x10和PLCBUS技術(shù)在智能家居中的應用與分析

　　智能家居系統具有安全、方便、高效、快捷、智能化、個(gè)性化的特征。它是利用多種通訊手段將家庭中的各種設備有機地連接在一起。電力線(xiàn)載波以電力線(xiàn)路為傳輸通道，通過(guò)載波方式將信號進(jìn)行高速傳輸，是一種不需要線(xiàn)路投資的通信方式。在智能家居網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中，基于電力線(xiàn)載波技術(shù)的X10協(xié)議及PLCBUS協(xié)議有廣泛的應用。筆者對X10和PLCBUS協(xié)議及兩協(xié)議在組成智能家居控制網(wǎng)絡(luò )中的優(yōu)勢進(jìn)行了詳細分析。

　　1 智能家居概述

　　智能家居，或稱(chēng)智能住宅（ SmartHome， intelligent home），是指利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、綜合布線(xiàn)技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統（家庭各種信息設備、自動(dòng)化設備、家用電器、安防裝置、能源設備、環(huán)境監測設施等）通過(guò)一定的通訊技術(shù)有機地結合在一起，形成一個(gè)家庭智能化系統，通過(guò)監視、控制和管理，讓家居生活更加舒適、安全、經(jīng)濟、有效。與普通家居相比，由原來(lái)的被動(dòng)靜止結構轉變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通。智能家居強調人的主觀(guān)能動(dòng)性，重視人與居住環(huán)境的協(xié)調。

　　智能家居總體結構分為3層： 應用層、家庭網(wǎng)絡(luò )層、物理介質(zhì)層。應用層包含家庭自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )家電、信息家電； 家庭網(wǎng)絡(luò )層包含控制網(wǎng)絡(luò )、數據網(wǎng)絡(luò )、音視頻網(wǎng)絡(luò )； 物理介質(zhì)層是各種傳輸媒質(zhì)，如： 電力線(xiàn)、雙絞線(xiàn)、光纖、電話(huà)線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)等。

　　家庭自動(dòng)化包括環(huán)境控制、照明控制、安防控制、能源控制、內部監視等多個(gè)方面，是智能家居的主要內容； 網(wǎng)絡(luò )家電通常是指增加通訊功能的傳統家電； 信息家電是新興的數字化家庭設施，如計算機、機頂盒、游戲設備、數字電話(huà)等。家庭網(wǎng)絡(luò )一般就是將家庭各子系統連接在一起的網(wǎng)絡(luò )，是各部分相互通訊協(xié)同工作的基礎，主要實(shí)現對家庭自動(dòng)化設備控制、數據通訊、對外連接功能。

　　2 家庭網(wǎng)絡(luò )的控制部分- - 智能家居的核心

　　家庭網(wǎng)絡(luò )是實(shí)現住宅的智能化、信息化的基本必需平臺。家庭網(wǎng)絡(luò )是在家庭范圍內（可擴展至鄰居、小區）將PC、家電、安全系統、照明系統和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)，是將所有的家庭電氣設施聯(lián)結成一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò )，使每個(gè)家用電器成為整體中的一個(gè)成員； 按照一定的通信協(xié)議，實(shí)現控制和調節。

　　網(wǎng)絡(luò )應該容納安全、照明、環(huán)境、能源管理、公用設施（水、電、煤氣等）、計算機和娛樂(lè )等一系列家電和電器設施，具有自動(dòng)調節、資源共享等功能。

　　家庭網(wǎng)絡(luò )從技術(shù)上要完成3個(gè)方面信息鏈路的實(shí)現，第一，提供寬帶的信息接口； 第二，提供家庭內部的通信，資源共享； 第三，為家庭設備控制網(wǎng)絡(luò )提供信息鏈接。前兩項的通訊對數據流量和數據延遲的要求較高，第3項對數據流量和數據延遲的要求較低。而通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò )對家電、智能化的保安監控系統、燈光、能源、住宅環(huán)境等系統的監視和控制，最能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的直接需求，不僅是智能家居的直接表現，同時(shí)也是智能家居的核心內容。在家庭網(wǎng)絡(luò )中具有上述控制監視功能的部分可稱(chēng)為家庭網(wǎng)絡(luò )的控制部分。

　　3 家庭網(wǎng)絡(luò )控制部分的應用技術(shù)

　　家庭網(wǎng)絡(luò )的控制部分可以通過(guò)多種媒質(zhì)，按照物理實(shí)現的方式分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩大類(lèi)。有線(xiàn)方案主要包括： 總線(xiàn)制，電力線(xiàn)載波等； 無(wú)線(xiàn)方案主要包括： 紅外線(xiàn)連接，無(wú)線(xiàn)電連接、RF技術(shù)連接和基于PC的無(wú)線(xiàn)連接等。

　　3. 1 集中布線(xiàn)技術(shù)（總線(xiàn)制）

　　單獨布設家庭網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路，利用弱電控制線(xiàn)來(lái)實(shí)現對家電或燈光的控制及信息傳輸，以前主要應用于樓宇智能化控制，因為單獨布線(xiàn)，所以信號最穩定，適合于樓宇和小區智能化等大區域范圍的控制，現部分應用于別墅智能化，但一般設置安裝比較復雜，造價(jià)較高，工期較長(cháng)，只適用新裝修用戶(hù)。

　　3. 2 無(wú)線(xiàn)射頻（Home RF）技術(shù)

　　利用點(diǎn)對點(diǎn)的射頻技術(shù)，實(shí)現對家電和燈光的控制，安裝設置都比較方便，主要應用于實(shí)現對某些特定電器或燈光的控制，但系統功能比較弱，控制方式比較單一，且易受周?chē)鸁o(wú)線(xiàn)設備環(huán)境及阻礙物干擾； 適用于新裝修戶(hù)和已裝修戶(hù)。

　　3. 3 電力載波

　　主要利用家庭內部現有的電力線(xiàn)傳輸控制信號，從而實(shí)現對家電和燈光的控制和管理，安裝設置比較簡(jiǎn)單，很多設備都是即插即用，可以隨意按需選配產(chǎn)品，而且可以不斷智能化升級，功能相對比較強大而且實(shí)用，價(jià)格適中，比較適合大眾化消費，技術(shù)非常成熟，已有25年左右的歷史，適用于新裝修戶(hù)和已裝修戶(hù)，是比較健康、安全、環(huán)保的智能家居技術(shù)。

　　4 電力載波技術(shù)具體分析

　　由于家庭網(wǎng)絡(luò )承擔的協(xié)議和功能較多，采用單一網(wǎng)絡(luò )難以完成，一般是以一種通訊技術(shù)為主，其他通訊技術(shù)為補充。當前的家庭網(wǎng)絡(luò )控制的主要功能是： 實(shí)現照明控制、安防控制、環(huán)境控制、能源控制、遠程通訊等功能，控制信號的傳輸和反饋要求帶寬低，對延時(shí)不敏感，以電力載波通訊技術(shù)作為主要通訊手段可快速實(shí)現對上述方面的全方位控制，并可實(shí)現遠程通訊管理，同時(shí)具有其他兩種通訊介質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢。

　　4. 1 X10協(xié)議

　　X10協(xié)議是由英國PICO E lectronics公司的工程師在20世紀70年代后期開(kāi)發(fā)并獲得專(zhuān)利的，X10系統由三部分組成，即發(fā)射器、接收器和系統保障設備。發(fā)射器通過(guò)電力線(xiàn)發(fā)射控制信號給接收器，由接收器對被控器件進(jìn)行遠程控制。X10信號根據電力線(xiàn)信號正負過(guò)零點(diǎn)處120 kHz脈沖信號出現與否來(lái)進(jìn)行傳輸。利用該電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )做載體傳輸控制信號，將120 kH z的編碼信號加載到60H z（我國是50H z）的電力線(xiàn)上，有載波信號表示數據“1”， 無(wú)載波信號表示數據“ 0” （在正弦波的0 相位處有120 kH z脈沖群，并且緊隨其后的？？相位處無(wú)脈沖群則表示“ 1”信號，如果在正弦波的0相位處沒(méi)有脈沖群，并且緊隨其后的？？相位處有脈沖群則表示“ 0”信號） ， 如圖1所示。