| 家庭自動化系統的控制總線 |
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家庭自動化系統作為建筑設備自動化系統的重要組成部分，近些年來發展很快。家庭自動化系統是在一個家庭內部建立一個通訊網絡，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網絡操作系統的控制下，通過相應的硬件和執行機構，實現對所有家庭網絡上的家電和設備進行控制和監測的目的。目前在家庭自動化系統中一般采用的總線控制技術主要有LonWorks、CEBus、X-10和ApBus等幾種。本文將詳細地討論一下這幾種總線在家庭自動化系統中應用的優勢和不足。
一、X-10控制總線
X-10控制總線1978年誕生于美國，至今已有25年的歷史，目前仍是美國家庭自動化的主導系統。X－10控制總線直接利用住宅電力線作為控制總線,通過電力線將各控制器與各功能接口器相連并實現程序控制。
X-10控制總線使用國際通用的智能家居電力載波協議，實現電力線互相通話，無需布線，安裝便捷。將發射控制器插到一個房間的插座上，按動按鍵發出控制信號（開、關、變暗、變亮等），信號通過原有的電線傳播，其它房間的接收開關就可以接收指令并產生相應動作。
電力線將電能傳到家中的各個房間，同時也將家中所有的電燈、電器連成了網絡。用電力線做載體傳輸控制信號，最多可有256個不同的地址，如果需要多個器件響應一個信號，只需將它們設為同一個地址。
X-10控制總線經過這么多年的發展和完善，在家庭自動化系統中的應用主要有以下一些優勢：
（1）技術成熟，它是應用時間最長的一種家庭自動化總線；
（2）安裝X-10控制總線系統無須考慮布線，因此省去了大量的布線費用，并且縮短了工期；
（3）非常高的性價比，中產階級以上的家庭都能夠接受；
（4）X-10控制系統中的產品種類眾多，觸及到生活的方方面面，從家用照明、電器到安全防范，從無線遙控到電話遠程以及電腦控制，無所不包；
（5）使用簡單而且控制方式靈活多變，得心應手、老少皆宜；
（6）系統沒有主機，沒有中心總控制臺，組建系統就像搭積木，可以按照用戶的需要量體裁衣選配產品；
（7）可以不斷擴展升級，可以讓用戶分階段地將系統的功能完善，不斷提升生活的檔次，而不用擔心一次性投入過大；
（8）兼容性也是不得不考慮的問題，因為每個建筑都有現有的系統，X10與其他任何系統都沒有沖突，互不影響；在一個家庭也可以與其它系統并存。
X-10控制總線在我國主要應用在電力系統的遠程通信和調度控制領域，在家庭自動化系統中應用的例子并不多見，究其原因可能是產品不太適合國內使用。X-10產品在美國主要是用在舊房子的改造上，而國內則一般是在買新房子或在舊房子裝修時才會考慮這個問題。如果房子是入墻式裝修，要外加X-10功能模塊在開關插頭之上，多少會覺得不太協調。另外人們采用新技術時，往往又對新技術期望過高，X-10的一些技術限制成為人們批評的藉口。例如反應速度慢（在60HZ供電系統中，傳送一個指令需時0.883秒），抗干擾性能差（這是由于信號載波在電力線中傳送造成的）等，這都給X-10在我國的推廣應用帶來實質性的困難。
二、CEBus
為了解決X-10技術上的不足，美國電子工業協會(EIA)于1984年4月開始組織開發新的家居網絡標準，于1992年正式推出，命名為CEBus (Consumer Electronic Bus)，并定為IS-60/EIA-600標準。參與研究開發CEBus的公司多達幾百家，像Microsoft、IBM、Compaq Computer Corp、AT&T、Bell Labs、Honeywell、Panasonic、Sony、Thomson Consumer Electronics、Leviton、Pacific Gas & Electric等都是它的會員。CEBus是一個較完整的開放系統，它定義了在幾乎所有傳送媒體（Medium）中信號的傳輸標準，并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度（10KBPS）傳送，從而有效地避免信號傳輸中可能出現的“瓶頸”問題。
CEBus采用了簡化的OSI模型，分為物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層。CEBus是一個完全面向報文分組（packet）的對等網絡，使用載波偵聽多重訪問和沖突檢測與沖突分辨協議（CSMA/CDCR）。
CEBus在應用層定義了一種面向對象的、嚴格的設備描述語言CAL（Common Application Language EIA721），簡稱公共應用語言，其內容涵蓋了家庭中可能擁有的家電。公共應用語言采用了面向對象的方法，把任意一個家電設備按照功能分解成幾個預定義的對象模型。在面向對象的編程語言中，一個對象由數據和操作這些數據的函數組成。在消費總線中，這些對象也由數據（稱為實例變量）和操作（稱為方法）組成，不同的設備可以采用相同的對象，用相同的方法操作，但是控制結果隨設備的不同而有不同的意義。
CAL用一種層次關系描述設備的功能。一個設備可以分成幾個上下文，它們代表了這個設備按照功能分的子系統。上下文又被分為幾個對象，每個對象代表了上下文中的一種控制功能，對象分為若干類，每一類代表一種共有的功能。CAL預定義了27個對象模型。例如，類號為07的對象是模擬控制對象（Analog Control Object），它可以用來代表音量控制、溫度調節或調光器。一個對象的具體功能完全由他所屬的上下文決定。每個對象包含一定數量的實例變量。每個對象都能夠解釋執行方法，更新實例變量，并完成實際操作。
任何符合CEBus標準的電器產品都可以直接互連及通信，其尋址能力超過40億，足可以與互聯網相比美。CEBus的抗干擾能力比X-10強，控制功能也十分豐富，成為X-10的“最大挑戰者”。但由于CEBus接口技術比較復雜，價錢也非常昂貴，因此使用CEBus產品的用戶相對較少，CEBus在中國的應用也不多見。
三、LonWorks控制總線
LonWorks是由美國Echelon公司耗巨資，于1990年12月開發成功的全分布式智能控制總線。LonWorks總線徹底打破了舊的封閉的控制模式，把系統中的一次元件，如傳感器、執行元件、斷路器等，通過基于LonTalk協議采用自由拓撲結構方式把控制單元連接成開放的測控網絡。Lonworks總線的核心技術是神經元芯片和LonTalk協議。
神經元芯片(Neuron Chip)是一種高度集成的電路，內部包含三個8位的CPU。第一個CPU為介質訪問處理器，處理LonTalk協議的第一、二層；第二個CPU為網絡處理器，處理LonTalk協議的第三層到第六層，進行網絡變量的處理、尋址、事務處理、證實、背景診斷、軟件定時器、網絡管理和函數路徑選擇等；第三個CPU為應用處理器，它執行由用戶編寫的代碼及用戶代碼所調用的操作系統服務。神經元芯片可以通過5個通信管腳與網絡上的其它節點交換信息，也可以通過11個應用管腳與現場的傳感器和執行器交換信息。11個應用管腳具有34種應用操作模式，可以在不同的配置下為外部提供靈活的接口和芯片內部的計時器應用。
LonTalk協議遵循ISO定義的開放系統互連(OSI)模型，并提供了OSI參考模型所定義的全部七層服務。LonTalk協議支持包括雙絞線、電力線、無線、紅外線、同軸電纜和光纖在內的多種傳輸介質，可以運行在任何主處理器上。LonTalk協議使用網絡變量與其它節點通信，簡化了復雜的分布式應用的編程，大大降低了開發人員的工作量。LonTalk協議支持總線型、星型、自由拓樸等多種拓樸結構類型，極大地方便了控制網絡的構建。
LonWorks總線的主要的優點是：支持完全分布式的網絡系統；支持多種傳輸介質；LonWorks 總線通過網關進入數字網絡，經過Internet 與遠程的節點共享；它可在任何操作系統平臺上，如DOS、Windows 、UNIX等進行操作。
在應用上，LonWorks也取得比較好的成績，特別在信息采集和控制方面已成為事實上的行業標準。1997年7日Echelon允許在牌照管制的條件下將LonWorks通信協議用于其它CPU上，并委托Adept Systems, Inc.在Motorola的32位微處理器68360上開發相關軟件。同年8月LonWorks被EIA的集成家庭系統技術委員會(Integrated Home Systems Technical Committee)定為家庭網絡（Home Networking）的標準，編號為EIA/IS-709。
盡管LonWorks是EIA定義的家庭網絡標準，而在中國則主要用于樓宇自控和電氣自動化等方面，在家庭自動化領域的應用則要遜色一些。主要原因恐怕是價錢還未能被普通家庭所接受。LonWorks最大的優點是開放性、分散性和互換性，一個具有LonMark標志的節點（Node）可以互操作（Interoperability）也可以互替換，但這是有條件的，要達到這個目的，必須盡量把產品細分，增加控制器變量的種類，簡化及固定操作流程等，這又不可避免地增加控制節點的數量從而增加了系統的成本。在家庭自動化中最基本的操作應該是電器的開關控制，而最方便可行的方法是使用可控插座，例如美國的Leviton便生產一款有LonMark標志的插座，包含有三個8位微處理器（Neuron芯片）或一個32位微處理器（Motorola 68360），價格比較昂貴，很難在家庭自動化系統中進行推廣。
四、ApBus總線
ApBus總線是香港永泰鋒國際有限公司在1999年推出的代表家居智能化未來發展方向的新一代家庭總線。它在歐洲標準EIB總線及LonWorks總線技術上作了創造性的改進，其防通信沖撞協議很好地解決了總線上各節點收發指令的沖撞問題，大大提高了系統的通信效率與穩定性。
ApBus總線是一種分布式家庭網絡總線標準，主要用于網絡化控制系統，特別是智能家庭網絡或智能住宅小區網絡方面，也可以應用于大廈、賓館、學校和市政工程方面。
ApBus采用最簡單的雙絞線為通訊媒體，結合最先進的電源/信號混合輸送技術和無極性通訊技術，使得所有根據ApBus技術制造，與ApBus兼容的產品/模塊都可以實現無極性、無拓撲邏輯限制的網絡互聯。ApBus獨有的多節點無沖撞隨機數據訪問方式，更使ApBus具備與眾不同的高效率和可靠性。
典型的ApBus采用雙絞線總線結構，各網絡節點（Node）可以從總線上獲取供電（24V/DC），亦通過同一總線實現節點間的無極性（Polarity Insensitive）、無拓撲邏輯限制的互連（Free Topology Wiring）和通信，ApBus的信號編碼方式與LonWorks相似（Manchester-Like），信號傳輸速率和系統容量則與CEBus一樣，分別為10KBPS和4G。
ApBus總線技術的最大特點是高可靠性和低成本，具有歐美產品無可比擬的優勢，非常適合亞洲地區使用。目前ApBus技術已在美國、澳洲、新加坡、馬來西亞、臺灣和中國申請了多項發明專利。ApBus將會成為家庭自動化控制系統應用的主流。
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| 出處：常州建設高等職業技術學校 王建玉 作者：網絡文摘 |
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