x10和PLCBUS技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用與分析

　　智能家居系統(tǒng)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(shè)備有機(jī)地連接在一起。電力線載波以電力線路為傳輸通道，通過(guò)載波方式將信號(hào)進(jìn)行高速傳輸，是一種不需要線路投資的通信方式。在智能家居網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，基于電力線載波技術(shù)的X10協(xié)議及PLCBUS協(xié)議有廣泛的應(yīng)用。筆者對(duì)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(shì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

　　1 智能家居概述

　　智能家居，或稱智能住宅（ SmartHome， intelligent home），是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)（家庭各種信息設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、家用電器、安防裝置、能源設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)施等）通過(guò)一定的通訊技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，形成一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)視、控制和管理，讓家居生活更加舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有效。與普通家居相比，由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(qiáng)調(diào)人的主觀能動(dòng)性，重視人與居住環(huán)境的協(xié)調(diào)。

　　智能家居總體結(jié)構(gòu)分為3層： 應(yīng)用層、家庭網(wǎng)絡(luò)層、物理介質(zhì)層。應(yīng)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(shù)據(jù)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、雙絞線、光纖、電話線、無(wú)線等。

　　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(nèi)部監(jiān)視等多個(gè)方面，是智能家居的主要內(nèi)容； 網(wǎng)絡(luò)家電通常是指增加通訊功能的傳統(tǒng)家電； 信息家電是新興的數(shù)字化家庭設(shè)施，如計(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒、游戲設(shè)備、數(shù)字電話等。家庭網(wǎng)絡(luò)一般就是將家庭各子系統(tǒng)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(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭自動(dòng)化設(shè)備控制、數(shù)據(jù)通訊、對(duì)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(xiàn)住宅的智能化、信息化的基本必需平臺(tái)。家庭網(wǎng)絡(luò)是在家庭范圍內(nèi)（可擴(kuò)展至鄰居、小區(qū)）將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)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(shè)施聯(lián)結(jié)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(xiàn)控制和調(diào)節(jié)。

　　網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該容納安全、照明、環(huán)境、能源管理、公用設(shè)施（水、電、煤氣等）、計(jì)算機(jī)和娛樂(lè)等一系列家電和電器設(shè)施，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)、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(xiàn)，第一，提供寬帶的信息接口； 第二，提供家庭內(nèi)部的通信，資源共享； 第三，為家庭設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)提供信息鏈接。前兩項(xiàng)的通訊對(duì)數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)延遲的要求較高，第3項(xiàng)對(duì)數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)延遲的要求較低。而通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)對(duì)家電、智能化的保安監(jiān)控系統(tǒng)、燈光、能源、住宅環(huán)境等系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，最能夠滿足用戶的直接需求，不僅是智能家居的直接表現(xiàn)，同時(shí)也是智能家居的核心內(nèi)容。在家庭網(wǎng)絡(luò)中具有上述控制監(jiān)視功能的部分可稱為家庭網(wǎng)絡(luò)的控制部分。

　　3 家庭網(wǎng)絡(luò)控制部分的應(yīng)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(xiàn)的方式分為有線和無(wú)線兩大類(lèi)。有線方案主要包括： 總線制，電力線載波等； 無(wú)線方案主要包括： 紅外線連接，無(wú)線電連接、RF技術(shù)連接和基于PC的無(wú)線連接等。

　　3. 1 集中布線技術(shù)（總線制）

　　單獨(dú)布設(shè)家庭網(wǎng)絡(luò)線路，利用弱電控制線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電或燈光的控制及信息傳輸，以前主要應(yīng)用于樓宇智能化控制，因?yàn)閱为?dú)布線，所以信號(hào)最穩(wěn)定，適合于樓宇和小區(qū)智能化等大區(qū)域范圍的控制，現(xiàn)部分應(yīng)用于別墅智能化，但一般設(shè)置安裝比較復(fù)雜，造價(jià)較高，工期較長(zhǎng)，只適用新裝修用戶。

　　3. 2 無(wú)線射頻（Home RF）技術(shù)

　　利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電和燈光的控制，安裝設(shè)置都比較方便，主要應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)某些特定電器或燈光的控制，但系統(tǒng)功能比較弱，控制方式比較單一，且易受周?chē)鸁o(wú)線設(shè)備環(huán)境及阻礙物干擾； 適用于新裝修戶和已裝修戶。

　　3. 3 電力載波

　　主要利用家庭內(nèi)部現(xiàn)有的電力線傳輸控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家電和燈光的控制和管理，安裝設(shè)置比較簡(jiǎn)單，很多設(shè)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(jí)，功能相對(duì)比較強(qiáng)大而且實(shí)用，價(jià)格適中，比較適合大眾化消費(fèi)，技術(shù)非常成熟，已有25年左右的歷史，適用于新裝修戶和已裝修戶，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(dān)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(bǔ)充。當(dāng)前的家庭網(wǎng)絡(luò)控制的主要功能是： 實(shí)現(xiàn)照明控制、安防控制、環(huán)境控制、能源控制、遠(yuǎn)程通訊等功能，控制信號(hào)的傳輸和反饋要求帶寬低，對(duì)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(xiàn)對(duì)上述方面的全方位控制，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shì)。

　　4. 1 X10協(xié)議

　　X10協(xié)議是由英國(guó)PICO E lectronics公司的工程師在20世紀(jì)70年代后期開(kāi)發(fā)并獲得專(zhuān)利的，X10系統(tǒng)由三部分組成，即發(fā)射器、接收器和系統(tǒng)保障設(shè)備。發(fā)射器通過(guò)電力線發(fā)射控制信號(hào)給接收器，由接收器對(duì)被控器件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。X10信號(hào)根據(jù)電力線信號(hào)正負(fù)過(guò)零點(diǎn)處120 kHz脈沖信號(hào)出現(xiàn)與否來(lái)進(jìn)行傳輸。利用該電力線網(wǎng)絡(luò)做載體傳輸控制信號(hào)，將120 kH z的編碼信號(hào)加載到60H z（我國(guó)是50H z）的電力線上，有載波信號(hào)表示數(shù)據(jù)“1”， 無(wú)載波信號(hào)表示數(shù)據(jù)“ 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(hào)，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(hào)） ， 如圖1所示。