имеются 2 UART и по одному USB и SPI (ведущий или ведомый) интерфейсам.

Можно применить программные I2C и 1-Wire, кроме них программно реализован сканер 48 кнопок (6*8). На картинке ниже приведена полная распиновка модуля.

Z-Uno на аппаратном уровне поддерживает шифрование AES 128.

Плата Z-Uno содержит 4 ИК-контроллера, 1 из них – с возможностью обучения. Благодаря этому можно принимать данные с пульта ДУ, что очень удобно для систем “умного дома”, либо управлять устройствами, не поддерживающими стандарт Z-Wave, например, телевизором и музыкальными центрами.

Для управления диммером есть 1 симистор. С помощью этой платформы можно управлять 10-ю светодиодными RGBW лентами.

Z-Uno не является центральным устройством Z-Wave, то есть она не может управлять сетями. При использовании центральных контроллеров сеть получает мобильное приложение и удалённый доступ. Z-Uno сделать этого не может, но может помочь интегрировать в сеть Arduino-совместимые устройства.

Этой плате доступны 10 каналов и 5 групп ассоциаций для управления различными типами Z-Wave-устройств. Каналы соответствует объявленным пользователем функциям. Использование Arduino-устройств программируется так же, как и при использовании в качестве контроллера любой платы Arduino.

Полезные ссылки для работы с Z-Uno:

• Руководство по быстрому старту с Z-Uno (на английском);
• Управление роботом-пылесосом;
• Примеры от производителя;