智能家居总线研究论文

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【论文关键词】：智能家居；总线；比较；特点

【论文摘要】：智能家居是未来家庭生活的发展趋势，阐述了智能家居的基本概念，说明了智能家居中的总线技术的特点和意义，比较了几种主要的总线技术，指出了项目研究的重点。

智能家居是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。智能化与远程控制是智能家居的两大特点。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究。

1.智能家居的概念

智能家居（SmartHome）是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。家居智能化技术起源于美国，最具代表性的是X-10技术，通过X-10通信协议，网络系统中的各个设备便可实现资源的共享。因其布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。至今，X-10技术产品的销售已超过两亿个，仅在美国一个国家，便有超过600万个家庭在使用。自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。

随着网络技术的发展，特别是无线网络的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。

2.智能家居中的总线技术

要实现家居的智能化，就必须实现家居的网络化，使家居内的大部分电器设备能够通过一定的方式连入网络，从而实现这些设备的远程控制和自动控制。家居电器的上网实质是网络最后接入的1公里之内的问题，此类问题要求网络可靠性高、信心量少，多个设备之间的互操作性强。就智能家居而言，如何把结构和性能不一的电器设备接入网络，如何能够实现这些设备的相互通信是在构建智能家居时主要考虑的问题，所以说，智能家居的关键技术其实就是网关技术和总线技术。文章主要讨论的是其中的总线技术。

总线技术在智能家居行业当中，目前可以算是应用最为广泛的一种技术手段。在总线技术下生成的智能家居系统，最大的特点是具有可扩展性，工程安装也不是很复杂。由于科学技术的不断发展，新生成许多总线协议下的智能家居系统的价格也不是很高，目前市场的销售情况也很不错。

智能家居中的现场总线控制系统通过系统总线来实现家居灯光、电器及报警系统的联网以及信号传输，采用分散型现场控制技术，控制网络内各功能模块只需要就近接入总线即可，布线比较方便。一般来说，现场总线类产品都支持任意拓扑结构的布线方式，即支持星型与环状结构走线方式。灯光回路、插座回路等强电的布线与传统的布线方式完全一致。"一灯多控"，在家庭应用比较普遍，以往一般采用"双联"、"四联"开关来实现，走线复杂而且布线成本高。若通过总线方式控制，则完全不需要增加额外布线。是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电（24V/DC），亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信，最高的信号传输速率和系统容量则分别为10KBPS和4G，完全能够满足现代智能家居的需要。

3.主要的总线技术比较

目前，国际上家庭总线的标准主要有以下几种：前述的X-10，日本的家庭总线(HomeBus)，欧洲标准安装总线(EIB)和BatiBus，美国Echelon公司的LonWorks，HP公司的IRDACONTRAL等。其中，最受业界关注，应用最广的是X-10、LonWorks和消费总线（CEBus）这三种。

3.1X-10技术

X-10技术是世界上最早出现的，也是最简单的智能家庭网络系统，它的出现标志着家居智能化技术的成熟。在智能家居20多年发展过程中，X-10技术得到了极大的应用。它在美国的发展已经25年的历史了，到目前为止美国的X-10用户已经达到1000万以上，X-10控制规格已成为当今美国家庭自动化控制规格的主要领导者。欧洲版的X-10发展也相当迅速并得到普及，渐渐的，这一技术开始进入亚洲。可以说，X-10是二十世纪最具代表性的家庭智能自动化产品。

X-10采用电力线作为其网络通信介质，系统中的各个设备直接挂在电力线上就可以相互通信，X-10技术基于X-10协议，由发射器发出X-10控制信号，通过现有电力线网转输X-10信号到接收器，然后由接收器再对各灯具、用电器等用电设备进行控制。

但X-10采用的是电力线通信方式，容易受到干扰，系统的抗干扰性能比较差，且寻址空间小，对模拟量支持不够，只能提供非常有限的功能。如果只要求这些有限功能，使用X-10可能是很合算的，但在需求日益丰富的今天，X-10有逐渐被取代的趋势。

3.2LonWorks

LonWorks是美国Echelon公司于1991年推出的，LonWorks技术为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多问题提供解决方案：网络的大小可以是两个到32385个设备，并且可以适用于任何场合。LonWorks提供从收发器到协议到软件API的一个完整的、端到端的控制网络解决方案。

LonWorks网络中设备的通信是采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现的。LonTalk协议由各种允许网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。LonWorks协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。LonWorks可以在任何物理媒介上通信，这包括电力线，双绞线，无线（RF），红外（IR），同轴电缆和光纤。

LonWorks也有其弱点，主要是价格太高，光电开关的体积太大，对此，Echelon公司开发了一个智能型收发器－－PL3120芯片组，其中整合了Echelon公司的PLT－22电力线实体层和8位的Neuron芯片核心，这使得LonWorks被越来越多的高级建筑所采用。

3.3CEBus

消费总线（CEBus）起源于1984年美国电气工业协会的消费电器小组制定的家电互联的规范，1992年，它被正式命名为CEBus规范(EIA600)。消费总线出现后，迅速得到IBM、HONEYWELL、MICROSOFT、INTEL-LON、DEMOSYS、LUCENT、PHILIPS、SIEMEMTS等国际著名公司的支持，在智能住宅和住宅自动化领域具有举足轻重的影响。

消费电子总线网络拓扑结构可以是总线型、星型、树型或混合型。总线中的每个节点的地位是平等的，不需要一个主控设备。对于多节点竞争访问网络资源的解决方法是采用冲突检测和冲突解决，网络中各节点的控制关系通过绑定来实现，从而使整个家庭中的电器系统能成为一个智能的整体。

参照ISO的网络协议建议书，消费电子总线可划分为物理层、数据链路层、网络层和应用层。CEBus在应用层定义了一种面向对象的、严格的设备描述语言CAL（CommonApplicationLanguage），简称公共应用语言，其内容涵盖了家庭中可能拥有的家电。公共应用语言采用了面向对象的方法，把任意一个家电设备按照功能分解成几个预定义的对象模型。在面向对象的编程语言中，一个对象由数据和操作这些数据的函数组成。在消费总线中，这些对象也由数据（称为实例变量）和操作（称为方法）组成，不同的设备可以采用相同的对象，用相同的方法操作，但是控制结果随设备的不同而有不同的意义。

CEBus以其简便的协议、日臻完善的技术正日益成为消费电子设备互操作的企业标准，CEBus通讯的低层功能已实现了芯片化，所以接入设备比较便宜。目前，市场上此类芯片有LM1893、ST7536、SSC-P485、CEWay-Ⅲ等。随着载波通讯技术的进一步成熟，CEBus将在仪器仪表、家庭自动化、智能楼宇建设、智能小区建设以及工业厂区建设中得到更为广泛的应用。但由于CEBus接口技术比较复杂，价钱非常昂贵，因此CEBus在中国的应用也不多见。

4.小结

随着信息技术的高速发展，智能家居技术越来越受到人们的关注，是现代网络技术研究的重点之一，而利用总线技术来实现智能家居又是智能家居技术发展的重要方向。文章中介绍的几种主流总线技术都有各自的特点，就本项目而言，LonWorks网络是一个不错的选择，是我们以后研究的重点方向之一。

参考文献

[3]张振川,孙琳琳.基于CEBus的家庭局域网络物理层研究[J].计算机工程与设计,2004(25)2.

[4]娄嘉骏,吴明光.基于消费总线的嵌入式家庭网关的设计[J].浙江大学学报(工学版),2004(38)4.