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안녕하세요!

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워드프레스에 오신 것을 환영합니다. 이것은 첫번째 글입니다. 이 글을 고치거나 지운 후에 블로깅을 시작하세요!

DIY Smart Home Projects

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DIY Smart Home Projects

사물인터넷의 발전과 함께 스마트 홈 으로 주거문화가 바뀌고 있다. 최근 모 통신사의 광고와 같이 집 밖에서 냉/난방기의 온도를 조절하고 집에 있는 기기를 제어 한 다거나, 웹캠을 이용하여 집 안을 모니터링 하는 일은 이미 우리에게 낯익은 풍경이 되어 가고 있다.

이와 더불어, 인터넷 상에서는 아두이노와 라즈베리파이와 같은 오픈소스하드웨어의 영향으로 메이커(Maekr)들이 직접 설계하고 구현한 스마트 홈 프로젝트들을 공유 하고 있다.

본 포스팅에서는 메이커(Maker)들이 직접 만든 스마트 홈 프로젝트를 종류 별로 분류하고 소개 한다.

Aquarium

Arduino Fish Tank Controller

이 프로젝트는 Arduino와 Ethernet Shield를 사용해서 웹 서버를 구현하고, 구현한 웹 서버를 이용해서 물고기 밥을 주는 장치와 조명 장치를 제어 한다. 그리고 온도 센서를 이용해서 수족관 안의 온도 및 외부 온도를 모니터링 하는 장치를 구현 하였다.

Feeder

CatFeeder

본 프로젝트의 저자는 고양이 먹이를 자동으로 주기 위한 장치를 개발 하였다. 장치에는 버튼이 부착되어 있어, 이 버튼을 이용하여 고양이 먹이를 줄 수 있다. 또한 이더넷을 위한 장치를 연결하여 외부에서도 스마트 폰을 이용하여 고양이 먹이를 줄 수 있다.

Twitter Controlled Pet Feeder

본 프로젝트는 Twitter와 연동하여 애완 동물의 먹이를 Twitter Message로 제어 할 수 있는 장치를 구현 하였다. 앞에서 소개한 CatFeeder는 자체 웹 서버를 구현하여 스마트폰이 웹 브라우저를 통해 제어 하였다면 이 프로젝트는 Twitter라는 범용 SNS 툴을 이용하여 제어 할 수 있다는 점이 특징이다.

Garden

SmartGarden

본 프로젝트의 저자는 본인이 키우는 화분의 온/습도를 측정하고 물을 원격에서 줄 수 있는 시스템을 구축 하였다. 프로젝트는 Paraimpu(https://www.paraimpu.com) 라는 클라우드 서비스를 이용하였으며 Paraimpu를 통해 측정된 온도 값을 Tweeter로 보내고 Tweeter로 부터 받은 제어 신호를 가지고 자동 급수기를 On/Off 할 수 있다.

CloudCooker

본 프로젝트의 저자는 바베큐 그릴의 온도 및 음식의 온도를 측정하고 온도를 조절 할 수 있는 스마트 그릴를 만드는 것을 목표로 하였다. 이 프로젝트는 Microsoft에서 만든 Azure 클라우드 서비스의 기능을 이용하여 프론트엔드(Front-end)에서 더 다양한 형태로 데이터를 출력하고 제어 하는 기능을 제공 할 수 있다는 특징이 있다.


지금까지 메이커(Maker)들이 직접 만든 Smart Home Project들을 소개 하였다. 각 프로젝트에 있는 링크를 따라가면, 프로젝트에서 사용한 보드,클라우드 시스템 및 구축 방법이 자세히 설명되어 있고 심지어는 소스코드 까지 공유 되어 있다.

이런 자료들을 이용하여 한개 혹은 두가지 프로젝트를 튜토리얼 식으로 따라 하다 보면 필요한 기술을 쉽게 습득 할 수 있다. 더불어 습득한 기술에 아이디어를 추가하면 여러분 만의 독창적인 프로젝트를 만드는 것도 어렵지 않을 것으로 판단 한다.

Arduino Library Manager에 Library 등록하기

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Library를 Arduino Library Manager에 등록하는 방법

새로 작성한 라이브러리를 Arduino Library Manager에 등록하기 위해서는 아래 문서에 있는 조건들을 만족해야 한다. https://github.com/arduino/Arduino/wiki/Library-Manager-FAQ

간단하게 정리하면

  • GitHub에 Library Repository 등록
  • GitHub Repository 폴더 구조는 아래와 같은 구조로 구성
    • examples : 라이브러리 예제
    • src : 라이브러리를 구성하는 전체 소스 파일 (.h, .cpp)
    • README.md : 라이브러리를 설명하는 문서
    • keywords.txt : 아두이노 IDE에서 Highlight 할 문자 표시
    • library.properties : 라이브러리 이름, 버전, 저자, 및 다운로드 url
  • 라이브러리 Tag 생성

20160801_155014

위 조건에 따라 GitHub Repository를 만든 후, https://github.com/arduino/Arduino의 Issues 탭에 GitHub Repository를 등록 해 달라는 이슈를 남기면, 관리자가 검토 후 Arduino Library Manager에 등록 한다.

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Arduino에서 Wi-Fi 기반의 MQTT 사용하기

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앞 포스팅에서 기술한 것과 같이, WizFi250 Arduino Library가 업데이트 되면서 기존에 ESP8266이나 Ethernet에서 사용하는 예제들을 별도의 수정 없이 그대로 사용 할 수 있게 되었다.

http://www.life4iot.com/2016/07/27/wizfi250-arduino-library/

본 포스팅에서는 업데이트 된 WizFi250 Arduino Library를 이용하여 Arduino에서 Wi-Fi를 사용하고 MQTT 연결 후 데이터를 Publish하고 Subscribe 하는 예제를 구현 하는 방법을 설명 한다.

MQTT란?

mqttorg

MQTT란 경량의 Publish/Subscribe 메시징 프로토콜이다. IoT(Internet of things)나 M2M(machine-to-machine)에서 사용하기 위해 설계 되었으며, 이런 이유로 낮은 전력, 낮은 대역폭 환경에서 사용할 수 있다.

아래 문서를 참고 하면, MQTT에 대한 자세한 내용을 확인 할 수 있다. MQTT 소개

WizFi250 Library 설치 및 PubSub Client Libary 설치

아두이노 IDE에서는 라이브러리 매니저를 지원한다. 라이브러리 매니저를 이용하면, Arduino에서 사용 할 Library를 편하게 검색하고 설치 할 수 있으며, WizFi250 Library 역시 라이브러리 매니저를 이용하여 설치 할 수 있다.

아두이노 IDE의 메뉴에서 [스케치]-[Include Library]-[Manage Libraries] 선택 후, Library Manager에서 WizFi250을 검색 후 설치 한다.

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Arduino에서 MQTT를 사용하기 위해서는 PubSubClient Library를 설치 해야 한다. 설치 방법은 WizFi250 Library 설치와 동일하며 검색어만 pubsubclient로 바꿔서 사용하면 된다.

Arduino에서 Wi-Fi 연결 후 MQTT 사용하기

WizFi250 Library에는 MQTT를 사용하기 위한 기본적인 예제를 포함하고 있다. 아두이노 IDE에서 [파일]-[예제]-[WizFi250]-[mqtt_wizfi250]를 열고 Wi-Fi SSID와 Password를 공유기에 맞게 설정하면 그대로 사용 할 수 있으며, broker.mqtt-dashboard.com에 설치되어 있는 broker에 접속해서 데이터를 publish 하고 subscribe 할 수 있다.

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// Update these with values suitable for your network.
const char* ssid = "DIR-815_Wiznet";
const char* password = "12345678";
const char* mqtt_server = "broker.mqtt-dashboard.com";

위 코드에서 mqtt_server 값을 변경하면, broker.mqtt-dashboard.com에 있는 broker 이외의 다른 broker를 이용 할 수 있다.

아래 코드는 WizFi250을 AP에 연결한 후, MQTT Broker에 접속하고 Callback 함수를 등록한다. Callback 함수는 Arduino+WizFi250이 MQTT Broker로 부터 MQTT Message를 수신 하였을 때 처리 하기 위한 내용을 정의 한다.

void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT);     // Initialize the BUILTIN_LED pin as an output
  Serial.begin(115200);
  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  client.setCallback(callback);
}

void setup_wifi() {

  delay(10);
  // We start by connecting to a WiFi network
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  WiFi.init();
  WiFi.begin((char*)ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

본 예제의 callback 함수는 Broker로 부터 Message를 수신하면 “Topic”을 출력하고 “Topic”에 대한 Payload 값을 출력 한다. 그리고 모든 “Topic”에 대하여 Payload 값이 ‘1’이면 9번 핀에 연결되어 있는 LED를 ON하고 ‘0’이면 LED를 OFF 한다.

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
  }
  Serial.println();

  // Switch on the LED if an 1 was received as first character
  if ((char)payload[0] == '1') {
    digitalWrite(9, LOW);   // Turn the LED on (Note that LOW is the voltage level
    // but actually the LED is on; this is because
    // it is acive low on the ESP-01)
  } else {
    digitalWrite(9, HIGH);  // Turn the LED off by making the voltage HIGH
  }

}

Main Loop에서는 MQTT Broker와 연결이 끊어 지면 다시 연결 하고, 2초에 한번씩 “outTopic”이라는 Topic으로 “WizFi250 hello world xxxx” 메시지를 보낸다.

void loop() {

  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  long now = millis();
  if (now - lastMsg > 2000) {
    lastMsg = now;
    ++value;
    snprintf (msg, 75, "WizFi250 hello world #%ld", value);
    Serial.print("Publish message: ");
    Serial.println(msg);
    client.publish("outTopic", msg);
  }
}

MQTT Publish/Subscribe Test

위 예제를 컴파일 하고 아두이노에 업로드 한 후, 예제가 정상적으로 구동 한다면 아래와 같은 로그 메시지를 확인 할 수 있다.

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MQTT Publish Test

PC의 웹브라우저를 이용하여 broker.mqtt-dashboard.com에 접속하면 아래와 같은 화면을 볼 수 있으며, 빨간 박스로 표시된 부분과 같이 “outTopic”에 “WizFi250Hello world #xxxx” 메시지가 출력되면 아두이노에서 메시지를 정상적으로 publish 한 것으로 판단 할 수 있다.

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MQTT Subscirbe Test

PC에 MQTT.fx 툴을 설치 한다. MQTT.fx Download

MQTT.fx의 Connection Profile에 연결할 broker.mqtt-dashboard.com 정보를 입력한 후 Connect 버튼을 누르면 broker.mqtt.dashboard.com에 연결 할 수 있다.

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아래 그림과 같이 첫번째 박스에 Topic, 두번째 박스에 Message를 입력한 후 Publish 버튼을 누르면, Arduino에서 해당 토픽에 대한 메시지를 로그 메시지로 출력한다. 아래 그림과 같이 출력 되면, 정상적으로 Subscribe가 된다고 판단 할 수 있다.

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WizFi250 Arduino Library

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기존 WizFi250 Arduino Library 개선 필요

이전에 있던 WizFi250 Arduino Library에 아래와 같은 문제 및 불편한 사항이 있었다. Old Version WizFi250 Arduino Libary Download link

  1. API 함수들이 표준과 달라서, Arduino 예제들을 그대로 사용 할 수 없음
  2. 구조적으로 버퍼를 많이 사용하고 있어, Arduino Uno와 같이 RAM이 부족한 보드에서는 Memory Overflow가 발생

위와 같은 문제가 있어 WizFi250 Arduino Library를 다시 구현해야 겠다는 생각이 들었으며, 본 포스팅에서는 새로운 WizFi250 Arduino Library를 구현하는 과정과 예제 구동 방법에 대해 설명한다.

개발 환경

Arduino Library를 구현하기 위한 Eclipse 개발 환경 구축을 참고 하기 바란다.

WizFi250 Arduino Library 다운로드 링크

New Version WizFi250 Arduino Library Download link

WizFi250 Arduino Library 참고 사항

WizFi250 Arduino Library는 ESP-8266 기반의 아두이노 라이브러리를 참고 해서 개발하였다. 이미 일반적으로 많이 사용되고 있는 ESP-8266 라이브러리의 함수 포맷을 맞춰서, 이미 만들어져 있는 예제들을 그대로 사용 할 수 있도록 하는 것에 초점을 두고 개발 하였다. 그 결과 WizFi250 Arduino Library 예제에 있는 것과 같이 별도의 큰 수정 없이 MQTT, ThingPlus 및 Ubidot와 같은 클라우드 예제를 사용 할 수 있다.

WizFi250 Arduino Library 폴더 구조

파일및폴더명 내용
examples WizFi250 Library를 활용한 예제(.ino)
utility
WizFi250_spi_drv SPI 인터페이스로 WizFi250을 제어하는 드라이버 구현
WizFiRingBuffer WizFi250에서 사용하는 Ring Buffer 구현
general_parse Parsing을 위한 범용적인 함수들 구현
WizFi250 Wi-Fi 동작을 위한 기능 구현
WizFi250Client TCP Client 동작을 위한 기능 구현
WizFi250Server TCP Server 동작을 위한 기능 구현
WizFi250Udp UDP 동작을 위한 기능 구현

Arduino Library를 구현하기 위한 Eclipse 개발 환경 구축

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Arduino를 설치 하면 Sketch라는 별도의 IDE를 사용해서 코드를 수정, 컴파일 및 다운로드를 한다. 간단한 프로그램을 작성하거나, 사용하고 있는 라이브러리를 내부까지 확인 할 필요가 없는 경우 Sketch 프로그램만 이용해도 대부분의 Arduino의 기능을 사용 할 수 있다.

하지만 나와 같이 Arduino Library를 구현해야 하거나, Arduino Core 및 Library에서 제공하는 함수들의 내부를 확인하고 싶을 때는 Sketch 프로그램의 기능이 한 없이 부족함을 느낀다.

때문에 본 포스팅에서는 Eclipse IDE 환경에서 Arduino Library를 개발 하기 위한 환경 구축하는 방법을 설명한다.

Arduino Library를 구현하기 위한 Eclipse 개발 환경

Download Eclipse

본 포스팅에서는 Eclipse Mars 버전을 사용 하였다.

아래 주소를 이용하면 Eclipse Mars 버전을 다운로드 할 수 있다. Eclipse IDE for C/C++ Developers

Install Arduino Plugin

Eclipse를 실행 한 후, [Help]-[Eclipse Marketplace]에서 Arduino Eclipse IDE V2를 설치 한다.

20160727_091520

정상적으로 설치가 완료되면, 아래와 같은 메뉴와 아이콘이 생성되는 것을 볼 수 있다.

20160727_092202

Install Arduino IDE

위에서 설치한 Arduino Plugin은 Arduino IDE version 1.6.5 이상을 지원하지 않는다. 때문에 최신 버전의 Arduino IDE 대신, 1.6.5 버전을 설치해야 되며 아래 주소를 이용하면 해당 버전을 다운로드 할 수 있다.

https://www.arduino.cc/en/Main/OldSoftwareReleases#previous

20160727_093141

Configure Arduino Plugin in Eclipse

Arduino IDE 설치가 완료되면, Eclipse에서 Arduino를 컴파일하기 위한 환경 설정이 필요하다. Eclipse에서는 Arduino IDE에 설치된 컴파일러와 다운로드 프로그램을 이용하여 컴파일 및 다운로드를 할 수 있으며, Arduino IDE가 설치 되어 있는 경로를 지정하는 간단한 환경 설정이 필요 하다.

[Window]-[Preferences]-[Arduino]에서 아래 표시되어 있는 정보를 설정하면 된다. (일반적인 Arduino IDE를 설치 경로는 C:\Program Files (x86)\Arduino 이다.)

또한 개인적으로 사용하고 있는 Library가 있는 경우, 아래 Private Library path 에 설정하면 Arduino에서 지원하는 Library 이외의 개인적인 Library를 사용 할 수 있다.

20160727_093549

Create Arduino Project

새로운 Arduino Project를 생성하기 위해서는, Project Explorer에서 [New]-[Project]-[Arduino]-[New Arduino sketch]를 선택 하고 프로젝트 이름 및 간단한 옵션들을 선택 해야 한다.

20160727_09253420160727_092606

20160727_09404920160727_094102

20160727_094122

프로젝트가 정상적으로 만들어 지면 아래와 같은 폴더 구조를 볼 수 있으며, Test_Arduino.cpp 파일에 main 코드를 구현하면 된다.

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Import Library

내가 만든 새로운 라이브러리 혹은 별도의 외부 라이브러리를 사용하기 위해서는 라이브러리를 Import 해야 한다. Import를 위한 방법은 프로젝트 이름을 선택 한 후, [마우스 우 클릭]-[Import]-[Arduino]-[Import Arduino libraries into the current project]를 선택 해서 원하는 라이브러리를 추가 한다.

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Compile and Download

코드를 작성한 후, 아래 표시된 화살표 아이콘을 누르면 컴파일과 다운로드가 동시에 된다. 다운로드가 정상적으로 완료 되면 Console 탭에서 아래와 같은 메시지를 확인 할 수 있다.

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Trouble Shooting

혹시, 컴파일이 안되거나 다운로드시 보드를 찾을 수 없다는 메시지가 나오면 아래와 같이 프로젝트 속성을 확인해서 컴포트 및 보드가 제대로 설정되어 있는지 확인 해야 한다.

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Arduino Sketch에서 printf 사용하기

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Arduino에서 UART로 로그메시지를 확인하기 위해서는 Serial Class를 이용하면 된다.
예를 들면, Serial.print 혹은 Serial.println 과 같은 함수를 제공한다.

간혹 다른 라이브러리를 포팅해야 하는 경우, printf 함수를 구현해 놓은 경우가 있는데 이럴 때는 아래와 같이 설정하면 printf 함수를 Hooking 할 수 있다.

#include <stdio.h>

// create a FILE structure to reference our UART output function

static FILE uartout = {0} ;

// create a output function
// This works because Serial.write, although of
// type virtual, already exists.
static int uart_putchar (char c, FILE *stream)
{
    Serial.write(c) ;
    return 0 ;
}

void setup(void)
{
   // Start the UART
   Serial.begin(9600) ;

   // fill in the UART file descriptor with pointer to writer.
   fdev_setup_stream (&uartout, uart_putchar, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);

   // The uart is the standard output device STDOUT.
   stdout = &uartout ;

   printf("TEST\r\n");
}

참고 : http://playground.arduino.cc/Main/Printf

 

gvim+ctags+cscope 설정(windows)

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gvim 설치

http://www.vim.org/index.php

ctags 설치 하기

  • 함수의 바디를 찾거나 변수의 정의를 찾을 때 사용
  • http://ctags.sourceforge.net/에서 다운
    • Windows용은 아래와 같이 “Source and binary for Windows”의 Package를 다운로드

20160201_101150

ctags를 다운로드 하고, 압축을 푼 다음 Windows 환경 설정에 ctags58의 PATH를 지정해야 한다.

위 설정을 마친 후, vim의 [도구]-[꼬리표 파일 만들기]를 수행하고 아래와 같은 결과가 나오면 ctags가 정상적으로 수행된다고 보면 된다. 20160201_102624

20160201_102604

vim에서 ctags 설정하기

tags는 상태 경로로 지정 가능하다.

:set tags=tags

원하는 함수의 구현부분으로 이동하기 위해서는 Ctrl + [, 이전 부분으로 복귀하기 위해서는 Ctrl + T를 입력하면 된다.

find util

cscope를 설치하고 별도로 find tool을 설치해야 한다.

cscope

cscope를 위한 DB를 만들기 위한 명령은 아래와 같다.

cscope -b -R

20160201_152004

vim에서 cscope를 위한 DB을 연동하기 위해서는 아래와 같은 명령을 수행한다.(참고로 cscope.out 경로는 상대주소로 지정할수 있다.)

:cs add cscope.out

DB가 제대로 연결되어 있는지 확인하기 위한 명령은 아래와 같다.

:cs show

라즈베리파이 Static IP 설정 방법

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라즈베리파이에 Static IP를 설정하기 위해서는 아래와 같이 interfaces의 내용을 변경하면 된다.
interfaces file 경로 : /etc/network/interfaces

interfaces 파일 내용에 아래 구문을 추가 하면 Static IP를 사용 할 수 있다.
수정을 위한 명령어 : sudo vi /etc/network/interfaces

iface eth0 inet static
address 192.168.1.229
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.1.1

변경 전

# Please note that this file is written to be used with dhcpcd.
# For static IP, consult /etc/dhcpcd.conf and 'man dhcpcd.conf'.

auto lo
iface lo inet loopback

auto eth0
allow-hotplug eth0
iface eth0 inet manual

auto wlan0
allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet manual
wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

auto wlan1
allow-hotplug wlan1
iface wlan1 inet manual
wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

변경 후

# Please note that this file is written to be used with dhcpcd.
# For static IP, consult /etc/dhcpcd.conf and 'man dhcpcd.conf'.

auto lo
iface lo inet loopback

auto eth0
allow-hotplug eth0
#iface eth0 inet manual
iface eth0 inet static
address 192.168.1.229
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.1.1



auto wlan0
allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet manual
wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

auto wlan1
allow-hotplug wlan1
iface wlan1 inet manual
wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

 

Zigbeegate

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This prototype was made by Damir Serfezi and if you want to see original post, refer to this link.

This prototype of IoT Gateway binds ZigBee wireless network with Ethernet LAN. It provides control of ZigBee compliant devices through apps on PC or smartphone.

ZigBee Gateway

It is built upon CC2538 Development Kit and Ethernet side use WIZnet W5500 hardwired TCP/IP Ethernet controller.

On ZigBee side, Texas Instruments CC2538System on Chip is used.

An assembly such as this

  • makes hardware as simple as possible
  • reduces the costs
  • reduces firmware upload/update to the minimum

Firmware in this Gateway is based on Z-Stack Home, ZigBee Home Automation compliant protocol stack for CC2530 and CC2538 SoC.

gateway

This video presents you the prototype of ZigBee Gateway