XBee / XBee-PRO

Überblick XBee Module

Die XBee und XBee PRO Module von Digi International (vormals Maxstream) sind weit verbreitet, wenn es um Datenübertragung per Funk geht. Die Module ermöglichen preisgünstige und zuverlässige Kommunikationslösungen auch ohne Spezialkenntnisse im RF-Bereich. Der Aufbau einer Funkverbindung zwischen Sensoren, Mikrocontrollern oder Computersystemen ist damit sehr einfach zu realisieren.

Die Module sind für verschiedene Frequenzbereiche und Leistungsklassen erhältlich, ausserdem stehen verschiedene Antennenformen (auf dem Modul oder extern) zur Verfügung. Das Pinout aller XBee Typen ist kompatibel, das erleichtert die Auswahl und den Austausch der Module. Die meisten der hier vorgestellten Typen arbeiten im 2,4GHz ISM Band, welches praktisch überall in der Welt lizenzfrei zugelassen ist.

XBee 802.15.4-Module ("Series 1")

Die weit verbreiteten "Series 1" Module verwenden das Kommunikationsprotokoll IEEE 802.15.4. Dieses Protokoll umfasst die unteren ISO-Schichten und bildet zugleich die Basis für höhere Protokolle wie ZigBee. Ein echter ZigBee Stack ist allerdings den Series 2 Modulen vorbehalten - Series 1 Module verwenden statt dessen ein eigenes, direkteres Verfahren, welches geringere Latenzzeiten ermöglicht und Point-to-Point sowie Stern-Topologien unterstützt (jedoch keine Mesh-Netzwerke). Die Ausgangsleistung der Low-Power Module beträgt 1mW, die Reichweite ist mit 30m (innen) bzw. 100m (freie Sicht) angegeben.

XBee PRO bezeichnet Modulversionen mit einer höheren Ausgangsleistung von bis zu 60mW. Der technisch mögliche Sendepegel von 18dBm muss hierzulande jedoch auf die gesetzlich zulässigen 10dBm reduziert werden, dies erreicht man durch entsprechende Softwarekommandos.

XBee ZB ZigBee-Module ("Series 2")

Die XBee ZB Module arbeiten mit dem EmberZNet Stack und ermöglichen den Aufbau von ZigBee Mesh Netzwerken. Neben einfachen Point-to-Point oder Point-to-Multipoint Verbindungen sind damit auch wesentlich komplexere Kommunikationsstrukturen realisierbar, z.B. die Weitergabe von Informationen weit entfernter RF-Module über dazwischen liegende Netzwerkknoten.

Die Low-Power Version stellt bis zu 2mW Sendeleistung zur Verfügung, mit der Reichweiten bis 120m (bei Sichtverbindung) bzw. 40m (in Räumen) spezifiziert sind. Die leistungsstärkeren Module der PRO Reihe sind in der Lage, bis zu 50mW Sendeleistung bereitzustellen und dehnen die Reichweite entsprechend aus. Die RF-Datenrate beträgt bei allen XBee Modulen 250kbps. Das UART-Interface arbeitet mit Baudraten von 1200bps bis 1Mbps und 3,3V Pegel. Die Stromaufnahme im aktiven Zustand (Senden/Empfangen) beträgt etwa 45mA bei 3,3V.

Hinweis: Durch die unterschiedlichen Protokolle können Series 1 und Series 2 Module in einem Netzwerk nicht gemischt zum Einsatz kommen. Für einfache Punkt-zu-Punkt Verbindungen stellen Serie 1 Module oft die bessere Wahl dar, weil sie praktisch ohne Konfigurationsaufwand "out-of-the-box" verwendet werden können. Serie 2 Module hingegen müssen zunächst mit Digis X-CTU Software konfiguriert werden, was detaillierte Kenntnisse des Aufbaus einer ZigBee-Infrastruktur voraussetzt.

Übrigens: vorhandene XBee-PRO ZNet 2.5 OEM Module (z.B. XBP24-BCIT-004, XBP24-BWIT-004 und XBP24-BUIT-004) basieren auf der gleichen "S2"-Hardwareplattform und lassen sich per Firmwareupdate mit dem X-CTU Utility auf XBee-PRO ZB umrüsten.

XBee-PRO 868

Die XBee-PRO 868 Module arbeiten im SRD-Band bei 868MHz, welches in Europa zusätzlich zu den ISM-Bändern für Zwecke der Kurzstreckenkommunikation zur Verfügung steht. Die Reichweite der Module ist in diesem Frequenzbereich wesentlich höher als die der 2,4GHz Modelle. Das Datenblatt des Herstellers nennt 40km und mehr, freilich in Abhängigkeit von der verwendeten Antennenkonfiguration. Der RP-SMA Anschluss des hier angebotenen Modultyps XBP08-DPSIT-024 bietet in dieser Hinsicht größtmögliche Flexibilität.

Beim Betrieb der Module sind unbedingt die gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich der kooperativen zeitlichen Nutzung des Subbandes bei 869,525 MHz zu beachten.

XBee Explorer

XBee Explorer bezeichnet eine Reihe von Trägerplatinen für die XBee Module. Diese Trägerplatinen lassen sich universell einsetzen, denn alle XBee Typen haben den selben Footprint, die Pins sind im Abstand von 2mm angeordnet.

Auf der Baugruppe XBee Explorer USB befindet sich ein USB-Seriell Konverter mit FTDI Chip und ein 3,3V Spannungsregler. Durch diese Konfiguration kann das XBee Modul aus dem USB Port gespeist werden. Der Anschluss erfolgt über ein USB Mini-B Kabel (nicht enthalten).

XBee Explorer Serial stellt eine RS232 Schnittstelle mit D-Sub9-Buchse und die nötigen Pegelwandler bereit. Ein 3,3V Spannungsregler ist hier ebenfalls vorhanden, die Eingangsspannung kann 5V bis ca. 12V betragen.

Die primäre Funktion des XBee Explorer Regulated besteht darin, die XBee Pins auf das leichter handhabbare 2,54mm Raster umzusetzen. Darüber hinaus ist auch hier ein Spannungsregler montiert, um aus 5V Eingangsspannung die für die XBee Module benötigten 3,3V erzeugt.

Sparkfun XBee Shield für Arduino

Diese spezielle XBee Trägerplatine kann direkt auf ein Arduino Mikrocontroller Board aufgesteckt werden. Ein 3,3V Spannungregler ist auf dem Shield ebenso integriert wie die erforderliche Pegelanpassung für die beiden seriellen Leitungen.

Cleveres Detail: Ein Umschalter ermöglicht es, statt der üblicherweise genutzten UART-Pins D0/D1 bei Bedarf die Digitalpins D2/D3 am Arduino zu belegen. Ein Reset-Taster, 5 Status-LEDs und ein kleines Lötrasterfeld für Schaltungsergänzungen runden das durchdachte Design dieses XBee Shields ab.

Weitere Funkmodule mit XBee-Footprint

Das Kommunikationsmodul Bluetooth Bee, das 868MHz-Funkmodul RF Bee und das Navigationsmodul GPS Bee besitzen ebenfalls XBee-Footprint. Diese Module können daher sehr einfach überall dort verwendet werden, wo ein XBee-Sockel vorhanden ist - natürlich auch mit den XBee-Explorer Boards.

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Letzte Änderung: 2021-10-28