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智能家居現場總線技術概覽

在海思眾多的客戶群體中,智能家居控制系統集成商無疑是一類非常復雜而又群星閃耀的。這個群體不僅是智能時代的先鋒,而且具有強大的控制系統技術積淀,擁有對新技術、新理念極強的接受能力。他們對Lonworks、CAN、KNX、RS485等現場總線技術孜孜以求,不懈努力,換得了今天中國智能家居行業的高速發展,為當前寒冷的經濟注入了一抹亮色。在迅速成長的智能家居市場領域,集成商們厚積薄發,紛紛尋求新的突破點,基于現場總線技術的智能家居產品全新市場機遇正不期而遇。

  海思人認為,智能家居在國內市場經過十數年的發展,通過集成商們在技術上的不斷探討和研究,各項技術與集成銜接已逐漸趨于成熟。現場總線技術的主要特點是一種全分布式智能控制網絡技術,其產品模塊具有雙向通信能力,以及互操作性和互換性,其控制部件都可以編程。市場上比較有影響力的總線技術包括RS-485KNXCANLonWorks等。現場總線技術類產品比較適合于樓宇智能化以及小區智能化等大區域范圍的控制,其優勢在于技術成熟、系統穩定、可靠性高,應用也比較廣泛。

  RS-485總線

  RS-485總線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。它采用平衡發送和差分接受,因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度,能檢測低至200mV的電壓,故傳輸信號能在千米以外得到恢復。

  市場上一般RS-485產品采用半雙工工作方式,任何時候只能有一點處于發送狀態。因此,發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。應用RS-485可以聯網構成分布式系統,其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。

  系統特色:

  由于RS485總線技術簡單,人才眾多,成本低廉,市場上可供選擇的相關產品供應商眾多,很多集成商的選擇了RS485總線作為控制系統技術基礎。從智能照明發展的軌跡看,最早的產品一般采用的RS485的技術,這是一種串行的通訊標準,因為只是規定的物理層的電氣連接規范,每家公司自行定義產品的通訊協議,所以RS485的產品很多,但相互都不能直接通訊。RS485一般需要一個主接點,通訊的方式采用輪詢方式,模塊之間采用手拉手的接線方式,因此存在著通訊速率不高(一般9.6Kbps),模塊的數量有限等問題。不可否認的是,RS485總線存在抗干擾能力差、系統穩定性不理想、對施工技術要求高、維護工作量大,且不適于構建大、中型控制系統,但成本低廉。

    KNX總線

  KNX即歐洲安裝總線。19995月,歐洲三大總線協議EIBBatiBusEHSA合并成立了Konnex協會,提出了KNX協議。該協議以EIB為基礎,兼顧了BatiBusEHSA的物理層規范,并吸收了BatiBusEHSA中配置模式等優點,提供了家庭、樓宇自動化的完整解決方案。

  在KNX系統中,總線接法是區域總線下接主干線,主干線下接總線,系統允許有15個區域,即有15條區域總線,每條區域總線或者主干線允許連接多達15條總線,而每條總線最多允許連接64臺設備,這主要取決于電源供應和設備功耗。每一條區域總線、主干線或總線,都需要一個變壓器來供電,每一條總線之間通過隔離器來區分。在整個系統中,所有的傳感器都通過數據線與制動器連接,而制動器則通過控制電源電路來控制電器。所有器件都通過同一條總線進行數據通信,傳感器發送命令數據,相應地址上的制動器就執行相應的功能。

  KNX系統還可以通過預先設置控制參數來實現相應的系統功能,如組命令、邏輯順序、控制的調節任務等。同時所有的信號在總線上都是以串行異步傳輸的形式進行傳播,也就是說在任何時候,所有的總線設備總是同時接收到總線上的信息,只要總線上不再傳輸信息時,總線設備即可獨立決定將報文發送到總線上。KNX有三種結構:線形、樹形、和星形。

  系統特色:

  KNX總線得到了眾多跨國企業的有力支撐,既能用于能用于住宅和樓宇控制中所有可能的功能應用,包括:照明、多種安全系統的關閉控制、加熱、通風、空調、監控、報警、用水控制、能源管理、測量以及家居用具、音響及其他眾多領域。除此以外,KNX更舒適更安全,并且為節約能源和氣候保護作出了重大貢獻,但KNX總線的成本較高,通信速率較低。

  LongWorks

  LongWorks總線由美國Echelon公司推出,并由MotorolaToshiba公司共同倡導。它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協議,采用面向對象的設計方法,通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質,通訊速率從300bit/s1.5M/s不等,直接通信距離可達2700m78Kbit/s),被譽為通用控制網絡。到2010年時已有9千萬個設備使用LonWorks網絡技術。

  系統特色:

  LonWorks總線技術采用的LonTalk協議被封裝到Neuron神經元的芯片中,并得以實現。在智能家居領域,其最大的特點就是不像別的智能家居總線系統,必須有一個類似大腦的主機。LonWorks總線技術不需要主機,它采用的是神經元網絡。每個節點都是一個神經元,這些神經元連接到一起的時候就能協同工作,并不需要另外一個大腦來控制。所以安全性和穩定性較其他總線大大提高。Lonworks總線的星形、環形、總線型、自由拓撲等組網類型,以及雙絞線無極性也極大地方便了系統設計、施工與維護。LonWorks的實時性、處理大量數據的能力有些欠缺。眾所周知,Lonworks技術是智能建筑領域重要國際標準,是國際上建筑設備制造商共同遵守的通信協議標準,如中央空調、電梯、消防、通風、照明控制等。基于Lonworks技術的智能家居控制系統有著天然的系統集成便捷性。

    CAN總線

  CAN總線期初是德國BOSCH公司于1983年為現在汽車應用領先推出的一種多主機局部網,屬于現場總線(FieldBus)的范疇,由于其高性能、高可靠性、實時性等等優點現在已廣泛應用于智能家居系統中。199311月,ISO正式頒布了控制器局域網CAN國際標準,為控制器局域網標準化、規范化推廣鋪平了道路。CAN總線協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼,而代之以對通信數據塊進行編碼。

  采用這種方法的優點可使網絡內的節點個數在理論上不受限制,數據塊的標識碼可由11位或29位二進制數組成,因此可以定義22個以上不同的數據塊。這種數據塊進行編碼的方式,還可使不同的節點同時接收到相同的數據,這一點在分布式控制系統中非常有用。

  數據段長度最多為8個字節,可滿足通常工業領域中的控制命令、工作狀態及測試數據的一般要求。同時,8個字節不會占用總線時間過長,從而保證了通信的實時性。

  系統特色:

  CAN總線協議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能,保證了數據通信的可靠性,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。CAN總線與485具有相同的缺陷,不能連接樹狀總線,信號線要像有線電視一樣連接,它常常作為大系統的分支連線。

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