智能家居總線(xiàn)系統專(zhuān)題：主流總線(xiàn)系統特色概述

　　智能家居總線(xiàn)系統基礎知識

　　智能家居在國內市場(chǎng)經(jīng)過(guò)十數年的發(fā)展，通過(guò)在技術(shù)上的不斷探討和研究，各項技術(shù)與集成銜接已逐漸趨于成熟?？偩€(xiàn)技術(shù)的主要特點(diǎn)是所有設備通信與控制都基于一條總線(xiàn)，是一種全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，其產(chǎn)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(chǎng)上比較有影響力的總線(xiàn)技術(shù)包括RS-485、KNX、CAN、C-Bus、SCS-BUS、LonWorks、Modbus等?？偩€(xiàn)技術(shù)類(lèi)產(chǎn)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(yōu)勢在于技術(shù)成熟、系統穩定、可靠性高，應用也比較廣泛。

　　主流總線(xiàn)系統特色概述

　　RS-485總線(xiàn)

　　RS-485是一種非常常見(jiàn)的總線(xiàn)。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(xiàn)標準。它采用平衡發(fā)送和差分接受，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)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。

　　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，可以省掉許多信號線(xiàn)。應用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，其允許最多并聯(lián)32臺驅動(dòng)器和32臺接收器。

　　系統特色：

　　從智能照明發(fā)展的軌跡看，最早的產(chǎn)品一般采用的RS485的技術(shù)，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(chǎn)品的通訊協(xié)議，所以RS485的產(chǎn)品很多，但相互都不能直接通訊。RS485一般需要一個(gè)主接點(diǎn)，通訊的方式采用輪詢(xún)方式，模塊之間采用“手拉手”的接線(xiàn)方式，因此存在著(zhù)通訊速率不高（一般9.6Kbps），模塊的數量有限等問(wèn)題。

　　KNX總線(xiàn)

　　KNX是Konnex的縮寫(xiě)。1999年5月，歐洲三大總線(xiàn)協(xié)議EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex協(xié)會(huì )，提出了KNX協(xié)議。該協(xié)議以EIB為基礎，兼顧了BatiBus和EHSA的物理層規范，并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等優(yōu)點(diǎn)，提供了家庭、樓宇自動(dòng)化的完整解決方案。

　　KNX是唯一全球性的住宅和樓宇控制標準。在KNX系統中，總線(xiàn)接法是區域總線(xiàn)下接主干線(xiàn)，主干線(xiàn)下接總線(xiàn)，系統允許有15個(gè)區域，即有15條區域總線(xiàn)，每條區域總線(xiàn)或者主干線(xiàn)允許連接多達15條總線(xiàn)，而每條總線(xiàn)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(xiàn)、主干線(xiàn)或總線(xiàn)，都需要一個(gè)變壓器來(lái)供電，每一條總線(xiàn)之間通過(guò)隔離器來(lái)區分。在整個(gè)系統中，所有的傳感器都通過(guò)數據線(xiàn)與制動(dòng)器連接，而制動(dòng)器則通過(guò)控制電源電路來(lái)控制電器。所有器件都通過(guò)同一條總線(xiàn)進(jìn)行數據通信，傳感器發(fā)送命令數據，相應地址上的制動(dòng)器就執行相應的功能。

　　此外，整個(gè)系統還可以通過(guò)預先設置控制參數來(lái)實(shí)現相應的系統功能，如組命令、邏輯順序、控制的調節任務(wù)等。同時(shí)所有的信號在總線(xiàn)上都是以串行異步傳輸的形式進(jìn)行傳播，也就是說(shuō)在任何時(shí)候，所有的總線(xiàn)設備總是同時(shí)接收到總線(xiàn)上的信息，只要總線(xiàn)上不再傳輸信息時(shí)，總線(xiàn)設備即可獨立決定將報文發(fā)送到總線(xiàn)上。KNX有三種結構：線(xiàn)形、樹(shù)形、和星形。

　　系統特色：

　　KNX既能用于最新的樓宇也能用于現有的樓宇，并且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(guān)閉控制、加熱、通風(fēng)、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(lǐng)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(xiàn)的成本較高。值得一提的是KNX技術(shù)于2007年被批準為中國標準GB/Z20965。

　　LongWorks

　　LongWorks總線(xiàn)由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導。它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，采用面向對象的設計方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量把網(wǎng)絡(luò )通信設計簡(jiǎn)化為參數設置。支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜和紅外線(xiàn)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(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò )。到2010年時(shí)已有9千萬(wàn)個(gè)設備使用LonWorks網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

　　系統特色：

　　LonWorks總線(xiàn)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。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(xiàn)系統，必須有一個(gè)類(lèi)似大腦的主機。LonWorks總線(xiàn)技術(shù)不需要主機，它采用的是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)節點(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。所以安全性和穩定性較其他總線(xiàn)大大提高。LonWorks的實(shí)時(shí)性、處理大量數據的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依賴(lài)于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全開(kāi)放性也受到一些質(zhì)疑。

　　CAN總線(xiàn)

　　CAN總線(xiàn)期初是德國B(niǎo)OSCH公司于1983年為現在汽車(chē)應用領(lǐng)先推出的一種多主機局部網(wǎng)，屬于現場(chǎng)總線(xiàn)（FieldBus）的范疇，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等等優(yōu)點(diǎn)現在已廣泛應用于智能家居系統中。1993年11月，ISO正式頒布了控制器局域網(wǎng)CAN國際標準，為控制器局域網(wǎng)標準化、規范化推廣鋪平了道路。CAN總線(xiàn)協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進(jìn)行編碼。

　　采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)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(jìn)制數組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數據塊。這種數據塊進(jìn)行編碼的方式，還可使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這一點(diǎn)在分布式控制系統中非常有用。

　　數據段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，可滿(mǎn)足通常工業(yè)領(lǐng)域中的控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節不會(huì )占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(cháng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。

　　系統特色：

　　CAN總線(xiàn)協(xié)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(xiàn)卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，已越來(lái)越受到各界的重視，并已公認為最有前途的總線(xiàn)之一。CAN總線(xiàn)與485具有相同的缺陷，不能連接樹(shù)狀總線(xiàn)，信號線(xiàn)要像有線(xiàn)電視一樣連接，它常常作為大系統的分支連線(xiàn)。

　　C-BUS總線(xiàn)

　　C-BUS系統由澳大利亞奇勝公司開(kāi)發(fā)。C-BUS是一種以非屏蔽雙絞線(xiàn)作為總線(xiàn)載體，廣泛應用于建筑物內照明、空調、火災探測、出入口、安防等系統的綜合控制與綜合能量管理的智能化控制系統。C-BUS控制系統的核心是主控制器和總線(xiàn)連接器，主控制器存貯控制程序、實(shí)現模塊間總線(xiàn)通信及與編程計算機間的通信，通過(guò)控制總線(xiàn)采集各輸入單元信息、根據預先編制的程序控制所有輸出模塊；其RS-232標準接口用于與編程計算機的連接，在計算機上通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行編程、監控，當完成編程并下載至主控制器后，計算機僅作為監視，即C-BUS的運行完全不需要計算機的干預。

　　C-BUS控制系統以人居環(huán)境為主要服務(wù)對象，提供了多種接收外部指令的途徑，如控制按鍵、光傳感器、被動(dòng)型紅外探測器、定時(shí)單元等。實(shí)際上C-BUS就是一個(gè)典型的基于計算機總線(xiàn)控制技術(shù)面向智能建筑需求的系統化控制產(chǎn)品，模塊的任意搭配使得系統設計十分靈活便利。家居用C-BUS產(chǎn)品的控制按鍵有一鍵、二鍵、四鍵三種產(chǎn)品，安裝方式與常用暗裝燈開(kāi)關(guān)相同，可以對每一個(gè)鍵進(jìn)行編程控制一路或多路負載，對于重要場(chǎng)所可采用多按鍵實(shí)現燈光場(chǎng)景控制，以適應不同工作對燈光系統的不同要求。

　　系統特色：

　　C-BUS是一個(gè)十分靈活的柔性控制系統，這是因為所有的輸入和輸出元件自帶微處理器且通過(guò)總線(xiàn)互聯(lián)，外部事件信息來(lái)自輸入元件，通過(guò)總線(xiàn)到達相應的輸出元件并按預先編好的程序控制所連接的負載。每一個(gè)元件都可以按照需求進(jìn)行編程以適應任何使用場(chǎng)合，其靈活的編程可在不改變任何硬件連線(xiàn)的情況下非常方便地調整控制程序。作為系統的管理者，最好能掌握編程技能，這樣及時(shí)適應使用需求的變化。

　　SCS-BUS總線(xiàn)

　　SCS-BUS是指結構化布線(xiàn)/總線(xiàn)系統，是BTICINO公司獨創(chuàng )的自主的雙總線(xiàn)系統，性能穩定、反映速度高，能滿(mǎn)足各種智能家居功能需求，功能也是此行業(yè)最齊全的，是一個(gè)在歐洲占主導地位的樓宇自動(dòng)化（BA）和家庭自動(dòng)化（HA）標準。

　　SCS-BUS通訊協(xié)議遵循OSI開(kāi)放式系統互聯(lián)參考模型模型，提供了OSI模型所定義的全部七層服務(wù)，這是其先進(jìn)性之一。物理層和鍵路層明顯依賴(lài)于物理媒質(zhì)的特性，SCS-BUS通過(guò)優(yōu)化防沖突規定了帶有沖突檢測的載波偵聽(tīng)多路存?。–SMA）以控制媒質(zhì)接口；網(wǎng)絡(luò )層通過(guò)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議控制信息（NPCI）控制跳躍擻；傳輸層的邏輯通訊關(guān)系包括一對多無(wú)連接即多終點(diǎn)組傳輸、一對所有無(wú)連接即廣播、一對一無(wú)連接、一對一導向連接，它提供了地址與抽象內部表達之間的映射通訊訪(fǎng)問(wèn)標識等；通過(guò)預留的會(huì )話(huà)層和表示層，所有設備被明顯映射出來(lái)；應用層行使SCS-BUS網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)/服務(wù)器管理的API（應用程序接口）功能，應用層對通訊對象組內部請求，或共享變量分配通訊訪(fǎng)問(wèn)標識符，以完成收（一對多）和發(fā)（一對一）功能。

　　系統特色：

　　SCS-BUS通訊協(xié)議支持通訊介質(zhì)分段組合的網(wǎng)絡(luò )，包括雙絞線(xiàn)、輸電線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)頻率傳輸。SCS-BUS雙絞線(xiàn)自由拓撲結構成本較低，控制邏輯0的位級別沖突檢測提高傳輸的可靠性，每個(gè)雙粗絞線(xiàn)物理段可長(cháng)達2000米；SCS輸電線(xiàn)運用新型擴展頻率調制技術(shù)，通過(guò)相應數量的匹配篩選，保證輸電線(xiàn)組地址傳輸的完整性和可靠性。

　　ModBus總線(xiàn)

　　ModBus是由現在施耐德電氣公司旗下品牌Modicon在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現場(chǎng)的總線(xiàn)協(xié)議。為更好地普及和推動(dòng)ModBus在基于以太網(wǎng)上的分布式應用，目前施耐德公司已將ModBus協(xié)議的所有權移交給IDA（InterfaceforDistributedAutomation，分布式自動(dòng)化接口）組織，并成立了ModBus-IDA組織，為ModBus今后的發(fā)展奠定了基礎。

　　ModBus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )，例如以太網(wǎng)和其它設備之間可以通信，它已經(jīng)成為通用工業(yè)標準。有了它，不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行集中監控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信。它描述了控制器請求訪(fǎng)問(wèn)其它設備的過(guò)程，如何回應來(lái)自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。當在Modbus網(wǎng)絡(luò )上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用ModBus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò )上，包含了ModBus協(xié)議的消息轉換為在此網(wǎng)絡(luò )上使用的幀或包結構。這種轉換也擴展了根據具體的網(wǎng)絡(luò )解決節地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

　　系統特色：

　　標準、開(kāi)放，用戶(hù)可以免費且放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會(huì )侵犯知識產(chǎn)權。目前，支持Modbus的廠(chǎng)家超過(guò)400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過(guò)600種。Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)等。Modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊、通俗易懂。用戶(hù)使用容易，廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。