O trabalho aborda o uso do protocolo Zigbee na comunicação sem fio com PLCs, destacando sua importância em automação e monitoramento. O objetivo principal é desenvolver interfaces para conectar módulos XBee à uma central de controle, permitindo comunicação robusta de longo alcance. Conclusões indicam que, para melhorar a comunicação, é necessária a aquisição de módulos XBee-Pro para distâncias maiores e para suportar uma rede Mesh.

1. Trabalho de Conclusão de
Curso
ZigBee
Engenharia Elétrica
Telecomunicação e Automação
PUC-MG Poços de Caldas
2009

2. Utilização do Protocolo ZigBee na
Comunicação com PLC
ZigBee
Alunos: Guilherme Varela Barbosa;
Jefferson Luiz Ferreira.
Orientador: Ramiro Romankevicius Costa.

3. 1 INTRODUÇÃO
1.1 Considerações Iniciais
• Tecnologia apresentada em 2005
• Responsável por este protocolo, intitula-se ZigBee™ Alliance
• Regulamentado pelo IEEE 802.15.4
• Operando em ISM (Industrial Scientific and Medical) bandas livres
de licença como:
- Global (2.400-2.484 GHz) 16 canais;
• Aplicações com ZigBee estão relacionadas a:
- automação de residências,
- controles remotos,
- sensores de monitoramento.

4. 1.2 Justificativa
Os motivos pelos quais esse trabalho foi desenvolvido são:
• Pela importância de entender e aprender os aspectos que englobam
o surgimento, as características e perspectivas futuras de uma
tecnologia ascendente e promissora para industrias, sendo esta, o
uso do protocolo ZigBee para comunicação sem fio (Wireless);
• E pela oportunidade de se desenvolver uma interface para o
acoplamento do módulo XBee, visando a criação de uma tecnologia
nova e adaptada para o uso em telecomandos e monitoramentos de
PLC’s por uma Central de controle.

5. 1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo Geral
• Construir Interfaces (hardware) para conectar os módulos
XBee e realizar uma comunicação, com o protocolo ZigBee,
através de uma rede sem fio (wireless), interligando PLC’s a
uma central de controle (PC).

6. 1.3.2 Objetivos Específicos
• Fazer um levantamento bibliográfico:
Protocolo Zigbee;
Comunicação Wireless;
Conexões das Portas Seriais (DB9);
CI MAX232;
• Realizar em laboratório, comunicação entre PLC’s a uma
central de controle (PC) via protocolo ZigBee, levantando os
principais resultados do experimento.

7. 2. ESTUDO DA TECNOLOGIA
2.1 Estudo das Redes Wireless
WWAN – Wireless Wide Area Network:
WMAN – Wireless Metropolitan Area Network:
WLAN – Wireless Local Area Network:
WPAN – Wireless Personal Area Network:
Protocolo ZigBee

8. 2.2 Protocolo ZigBee
• Características
- Robustez (projetado para trabalhar em ambientes hostis);
- Baixo consumo de energia elétrica (longa duração das baterias);
- Baixa latência na comunicação (resposta rápida);
- Suporte de diversas topologias de rede;
- Capacidade de até 65.000 nós em uma rede;
- Reenvio de pacotes e confirmações de recebimento de pacotes de
dados.

9. 2.3 Tipos de nós
• O padrão IEEE 802.15.4 define dois tipos de dispositivos
Tipos de Funcionalidades Fonte de Configuração
dispositivos disponíveis no alimentação típica típica do receptor
protocolo
FFD – Full Ligado quando em
A maioria ou todas Principal
Function Device espera
RFD – Reduced Desligado quando
Limitada Bateria
Function Device em espera

10. 2.4 Topologias
• O protocolo ZigBee pode ser trabalhado de três diferentes
topologias.

11. 2.5 Comparação ZigBee, Wi-Fi e Bluetooth
Padrões de Comunicação IEEE
Norma IEEE 802.15.4 802.11B (Wi-Fi) 802.15.1
(Nome de (ZigBee) (Bluetooth)
mercado)
Freqüência de 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz
operação
Taxa de
transferência 20-250 11000 1000-3000
(Kbps)
Numero de nós em 65000 32 7
uma rede
Autonomia da 100-1000+ 0,5-5 1-7
bateria (Dias)
Consumo na 30 mA TX, 300 mA TX 45 mA (Classe 2)
transmissão 0,2 µA Standby 20 mA Standby 150 mA (Classe 1)

12. 2.6 XBee
Nos módulos XBee/XBee-Pro™ da MaxStream® há três opções de antenas:
- Tipo chicote (possui um pedaço de fio de 2,5 cm)
- Conector (para antena externa),
- Tipo chip, a mais compacta.

13. 3 DESENVOLVIMENTO
3.1 Metodologia
• Uma forma mais detalhada do projeto, onde é ilustrado o diagrama do
Sistema de Comunicação, no qual se usa o Protocolo ZigBee.
Centro de
Meio de transmissão
Gerenciamento e Unidade remota
controle
Cargas

14. 4 MÉTODOS UTILIZADOS NA MONTAGEM
4.1 Aquisição dos módulos XBee;
- 3 módulos Xbee com antena tipo fio;
- 1 placa CON-XBee. (placa para configuração dos módulos)
Investimento de R$ 408,00.
4.2 Aquisição dos Componentes e materiais
- 5 Capacitores de 0,1µF;
- 1 Capacitor de 10µF;
- 2 Varistor VC 122614D302OP1;
- Placas de Fenolite.
Investimento de R$9,00.

15. 4.3 Testes Realizados
4.3.1 Configuração dos
módulos;
• A configuração dos módulos
foi realizada através do
software X-CTU
(maxstream).

16. 4.3 Testes Realizados
4.3.1 Configuração dos
módulos;
• Configuração realizada
através da aba de Terminal
no próprio software X-CTU
(maxstream).

17. 4.3.2 Montagem das placas de interface com os módulos
XBee;
4.3.2.1 Cabo Serial DB9 GII
• Modelo adotado para a comunicação da porta serial do PLC ZAP 900 da
Hi-Tecnologia
Figura14: conexão do cabo serial DB9
Fonte:www.hitecnologia.com.br/download/PICs/PIC00101009_AC.pdf

18. 4.3.3 Testes
• Foram realizados vários teste, sendo eles:
Em todas as fases de montagem em Protoboard;
• Teste com ligação direta
(Sem MAX232);
• Teste com ligação direta
(Com MAX232 e sem XBee);
• Teste completo com XBee.
Foto do teste realizado com as interfaces utilizando os
módulos XBee

19. Comunicação entre PC e PLC
Construção e Teste do protótipo em protoboard

20. Construção do Protótipo em placas de circuito impresso

21. Observações importantes dos testes:
• Teste com visada direta:
50 metros – Sucesso;
Acima reconhecimento com falhas de comunicação;
60 metros sem comunicação;
• Teste com barreira sem visada:
4 metros – Sucesso;
6 metros reconhecimento com falhas na comunicação;
18 metros sem comunicação.

22. 5 CONCLUSÃO
• Sucesso nas metas estabelecidas;
• Os testes realizados com os módulos XBee demonstraram
algumas carências com os módulos que adquirimos, impedindo
a realização de uma comunicação em rede.
• Portanto, para que a comunicação seja feita a uma distância de
até 1,6 km e suporte trabalhar em uma rede mesh é necessário
a aquisição do módulo XBee-Pro™ para acopla-lo à placa de
interface construída neste projeto. Não são necessárias
mudanças no projeto pois os módulos XBee da Maxtream®
trabalham com o mesmo nível de tensão e corrente.
• Nesse caso alguns ajustes na configuração dos módulos serão
necessários.

23. 6 PERSPECTIVA DE EVOLUÇÕES FUTURAS
• Evolução da placa de interface serial criada neste projeto, para
que seja compatível e permita a gravação dos módulos XBee,
não necessitando da placa USBBEE-Rogercom;
• Elaboração de teste em uma rede mesh com distâncias
maiores (1,6 Km), utilizando os módulos XBee-Pro;
• Construção de um software que faça a união entre o software
de gravação (X-CTU) e o software de atualização do firmware
do PLC (SPDSW – Hi-Tecnologia), para que eles trabalhem na
mesma interface gráfica;
• Elaboração de uma placa que faça a captação da leitura dos
medidores de energia e converta para dados digitais,
possibilitando a coleta dos dados através de uma central móvel
utilizando o módulo XBee-Pro juntamente com o protocolo
ZigBee.

24. Links relacionados:
http://youtu.be/kUdILw3J2Ck
http://youtu.be/TOwhSPcUYzg
http://youtu.be/F5Slvel8RKA

25. REFERÊNCIAS
• MESSIAS, Antonio Rogério: Controle remoto e aquisição de dados via XBee/ZigBee (IEEE
802.15.4). Disponível em: <http://www.rogercom.com.br/> Acesso em: 06 Mar 2009.
• ZIGBEE Aliance: Products & Certification Overview: Disponível em: <
http://www.zigbee.org/Products/Overview/tabid/232/Default.aspx/> Acesso em: 10
Mar 2009.
• SILVA, André Teixeira: Módulos de Comunicação Wireless para Sensores, Universidade do
Porto. Porto / Pt, 2007
• AZEVEDO, Tiago: Roteamento ZigBee. Disponível em: <
http://www.gta.ufrj.br/ensino/CPE825/2006/resumos/TrabalhoZigbee.pdf >. Acesso
em: 10 Mar 2009
• IEEE(802.15.4) WPAN: Disponível em:< http://ieee802.org/15/pub/TG4.html>/. Acesso em: 15
Mar 2009.
• XBee & XBee PRO: Datasheet modules: Disponível em:
<http://ftp1.digi.com/support/documentation/90000982_A.pdf>/: Acesso em: 22 Mar
2009.

26. QUESTÕES E SUGESTÕES
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Obrigado pela Atenção