智能家居總線技術(shù)的概述

趙瑞芬

（浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 杭州 310018）

20世紀(jì)80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，住宅電子化出現(xiàn)。80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備與安全防范設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念。80年代末，通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過(guò)總線技術(shù)對(duì)住宅中各種通信、家電、安防設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱(chēng)為Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。

智能家居最初的定義是：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置，通過(guò)總線技術(shù)連接到一個(gè)家庭智能系統(tǒng)上，進(jìn)行集中或異地監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。總線技術(shù)是智能家居的基本單元，也是智能家居的核心。

隨著智能家居的不斷發(fā)展，已經(jīng)有一些較為成熟并廣泛應(yīng)用的智能家居總線技術(shù)，如RS-485、X10、LonWorks、CAN等。下文將對(duì)這4種總線技術(shù)的原理做簡(jiǎn)單介紹，并分析它們?cè)谥悄芗揖討?yīng)用中的特點(diǎn)。

1 RS-485總線

RS-485是一種非常常見(jiàn)的總線。在通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。它采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。

市場(chǎng)上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。

在早期的智能家居產(chǎn)品中經(jīng)常能看到其應(yīng)用，目前已經(jīng)較少使用。但大部分的智能家居產(chǎn)品都會(huì)留有對(duì)RS-485的接口，以便于設(shè)備的兼容。RS-485總線相較于現(xiàn)在其他的總線，在通信效率，抗干擾能力等諸多方面都存在著不足。但其總線協(xié)議簡(jiǎn)單，且已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，得到了大多數(shù)廠商的支持，所以仍有其存在的價(jià)值。

2 X10總線

X10是一種國(guó)際通用的智能家居電力載波協(xié)議。該協(xié)議支持通過(guò)電力線相互通信，無(wú)需重新布線，被控制的電器可多達(dá)256路。在智能家居20余年的發(fā)展過(guò)程中，X10是最引人注目的。

X10是全球第一個(gè)利用電力線載波來(lái)控制燈飾及電子電器產(chǎn)品，并將其商業(yè)化的成功模式，皮可電子公司（Pico Electronics Lcd.）成功地研發(fā)出該項(xiàng)技術(shù)。X10是以60Hz（或50Hz）為載波，以120Hz的脈沖為調(diào)變波而研發(fā)出的數(shù)位控制技術(shù)，并制訂出一套控制規(guī)格。

X10總線協(xié)議已成為如今美國(guó)智能家居產(chǎn)品的主要領(lǐng)導(dǎo)者，在歐美，日本，新加坡，韓國(guó)等國(guó)也有廣泛的應(yīng)用。其最大的優(yōu)勢(shì)是用電力線來(lái)進(jìn)行通信，不需要另外布線，安裝方便，使用簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。但其缺點(diǎn)是傳輸速度較慢，且抗干擾能力較弱，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性要求相對(duì)較高。

3 LonWorks總線

LonWorks總線由美國(guó)Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達(dá)2700m（78Kbit/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。到2010年時(shí)已有9千萬(wàn)個(gè)設(shè)備使用LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

LonWorks總線技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實(shí)現(xiàn)。在智能家居領(lǐng)域，其最大的特點(diǎn)就是不像別的智能家居總線系統(tǒng)，必須有一個(gè)類(lèi)似大腦的主機(jī)。LonWorks總線技術(shù)不需要主機(jī)，它采用的是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)神經(jīng)元，這些神經(jīng)元連接到一起的時(shí)候就能協(xié)同工作，并不需要另外一個(gè)大腦來(lái)控制。所以其安全性和穩(wěn)定性較其他總線大大提高。

4 CAN總線

CAN總線起初是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)也已廣泛應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)中。CAN總線協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。

采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數(shù)據(jù)塊。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。

CAN總線協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，已越來(lái)越受到各界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的總線之一。

5 結(jié)束語(yǔ)

從上面介紹的總線技術(shù)本身來(lái)分析，總線技術(shù)需具有如下特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成底層控制網(wǎng)絡(luò)；通信標(biāo)準(zhǔn)的公開(kāi)、一致，使系統(tǒng)具備開(kāi)放性，設(shè)備間具有互可操作性；功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性；控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。

目前，國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)智能家居廠家的數(shù)量正在迅速增長(zhǎng)。智能家居市場(chǎng)在未來(lái)的三五年內(nèi)會(huì)高速增長(zhǎng)，新技術(shù)、新產(chǎn)品也會(huì)不斷出現(xiàn)并投入應(yīng)用。就目前的發(fā)展趨勢(shì)分析，預(yù)計(jì)今后兩年內(nèi)全世界有將近1億的家庭將構(gòu)建智能家居。如此龐大的市場(chǎng)，給我們帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

分析總線技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，其中可以肯定的一點(diǎn)就是，尋求統(tǒng)一的總線技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，將是總線技術(shù)或智能家居產(chǎn)業(yè)的主要任務(wù)。現(xiàn)階段各種總線技術(shù)并存，各大廠商擁有其各自的標(biāo)準(zhǔn)，這極不利于智能家居產(chǎn)業(yè)的大面積推廣。其實(shí)自1999年開(kāi)始，我國(guó)政府部門(mén)就已密切注意到這個(gè)動(dòng)向和趨勢(shì)，國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部、國(guó)家科委、建設(shè)部等部委組織有關(guān)專(zhuān)家論證和規(guī)劃在我國(guó)如何發(fā)展智能家居和住宅小區(qū)的計(jì)劃，開(kāi)始著手研究和制定有關(guān)我國(guó)家庭智能化的標(biāo)準(zhǔn)。

［1］周洪，等.智能家居控制系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

［2］楊永華.基于CAN總線和語(yǔ)音識(shí)別的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報(bào),2010(02).

［3］陶莉,等.基于RS-485總線的智能家居系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表,2007(11).

［4］趙瑞芬.關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)智能家居的初探[J].科技信息,2010(22).