智能家居總線系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

導(dǎo)讀：智能家居 項(xiàng)目應(yīng)用中， 總線系統(tǒng)一直以其穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)得到智能家居集成商的推崇。 面對(duì)不斷成長與變化的智能家居市場(chǎng)， 制造商與集成商都在紛紛轉(zhuǎn)型尋求新的突破點(diǎn)。 在不斷變化的外部環(huán)境下， 值得關(guān)注的是， 總線智能家居產(chǎn)品會(huì)有怎樣的全新市場(chǎng)機(jī)遇。智能家居在國內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)過十?dāng)?shù)年的發(fā)展，通過在技術(shù)上的不斷探討和研究，各項(xiàng)技術(shù)與集成銜接已逐漸趨于成熟。 總線技術(shù)的主要特點(diǎn)是所有設(shè)備通信與控制都基于一條總線， 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技術(shù)包括 RS－ 485、 KNX、 CAN、 C－ Bus、 SCS－ BUS、 LonWorks、 Modbus等?？偩€技術(shù)類產(chǎn)品比較適合于樓宇智能化以及小區(qū)智能化等大區(qū)域范圍的控制，其優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟、系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高，應(yīng)用也比較廣泛。

主流總線系統(tǒng)特色概述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(shí)，廣泛采用RS－485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。 它采用平衡發(fā)送和差分接受， 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。系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)， 因?yàn)橹皇且?guī)定的物理層的電氣連接規(guī)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(shù)量有限等問題。KNX總線KNX是Konnex的縮寫。 1999年5月，歐洲三大總線協(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(chǔ)，兼顧了BatiBus和EHSA的物理層規(guī)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(biāo)準(zhǔn)。在 KNX系統(tǒng)中，總線接法是區(qū)域總線下接主干線，主干線下接總線，系統(tǒng)允許有 15個(gè)區(qū)域，即有 15條區(qū)域總線，每條區(qū)域總線或者主干線允許連接多達(dá) 15條總線，而每條總線最多允許連接 64臺(tái)設(shè)備，這主要取決于電源供應(yīng)和設(shè)備功耗。每一條區(qū)域總線、主干線或總線，都需要一個(gè)變壓器來供電，每一條總線之間通過隔離器來區(qū)分。在整個(gè)系統(tǒng)中，所有的傳感器都通過數(shù)據(jù)線與制動(dòng)器連接， 而制動(dòng)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信， 傳感器發(fā)送命令數(shù)據(jù)， 相應(yīng)地址上的制動(dòng)器就執(zhí)行相應(yīng)的功能。此外，整個(gè)系統(tǒng)還可以通過預(yù)先設(shè)置控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能， 如組命令、邏輯順序、 控制的調(diào)節(jié)任務(wù)等。 同時(shí)所有的信號(hào)在總線上都是以串行異步傳輸?shù)男问竭M(jìn)行傳播， 也就是說在任何時(shí)候， 所有的總線設(shè)備總是同時(shí)接收到總線上的信息，只要總線上不再傳輸信息時(shí)， 總線設(shè)備即可獨(dú)立決定將報(bào)文發(fā)送到總線上。KNX有三種結(jié)構(gòu)：線形、樹形、和星形。系統(tǒng)特色：KNX既能用于最新的樓宇也能用于現(xiàn)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(yīng)用，包括：照明、多種安全系統(tǒng)的關(guān)閉控制、加熱、通風(fēng)、空調(diào)、監(jiān)控、報(bào)警、用水控制、能源管理、測(cè)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(jié)約能源和氣候保護(hù)作出了重大貢獻(xiàn)，但KNX總線的成本較高。 值得一提的是 KNX技術(shù)于 2007年被批準(zhǔn)為中國標(biāo)準(zhǔn) GB／Z20965。LongWorksLongWorks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(jì)方法，通過網(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 9千萬個(gè)設(shè)備使用LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。系統(tǒng)特色：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)大腦來控制。所以安全性和穩(wěn)定性較其他總線大大提高。LonWorks的實(shí)時(shí)性、處理大量數(shù)據(jù)的能力有些欠缺；其次，由于 LonWorks依賴于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全開放性也受到一些質(zhì)疑。CAN總線CAN總線期初是德國 BOSCH公司于 1983年為現(xiàn)在汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線( 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(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)中。 1993年11月，ISO正式頒布了控制器局域網(wǎng) CAN國際標(biāo)準(zhǔn)，為控制器局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。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。 這種數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼的方式， 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)段長度最多為 8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中的控制命令、 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)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)特色：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)，已越來越受到各界的重視，并已公認(rèn)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(hào)線要像有線電視一樣連接，它常常作為大系統(tǒng)的分支連線。C－BUS總線C－BUS系統(tǒng)由澳大利亞奇勝公司開發(fā)。 C－BUS是一種以非屏蔽雙絞線作為總線載體，廣泛應(yīng)用于建筑物內(nèi)照明、空調(diào)、火災(zāi)探測(cè)、出入口、安防等系統(tǒng)的綜合控制與綜合能量管理的智能化控制系統(tǒng)。 C－BUS控制系統(tǒng)的核心是主控制器和總線連接器， 主控制器存貯控制程序、 實(shí)現(xiàn)模塊間總線通信及與編程計(jì)算機(jī)間的通信，通過控制總線采集各輸入單元信息、 根據(jù)預(yù)先編制的程序控制所有輸出模塊；其RS－232標(biāo)準(zhǔn)接口用于與編程計(jì)算機(jī)的連接， 在計(jì)算機(jī)上通過專用軟件進(jìn)監(jiān)控，當(dāng)完成編程并下載至主控制器后， 計(jì)算機(jī)僅作為監(jiān)視， 即C－BUSC－BUS控制系統(tǒng)以人居環(huán)境為主要服務(wù)對(duì)象， 提供了多種接收外部指令的途徑，C－BUS就是模塊家居用 C－BUS產(chǎn)品的控制按鍵有一鍵、四鍵三種產(chǎn)品， 安裝方式與常用暗裝燈開關(guān)相同， 可以對(duì)每一個(gè)鍵進(jìn)行編對(duì)于重要場(chǎng)所可采用多按鍵實(shí)現(xiàn)燈光場(chǎng)景控制， 以適應(yīng)C－BUS是一個(gè)十分靈活的柔性控制系統(tǒng)，這是因?yàn)樗械妮斎牒洼敵鲈詭獠渴录畔碜暂斎朐?通過總線到達(dá)相應(yīng)的輸每一個(gè)元件都可以按照需求進(jìn)行其靈活的編程可在不改變?nèi)魏斡布B線的情況下非常作為系統(tǒng)的管理者， 最好能掌握編程技能， 這樣及時(shí)適應(yīng)SCS－BUS總線SCS－BUS是指結(jié)構(gòu)化布線／總線系統(tǒng)，是 BTICINO公司獨(dú)創(chuàng)的自主的雙總線系是一個(gè)在歐洲占主導(dǎo)地位的樓宇自動(dòng)化 （BA）和家庭自動(dòng)化 （HA）標(biāo)準(zhǔn)。SCS－BUS通訊協(xié)議遵循 OSI開放式系統(tǒng)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于物理媒質(zhì)的特性， SCS－BUS通過優(yōu)化防沖突規(guī)定了帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路存?。–SM）以控制媒質(zhì)接口；網(wǎng)絡(luò)層通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制信息（A NPCI）控制跳躍擻；傳輸層的邏輯通訊關(guān)系包括一對(duì)多無連接即多終點(diǎn)組傳輸、 一對(duì)所有無連接即廣播、一對(duì)一無連接、 一對(duì)一導(dǎo)向連接， 它提供了地址與抽象內(nèi)部表達(dá)之間的映射通訊訪問標(biāo)識(shí)等； 通過預(yù)留的會(huì)話層和表示層， 所有設(shè)備被明顯映射出來； 應(yīng)用層行使 SCS－BUS網(wǎng)絡(luò)用戶／服務(wù)器管理的 API（應(yīng)用程序接口）功能，應(yīng)用層對(duì)通訊對(duì)象組內(nèi)部請(qǐng)求，或共享變量分配通訊訪問標(biāo)識(shí)符，以完成收（一對(duì)多）和發(fā)（一對(duì)一）功能。系統(tǒng)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、輸電線、無線頻率傳輸。 SCS－BUS雙絞線自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成本較低，控制邏輯 0的位級(jí)別沖突檢測(cè)提高傳輸?shù)目煽啃?，每個(gè)雙粗絞線物理段可長達(dá) 2000米； SCS輸電線運(yùn)用新型擴(kuò)展頻率調(diào)制技術(shù)， 通過相應(yīng)數(shù)量的匹配篩選， 保證輸電線組地址傳輸?shù)耐暾院涂煽啃?。ModBus總線ModBus是由現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)的總線協(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(yīng)用，目前施耐德公司已將 ModBus協(xié)議的所有權(quán)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(chǔ)。

ModBus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(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(shè)備之間可以通信， 它已經(jīng)成為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)， 而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。它描述了控制器請(qǐng)求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。 它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。 當(dāng)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(shè)備地址， 識(shí)別按地址發(fā)來的消息， 決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。 如果需要回應(yīng)， 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(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。