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)備各自獨立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動化概念。80年代末，通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過總線技術(shù)對住宅中各種通信、家電、安防設(shè)備進行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為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，通過總線技術(shù)連接到一個家庭智能系統(tǒng)上，進行集中或異地監(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)?？偩€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。下文將對這4種總線技術(shù)的原理做簡單介紹，并分析它們在智能家居應(yīng)用中的特點。

1 RS-485總線

RS-485是一種非常常見的總線。在通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。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，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。

市場上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)。因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。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臺驅(qū)動器和32臺接收器。

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)品都會留有對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值。

2 X10總線

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

X10是全球第一個利用電力線載波來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，韓國等國也有廣泛的應(yīng)用。其最大的優(yōu)勢是用電力線來進行通信，不需要另外布線，安裝方便，使用簡單，價格便宜。但其缺點是傳輸速度較慢，且抗干擾能力較弱，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性要求相對較高。

3 LonWorks總線

LonWorks總線由美國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)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(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2700m（78Kbit/s），被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。到2010年時已有9千萬個設(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，并得以實現(xiàn)。在智能家居領(lǐng)域，其最大的特點就是不像別的智能家居總線系統(tǒng)，必須有一個類似大腦的主機。LonWorks總線技術(shù)不需要主機，它采用的是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。每個節(jié)點都是一個神經(jīng)元，這些神經(jīng)元連接到一起的時候就能協(xié)同工作，并不需要另外一個大腦來控制。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)代汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點現(xiàn)也已廣泛應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)中。CAN總線協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。

采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識碼可由11位或29位二進制數(shù)組成，因此可以定義2或2個以上不同的數(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)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。

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

5 結(jié)束語

從上面介紹的總線技術(shù)本身來分析，總線技術(shù)需具有如下特點：現(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成底層控制網(wǎng)絡(luò)；通信標準的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，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，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。

目前，國內(nèi)專業(yè)智能家居廠家的數(shù)量正在迅速增長。智能家居市場在未來的三五年內(nèi)會高速增長，新技術(shù)、新產(chǎn)品也會不斷出現(xiàn)并投入應(yīng)用。就目前的發(fā)展趨勢分析，預(yù)計今后兩年內(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，給我們帶來了機遇和挑戰(zhàn)。

分析總線技術(shù)未來的發(fā)展趨勢，其中可以肯定的一點就是，尋求統(tǒng)一的總線技術(shù)國際標準，將是總線技術(shù)或智能家居產(chǎn)業(yè)的主要任務(wù)?，F(xiàn)階段各種總線技術(shù)并存，各大廠商擁有其各自的標準，這極不利于智能家居產(chǎn)業(yè)的大面積推廣。其實自1999年開始，我國政府部門就已密切注意到這個動向和趨勢，國家信息產(chǎn)業(yè)部、國家科委、建設(shè)部等部委組織有關(guān)專家論證和規(guī)劃在我國如何發(fā)展智能家居和住宅小區(qū)的計劃，開始著手研究和制定有關(guān)我國家庭智能化的標準。

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

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

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