智能家居主流總線系統(tǒng)對比分析

智能家居總線系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

智能家居在國內(nèi)市場經(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。總線技術(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，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，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。

市場上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點(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)互連時非常方便，可以省掉許多信號線。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臺驅(qū)動器和32臺接收器。

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)，因為只是規(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，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。在整個系統(tǒng)中，所有的傳感器都通過數(shù)據(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信，傳感器發(fā)送命令數(shù)據(jù)，相應(yīng)地址上的制動器就執(zhí)行相應(yīng)的功能。

此外，整個系統(tǒng)還可以通過預(yù)先設(shè)置控制參數(shù)來實現(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。同時所有的信號在總線上都是以串行異步傳輸?shù)男问竭M(jìn)行傳播，也就是說在任何時候，所有的總線設(shè)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(shè)備即可獨(dú)立決定將報文發(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(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。

LongWorks

LongWorks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)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(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年時已有9千萬個設(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)。每個節(jié)點(diǎn)都是一個神經(jīng)元，這些神經(jīng)元連接到一起的時候就能協(xié)同工作，并不需要另外一個大腦來控制。所以安全性和穩(wěn)定性較其他總線大大提高。LonWorks的實時性、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)場總線（FieldBus）的范疇，由于其高性能、高可靠性、實時性等等優(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)議的一個最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(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)個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由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)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。

系統(tǒng)特色：

CAN總線協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，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，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、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、實現(xiàn)模塊間總線通信及與編程計算機(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)接口用于與編程計算機(jī)的連接，在計算機(jī)上通過專用軟件進(jìn)行編程、監(jiān)控，當(dāng)完成編程并下載至主控制器后，計算機(jī)僅作為監(jiān)視，即C-BUS的運(yùn)行完全不需要計算機(jī)的干預(yù)。

C-BUS控制系統(tǒng)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、被動型紅外探測器、定時單元等。實際上C-BUS就是一個典型的基于計算機(jī)總線控制技術(shù)面向智能建筑需求的系統(tǒng)化控制產(chǎn)品，模塊的任意搭配使得系統(tǒng)設(shè)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關(guān)相同，可以對每一個鍵進(jìn)行編程控制一路或多路負(fù)載，對于重要場所可采用多按鍵實現(xiàn)燈光場景控制，以適應(yīng)不同工作對燈光系統(tǒng)的不同要求。

系統(tǒng)特色：

C-BUS是一個十分靈活的柔性控制系統(tǒng)，這是因為所有的輸入和輸出元件自帶微處理器且通過總線互聯(lián)，外部事件信息來自輸入元件，通過總線到達(dá)相應(yīng)的輸出元件并按預(yù)先編好的程序控制所連接的負(fù)載。每一個元件都可以按照需求進(jìn)行編程以適應(yīng)任何使用場合，其靈活的編程可在不改變?nèi)魏?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件連線的情況下非常方便地調(diào)整控制程序。作為系統(tǒng)的管理者，最好能掌握編程技能，這樣及時適應(yīng)使用需求的變化。

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)的自主的雙總線系統(tǒng)，性能穩(wěn)定、反映速度高，能滿足各種智能家居功能需求，功能也是此行業(yè)最齊全的，是一個在歐洲占主導(dǎo)地位的樓宇自動化（BA）和家庭自動化（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)定了帶有沖突檢測的載波偵聽多路存取（CSMA）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（NPCI）控制跳躍擻;傳輸層的邏輯通訊關(guān)系包括一對多無連接即多終點(diǎn)組傳輸、一對所有無連接即廣播、一對一無連接、一對一導(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)識等;通過預(yù)留的會話層和表示層，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)用層對通訊對象組內(nèi)部請求，或共享變量分配通訊訪問標(biāo)識符，以完成收（一對多）和發(fā)（一對一）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的位級別沖突檢測提高傳輸?shù)目煽啃?，每個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院涂煽啃浴?/p>

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，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。為更好地普及和推動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)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(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)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。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，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。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)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

系統(tǒng)特色：

標(biāo)準(zhǔn)、開放，用戶可以免費(fèi)且放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過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、光纖、無線等。Modbus的幀格式簡單、緊湊、通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。