| 家庭自动化系统的控制总线 |
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家庭自动化系统作为建筑设备自动化系统的重要组成部分，近些年来发展很快。家庭自动化系统是在一个家庭内部建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备进行控制和监测的目的。目前在家庭自动化系统中一般采用的总线控制技术主要有LonWorks、CEBus、X-10和ApBus等几种。本文将详细地讨论一下这几种总线在家庭自动化系统中应用的优势和不足。
一、X-10控制总线
X-10控制总线1978年诞生于美国，至今已有25年的历史，目前仍是美国家庭自动化的主导系统。X－10控制总线直接利用住宅电力线作为控制总线,通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制。
X-10控制总线使用国际通用的智能家居电力载波协议，实现电力线互相通话，无需布线，安装便捷。将发射控制器插到一个房间的插座上，按动按键发出控制信号（开、关、变暗、变亮等），信号通过原有的电线传播，其它房间的接收开关就可以接收指令并产生相应动作。
电力线将电能传到家中的各个房间，同时也将家中所有的电灯、电器连成了网络。用电力线做载体传输控制信号，最多可有256个不同的地址，如果需要多个器件响应一个信号，只需将它们设为同一个地址。
X-10控制总线经过这么多年的发展和完善，在家庭自动化系统中的应用主要有以下一些优势：
（1）技术成熟，它是应用时间最长的一种家庭自动化总线；
（2）安装X-10控制总线系统无须考虑布线，因此省去了大量的布线费用，并且缩短了工期；
（3）非常高的性价比，中产阶级以上的家庭都能够接受；
（4）X-10控制系统中的产品种类众多，触及到生活的方方面面，从家用照明、电器到安全防范，从无线遥控到电话远程以及电脑控制，无所不包；
（5）使用简单而且控制方式灵活多变，得心应手、老少皆宜；
（6）系统没有主机，没有中心总控制台，组建系统就像搭积木，可以按照用户的需要量体裁衣选配产品；
（7）可以不断扩展升级，可以让用户分阶段地将系统的功能完善，不断提升生活的档次，而不用担心一次性投入过大；
（8）兼容性也是不得不考虑的问题，因为每个建筑都有现有的系统，X10与其他任何系统都没有冲突，互不影响；在一个家庭也可以与其它系统并存。
X-10控制总线在我国主要应用在电力系统的远程通信和调度控制领域，在家庭自动化系统中应用的例子并不多见，究其原因可能是产品不太适合国内使用。X-10产品在美国主要是用在旧房子的改造上，而国内则一般是在买新房子或在旧房子装修时才会考虑这个问题。如果房子是入墙式装修，要外加X-10功能模块在开关插头之上，多少会觉得不太协调。另外人们采用新技术时，往往又对新技术期望过高，X-10的一些技术限制成为人们批评的藉口。例如反应速度慢（在60HZ供电系统中，传送一个指令需时0.883秒），抗干扰性能差（这是由于信号载波在电力线中传送造成的）等，这都给X-10在我国的推广应用带来实质性的困难。
二、CEBus
为了解决X-10技术上的不足，美国电子工业协会(EIA)于1984年4月开始组织开发新的家居网络标准，于1992年正式推出，命名为CEBus (Consumer Electronic Bus)，并定为IS-60/EIA-600标准。参与研究开发CEBus的公司多达几百家，像Microsoft、IBM、Compaq Computer Corp、AT&T、Bell Labs、Honeywell、Panasonic、Sony、Thomson Consumer Electronics、Leviton、Pacific Gas & Electric等都是它的会员。CEBus是一个较完整的开放系统，它定义了在几乎所有传送媒体（Medium）中信号的传输标准，并要求控制信号在所有的媒体中都要以相同的传送速度（10KBPS）传送，从而有效地避免信号传输中可能出现的“瓶颈”问题。
CEBus采用了简化的OSI模型，分为物理层、数据链路层、网络层和应用层。CEBus是一个完全面向报文分组（packet）的对等网络，使用载波侦听多重访问和冲突检测与冲突分辨协议（CSMA/CDCR）。
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（Common Application Language EIA721），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。
CAL用一种层次关系描述设备的功能。一个设备可以分成几个上下文，它们代表了这个设备按照功能分的子系统。上下文又被分为几个对象，每个对象代表了上下文中的一种控制功能，对象分为若干类，每一类代表一种共有的功能。CAL预定义了27个对象模型。例如，类号为07的对象是模拟控制对象（Analog Control Object），它可以用来代表音量控制、温度调节或调光器。一个对象的具体功能完全由他所属的上下文决定。每个对象包含一定数量的实例变量。每个对象都能够解释执行方法，更新实例变量，并完成实际操作。
任何符合CEBus标准的电器产品都可以直接互连及通信，其寻址能力超过40亿，足可以与互联网相比美。CEBus的抗干扰能力比X-10强，控制功能也十分丰富，成为X-10的“最大挑战者”。但由于CEBus接口技术比较复杂，价钱也非常昂贵，因此使用CEBus产品的用户相对较少，CEBus在中国的应用也不多见。
三、LonWorks控制总线
LonWorks是由美国Echelon公司耗巨资，于1990年12月开发成功的全分布式智能控制总线。LonWorks总线彻底打破了旧的封闭的控制模式，把系统中的一次元件，如传感器、执行元件、断路器等，通过基于LonTalk协议采用自由拓扑结构方式把控制单元连接成开放的测控网络。Lonworks总线的核心技术是神经元芯片和LonTalk协议。
神经元芯片(Neuron Chip)是一种高度集成的电路，内部包含三个8位的CPU。第一个CPU为介质访问处理器，处理LonTalk协议的第一、二层；第二个CPU为网络处理器，处理LonTalk协议的第三层到第六层，进行网络变量的处理、寻址、事务处理、证实、背景诊断、软件定时器、网络管理和函数路径选择等；第三个CPU为应用处理器，它执行由用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。神经元芯片可以通过5个通信管脚与网络上的其它节点交换信息，也可以通过11个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。11个应用管脚具有34种应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。
LonTalk协议遵循ISO定义的开放系统互连(OSI)模型，并提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务。LonTalk协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质，可以运行在任何主处理器上。LonTalk协议使用网络变量与其它节点通信，简化了复杂的分布式应用的编程，大大降低了开发人员的工作量。LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型，极大地方便了控制网络的构建。
LonWorks总线的主要的优点是：支持完全分布式的网络系统；支持多种传输介质；LonWorks 总线通过网关进入数字网络，经过Internet 与远程的节点共享；它可在任何操作系统平台上，如DOS、Windows 、UNIX等进行操作。
在应用上，LonWorks也取得比较好的成绩，特别在信息采集和控制方面已成为事实上的行业标准。1997年7日Echelon允许在牌照管制的条件下将LonWorks通信协议用于其它CPU上，并委托Adept Systems, Inc.在Motorola的32位微处理器68360上开发相关软件。同年8月LonWorks被EIA的集成家庭系统技术委员会(Integrated Home Systems Technical Committee)定为家庭网络（Home Networking）的标准，编号为EIA/IS-709。
尽管LonWorks是EIA定义的家庭网络标准，而在中国则主要用于楼宇自控和电气自动化等方面，在家庭自动化领域的应用则要逊色一些。主要原因恐怕是价钱还未能被普通家庭所接受。LonWorks最大的优点是开放性、分散性和互换性，一个具有LonMark标志的节点（Node）可以互操作（Interoperability）也可以互替换，但这是有条件的，要达到这个目的，必须尽量把产品细分，增加控制器变量的种类，简化及固定操作流程等，这又不可避免地增加控制节点的数量从而增加了系统的成本。在家庭自动化中最基本的操作应该是电器的开关控制，而最方便可行的方法是使用可控插座，例如美国的Leviton便生产一款有LonMark标志的插座，包含有三个8位微处理器（Neuron芯片）或一个32位微处理器（Motorola 68360），价格比较昂贵，很难在家庭自动化系统中进行推广。
四、ApBus总线
ApBus总线是香港永泰锋国际有限公司在1999年推出的代表家居智能化未来发展方向的新一代家庭总线。它在欧洲标准EIB总线及LonWorks总线技术上作了创造性的改进，其防通信冲撞协议很好地解决了总线上各节点收发指令的冲撞问题，大大提高了系统的通信效率与稳定性。
ApBus总线是一种分布式家庭网络总线标准，主要用于网络化控制系统，特别是智能家庭网络或智能住宅小区网络方面，也可以应用于大厦、宾馆、学校和市政工程方面。
ApBus采用最简单的双绞线为通讯媒体，结合最先进的电源/信号混合输送技术和无极性通讯技术，使得所有根据ApBus技术制造，与ApBus兼容的产品/模块都可以实现无极性、无拓扑逻辑限制的网络互联。ApBus独有的多节点无冲撞随机数据访问方式，更使ApBus具备与众不同的高效率和可靠性。
典型的ApBus采用双绞线总线结构，各网络节点（Node）可以从总线上获取供电（24V/DC），亦通过同一总线实现节点间的无极性（Polarity Insensitive）、无拓扑逻辑限制的互连（Free Topology Wiring）和通信，ApBus的信号编码方式与LonWorks相似（Manchester-Like），信号传输速率和系统容量则与CEBus一样，分别为10KBPS和4G。
ApBus总线技术的最大特点是高可靠性和低成本，具有欧美产品无可比拟的优势，非常适合亚洲地区使用。目前ApBus技术已在美国、澳洲、新加坡、马来西亚、台湾和中国申请了多项发明专利。ApBus将会成为家庭自动化控制系统应用的主流。
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| 出处：常州建设高等职业技术学校 王建玉 作者：网络文摘 |
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