DiY – Zigbee router CC2530

Nejprve by bylo dobré se zamyslet proč se vlastně do stavby vlastního routeru pustit? Pomoct by nám mohla drobná rekapitulace ohledně toho jak Zigbee vlastně funguje.

?Pokud si chcete přečíst o Zigbee technologii více, doporučuji si nejprve projít můj článek o Zigbee pro Xiaomi a o použití vlastní gateway Zigbee2Mqtt pro HA a nebo deCONZ pro HA.

Ze schématu vidíme, že hlavním středem celé sítě je tzv. Zigbee Coordinator (gateway mezi Zigbee sítí a naší lokální sítí). Vzdálenost mezi tímto prvkem a Zigbee End Device (koncovým zařízením) přímo ovlivňuje kvalitu signálu a tedy možnosti si mezi sebou povídat.

Pro lepší představu si můžeme představit analogii se sítí WiFi, kdy náš například telefon komunikuje s WiFi AP a jakmile jsme od tohoto AP příliš daleko signál ztratíme. V případě WiFi se tento problém řeší dalšími WiFi AP.

Jednou z největších výhod Zigbee technologie je fakt, že koncové zařízení pod trvalým napájením (tj. nejsou na baterii) umí jednak komunikovat s koordinátorem, ale také vytvořit prvek sítě označovaný jako Zigbee Router (modře na schématu).

Jakmile se nyní podíváte zpět do schématu Zigbee výše bude vás už asi jasné, že routery

1. přinášejí celé síti mnohem větší stabilitu – z jednoho bodu se do dalšího jde při větším počtu routerů dostat často více trasami
2. prodlužují dosah Zigbee sítě – koncové zařízení tak může být od koordinátoru mnohem dále
3. zvětšují počet možných zařízeních registrovaných do Zigbee sítě – v případě firmware pro Zigbee2Mqtt je bez routeru možné registrovat cca. 15-20 zařízeních. Každý další router pak přidává dalších možných až 21 zařízení (v případě použití firmware níže)

Přidání routeru do naší Zigbee sítě tak dává smysl zejména ve větších bytech a je téměř nezbytností v případě domu a nebo v případě pokud máme v plánu mít na síti opravdu hodně zařízeních z nichž většina bude na baterie – např. různé senzory.

Nyní už víme proč se do stavby routeru pustit a pojďme se podívat jaké součástky na stavbu routeru budeme potřebovat.

Jednotlivé komponenty

Alternativně:

Ve finále budeme mít hotový produkt vypadající takto:

CC2530 vs CC2530+CC2591

Jak jste si mohli všimnout v seznamu výše máme k dispozici dva velice podobné produkty s téměř totožným označením. Jediným rozdílem je CC2591 v názvu navíc a na první pohled větší rozměr.

Hlavním rozdílem je přítomnost čipu CC2591 u větší verze, který má nastarosti zesílení signálu. Zigbee CC2530 bez tohoto čipu by měla být dosah až 400m a verze s CC2591 pak teoreticky až 1000m. Větší dosah je ale vykoupen i cenou, která je dvojnásobná.

Záleží tedy hlavně na použití – pokud předpokládáme, že zařízení nebudou od routeru až tak daleko, pak si určitě vystačíme i se základnější verzí. Naopak na delší vzdálenosti a nebo dosah přes více překážek je vhodné si připlatit za verzi s CC2591.

?Pokud nepoužijete přímo výše uvedené linky na produkty dejte si při koupi pozor zda deska obsahuje čip CC2530F256 – číslo na konci označuje velikost flash paměti a většina firmware je kompilována právě pro tuto velikost, tj. 256 kB.

Kompletace do krabičky

V závislosti na použité krabičce si můžete zvolit rozmístění dle možností. V mém případě se do krabičky poměrně ideálně vejde jak větší verze CC2530 tak i převaděč AC 220V na DC 3.3V.

Začal jsem vyvrtáním díry na anténu vrtákem velikosti 7 a následně bylo potřeba dovnitř do patřičné výšky dle díry umístit CC2530.

Dále bylo potřeba napájet kabely 220V na správné konektory napájecího modulu (AC stranu) a tento modul rovněž umístit do krabičky.

Posledním krokem je pak pomocí Dupont kabelů propojit napájecí modul s levými horními piny CC2530.

Jelikož se jedná o první iteraci kterou jsem vyrobil, není provedení ideální. Pohrávám si s myšlenkou umísit CC2530 společně s napájecím modulem na jednoduchou PCB desku 3x7cm a mít tak vše mnohem více pevnější.

Druhá varianta by mohla být mít napájení úplně mimo a použít mnohem menší krabičku pouze s CC2531 a konektorem pro adaptér.

Pokud jste se někdo už pustit do výroby stejného produktu budu rád když mi pošlete svou verzi klidně do emailu a já ji sem přidám pro inspiraci.

Nahrání firmware

Postup je velice podobný tomu, který jsem již popisoval pro CC2531 – USB verzi. Budeme ale potřebovat vědět význam jednotlivých pinů, které jsou u CC2530 trochu jinak umístěné pro verzi bez / s CC2591.

Programování prostřednictvím CC Debuggeru

Nejjednodušší verzí jak nahrát firmware do CC2530 je použít CC Debuggeru (alternativně SmartRF04EB – potvrzeno v komentářích, že skutečně funguje také), který se na jedné straně připojí přes USB do počítače a na druhé jednotlivé piny propojíme s CC2530 dle následujících schématek:

Nejsem si úplně jistý zda je to povinné, ale já jsem ještě propojil PIN2 z CC Debuggeru na VCC pin vedle RST u CC2530.

Jakmile máme vše propojeno a CC Debugger svítí zeleně můžeme začít s nahráváním. Pokud ještě nemáte na počítači nainstalovaný CC tool pak doporučuji kouknout do předchozího článku, kde to podrobně popisuji jak pro Windows tak i pro Linux / macOS.

Správný firmware pro router v závislosti na použité desce si stáhneme z GitHubu. V případě Linuxu / macOS a CC2530+CC2591 pak instalaci spustíme pomocí příkazu:

sudo ./cc-tool -e -w router-cc2530-cc2591-diag.hex

… a měli bychom vidět postup:

  Programmer: CC Debugger
  Target: CC2530
  Target is locked.
  Erasing flash...
  Completed
  Writing flash (197 KB)...
  Completed (14.87 s.)

Párování routeru do Zigbee sítě (zigbee2mqtt)

CC2530 vložíme zpět do krabičky pokud ho tam ještě nemáme a odpojíme všechny kabely, naopak připojíme napájení, krabičku zavřeme a zasuneme do elektřiny.

Zde přichází z mého pohledu dost velký mínus CC2530 oproti CC2531 a to v podobě chybějící led diody. Po zasunutí do elektřiny tak nebudete mít vůbec žádnou zpětnou vazbu jestli zařízení funguje a v jakém je stavu.

Je potřeba se proto podívat do logu zigbee2mqtt.

? Než začnete nezapomeňte Zigbee síť přepnout do stavu s povoleným párováním – permit_join = true

První známkou toho, že router je viditelný pro koordinátor naší Zigbee sítě je zpráva v logu o informaci s připojením nového zařízení:

Device '0x00124b000dc905f2' joined
MQTT publish: topic 'zigbee2mqtt/bridge/log', payload '{"type":"device_connected","message":{"friendly_name":"0x00124b000dc905f2"}}'

… a koordinátor začne zjišťovat informace o přidaném routeru, což by mělo skončit zprávou:

Successfully interviewed '0x00124b001f319f6c', device has successfully been paired

Device '0x00124b001f319f6c' is supported, identified as: Custom devices (DiY) [CC2530 router](http://ptvo.info/cc2530-based-zigbee-coordinator-and-router-112/) (CC2530.ROUTER)

Připárování zařízení a kontrola schématu sítě

Po přidání Zigbee routeru do sítě nám automaticky bude router fungovat jako záložní trasa pro všechny ostatní routery a koordinátor – můžeme vidět na schématu jako propojky i mezi ostatními routery.

Narozdíl od Wifi ale podle všeho na Zigbee nefunguje něco jako roaming pro koncové zařízení (tedy ty bez trvalého napájení), tj. pokud zařízení přenesete z jedné místnosti do druhé tak se automaticky nepřipojí k routeru s nejsilnějším signálem – což je škoda a zatím netuším, jestli se to nějak neplánuje, či zda to neřeší třeba Zigbee 3.0.

Je potřeba tedy koncové zařízení ze sítě odpárovat, přejít do místnosti kde ho chceme nově provozovat a kde máme nově signál z routeru a rovnou v této místnosti ho připárovat zpět.

Jak se odpárování a párování provádí záleží na zařízení, ale většinou je to pomocí podržení nějaké tlačítka po dobu 5 sekund. Popis jak na to pro konkrétní zařízení je možné najít například v detailu seznamu podporovaných zařízení pro zigbee2mqtt.

Pokud si nyní vygenerujeme mapu Zigbee sítě například pomocí addonu zigbee2mqtt Networkmap (jeden z pluginů pro Home Assistant Community Store) uvidíme, že k našemu novému routeru (např. níže diy_router01) jsou připojené dvě koncová zařízení (xiaomi_button01 a xiaomi_sensor02_temp), ale také další router (sonoff_switch04).

Díky autodiscovery u Zigbee2Mqtt budeme mít router automaticky přidaný i do HomeAssistanta, kde se vytvoří dvě nové entity – síla signálu a informace o stavu.

Nicméně reálné použití těchto entit není nějak extra užitečné – můžeme snad jedině rychle zkontrolovat zda je router připojený.

Vyzkoušel jsem, zda je možné router použít v případě deCONZ sítě, kde CC2530 není oficiálně podporované a funguje s dvěma omezeními:

• tváří se jako světlo od Xiaomi (lumi.router)
• ve schématu sítě úplně chybí spojnice mezi zařízeními připojenými k tomuto routeru

Zigbee bude určitě do budoucna častou součástí mých článků, jelikož je opravdu zajímavou alternativou k WiFi a navíc existuje opravdu obrovská nabídka úžasných produktů.

Budu rád pokud se podělíte o své postřehy a nebo dotazy v komentářích.