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威易智能家居系統(tǒng)技術(shù)及特色介紹

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2012-09-05  瀏覽次數(shù):473
里。因此應用的范圍更加的廣泛,超大的別墅和賓館甚至體育館也不在話下。
  ·更優(yōu)的防串戶設計,只需發(fā)射器間的對碼就可解決戶與戶間的控制干擾。
  ·采用主、副地址技術(shù),實現(xiàn)了擴展場景功能。每個接收器除了自帶的一個主地址外,另可記憶16個副地址,以實現(xiàn)16種場景功能。
  ·具有高級的調(diào)試診斷性能,調(diào)試方式方法進一步簡化,通過一個插座就可以檢測到系統(tǒng)中每個接收器處的信號強度及干擾的強度。
  ·PLC-BUS與X10的產(chǎn)品相兼容,適用領(lǐng)域更加廣泛。
  
  CAN
  
  1、CAN概述
  CAN,全稱為“Controller Area Network”,即控制器局域網(wǎng),是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初,CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊,在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息,形成汽車電子控制網(wǎng)絡。
  CAN總線是德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議,是交通運載工具電氣系統(tǒng)中應用較廣的總線�,F(xiàn)在向過程工業(yè)、機械工業(yè)、機器人、數(shù)控機床、傳感器等方面發(fā)展。
  1993年11月,ISO正式頒布CAN為國際標準IS011898。
  支持CAN協(xié)議的公司有Intel、Moto rola、Philis、Siemens、NEC、Honeywell等公司。
  
  2、CAN總線的主要技術(shù)指標
  傳輸速率:可達到1Mbps(40米以內(nèi))
  傳輸距離:10千米(5kbps以下)
  支持的介質(zhì):銅線,光纖
  媒體訪問控制方式:CSMA/沖突按優(yōu)先權(quán)解決
  可掛接的最大節(jié)點數(shù):110
  
  3、CAN總線的信號傳送
  信號使用差分電壓傳送,兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”,靜態(tài)時均是2.5V左右,此時狀態(tài)表示為邏輯“1”,也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”,稱為“顯形”,此時,通常電壓值為:CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。
  Canbus采用雙絞線自身校驗的結(jié)構(gòu),既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響,也可以防止本身對外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線,控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發(fā)送,高低電平互為鏡像。并且每一個控制器都增加了終端電阻,已減少數(shù)據(jù)傳送時的過調(diào)效應。
  
  4、CAN總線的數(shù)據(jù)通信
  ·CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡;
  ·可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全網(wǎng)廣播幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù);
  ·為多主方式工作,通信方式靈活;
  ·CAN網(wǎng)絡按節(jié)點類型分成不同的優(yōu)先級;
  ·CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術(shù);
  ·每幀信息都有循環(huán)冗余校驗CRC及其它檢錯措施;
  ·CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下,具有自動關(guān)閉輸出功能;
  ·CAN總線以報文為單位進行數(shù)據(jù)傳遞;
  ·每個標準報文起始部分有一個11位的標志符ID;
  ·數(shù)據(jù)域為0-8個字節(jié),每個字節(jié)8位。
  
  5、載波偵聽多路訪問,沖突檢測
  利用CSMA/CD(Carrier Sense Multiiple Access with Colision Detect)訪問總線,可對總線上信號進行檢測,只有當總線處于空閑狀態(tài)時,才允許發(fā)送。利用這種方法,可以允許多個節(jié)點掛接到同一網(wǎng)絡上。當檢測到一個沖突位時,所有節(jié)點重新回到“監(jiān)聽”總線狀態(tài),直到該沖突時間過后,才開始發(fā)送。在總線超載的情況下,這種技術(shù)可能會造成發(fā)送信號經(jīng)過許多延遲。為了避免發(fā)送時延,可利用CSMA/CD方式訪問總線。
  
  當總線上有兩個節(jié)點同時進行發(fā)送時,必須通過“無損的逐位仲裁”方法來使有最高優(yōu)先權(quán)的報文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報文都具有唯一的一個11位或29位數(shù)字的ID。CAN總線狀態(tài)取決于二進制數(shù)“0”而不是“1”,所以ID號越小,則該報文擁有越高的優(yōu)先權(quán)。因此一個為全“0”標志符的報文具有總線上的最高級優(yōu)先權(quán)�?捎昧硗獾姆椒▉斫忉專涸谙_突的位置,第一個節(jié)點發(fā)送0而另外的節(jié)點發(fā)送1,那么發(fā)送0的節(jié)點將取得總線的控制權(quán),并且能夠成功的發(fā)送出它的信息。
  
  6、CAN的報文格式
  CAN協(xié)議定義了四種不同的幀。
  ·數(shù)據(jù)幀,這個幀被用于當一個節(jié)點把信息傳送給系統(tǒng)的任何其它節(jié)點。數(shù)據(jù)幀由7個不同的位域組成,即幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應答域、幀結(jié)束。
  ·遠程幀,此幀是基于數(shù)據(jù)幀格式,只要把RTR(Remote Transmit Request)位設置成遠程發(fā)送請求,并且沒有數(shù)據(jù)場�?偩上發(fā)送此幀后,表示請求接收與該幀ID相符的數(shù)據(jù)幀。遠程幀由6個不同的位場組成,即幀起始、仲裁域、控制域、CRC域、應答域、幀結(jié)束。
  ·錯誤幀。任何單元監(jiān)測到錯誤時就發(fā)送錯誤幀。錯誤幀由兩個不同的域組成。第一個域是錯誤標志,用做為不同站提供錯誤標志的疊加;第二個域是錯誤界定符。
  ·超載幀,節(jié)點需要增加時間來處理接收到的數(shù)據(jù)時便發(fā)送超載幀。超載幀包括兩個位域:超載標志和超載界定符。
  
  三者優(yōu)勢互補
  
  ZigBee、PLC-BUs與CAN等三種傳輸方式各有其應用局限性,ZigBee穿越墻壁能力差,信號易被鋼筋混凝土阻隔。PLC-BUs停電時無法使用,因此無法用于安防領(lǐng)域。CAN-BUS需要布線,施工相對麻煩。中訊威易建立的統(tǒng)一融合平臺可以充分發(fā)揮三種技術(shù)的優(yōu)勢,在應用時就會揚長避短,實現(xiàn)三者的優(yōu)勢互補,從而實現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)性價比:
  比如:PLC-BUS基于電力線傳輸,在燈光控制領(lǐng)域,具有相當?shù)膬?yōu)勢。在安防領(lǐng)域等PLC-BUS不適合的領(lǐng)域,容易布線時,可以考慮CAN,不容易布線的地方,可以考慮ZigBee。
  也就是說我們擁有了這三種技術(shù),并且可以實現(xiàn)無縫融合,這樣不管針對怎么樣的應用環(huán)境,我們都可以拿出一個最適合的解決方案滿足用戶的各種特性化需求,這就是威易智能家居的核心能力。
  
  智能家居核心技術(shù)模塊化
  
  1、ARM控制模塊
  主要特點如下:
  MPU:at91sam9261
  存儲器:64MB NandFlash
  64M B SDRAM
  2MB Data Fash
  電源(Power):標準配置參數(shù)為:DC+5V/2A;
  網(wǎng)絡(Ethernet):一個10/100M網(wǎng)絡,帶網(wǎng)絡變壓器和指示燈;
  USB Host端口:兩組USB 2.0 Full-Speed Host端口,完全兼容0HCI USB 2.. Full-Speed規(guī)格(12Mbps),支持U盤、鼠標、鍵盤、攝像頭、打印機、USB Hubs等設備;
  USB Device端口:一組USB 2.0 Full-SpeedDevice端口,完全兼容OHCI USB 2.0 Full-Speed;
  音頻(Audio):提供音頻輸入、輸出和麥克輸入接口.
  串口(USART):二個三線串口,一個五線串口,USART支持RS485和ISO7816協(xié)議;
  Dbgu調(diào)試口:專用調(diào)試串口;
  液晶顯示和觸摸屏接口(LCD,Touch):一個50Pins插槽引出了LCD和touch的全部信號,顯示更穩(wěn)定;可驅(qū)動黑白、單色、偽彩(STN)、真彩(TFT)色LCD;最大分辨率2048X2048,支持18位或24位LCD。
  
  2、ZigBee模塊
  ZigBee模塊集成MCU控制與射頻前端,實現(xiàn)了ZigBee組網(wǎng)與通信,與ARM控制模塊之間采用串口進行通信。
  
  3、PLC-BUS模塊
  PLC-BUS模塊集成了電力線載波通信收發(fā)功能,可通過ARM控制模塊的串口進行直接控制。
  
  4、CAN模塊
  CAN模塊集成了MCU控制、CAN控制器及CAN收發(fā)器等,跟ARM控制模塊之間采用串口進行通信。
  
  5、協(xié)議互轉(zhuǎn)模塊
  ZigBee、PLC-BUS與CAN之間經(jīng)常用到協(xié)議轉(zhuǎn)換,威易公司專門設計了協(xié)議轉(zhuǎn)換器,該協(xié)議轉(zhuǎn)換器包括三種模塊,他們之間通過UART進行通信,最終通過MCU的串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的對外輸出。   威易智能家居系統(tǒng)將無線、電力線和雙絞線三種傳輸途徑的有機融合,實現(xiàn)了ARM控制、有線、無線傳輸?shù)群诵募夹g(shù)模塊化。其中,無線技術(shù)采用的是ZigBee,電力線技術(shù)采用的是PLC-BUS,雙絞線傳輸方式采的是CAN BUS。本文首先概要介紹一下三種技術(shù),說明三種技術(shù)是如何實現(xiàn)優(yōu)勢互補,并突出介紹智能家居核心技術(shù)模塊化。
  
  ZigBee
  
  1、什么是zigBee?
  ZigBee是一種新興的短距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡技術(shù)。
  主要用于近距離無線連接。它依據(jù)IEEE 802.15.4標準,在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。802.15.4強調(diào)的就是省電、簡單、成本又低的規(guī)格。802.15.4的物理層(PHY)采用直接序列展頻(DSSS,Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù),以化整為零的方式,將一個訊號分為多個訊號,再經(jīng)由編碼方式傳送訊號避免干擾。在媒體存取控制(MAC)層方面,主要是沿用WLAN中802.11系列標準的CS MA/CA方式,以提高系統(tǒng)兼容性,所謂的CSMA/CA是在傳輸之前,會先檢查信道是否有數(shù)據(jù)傳輸,若信道無數(shù)據(jù)傳輸,則開始進行數(shù)據(jù)傳輸動作,若有產(chǎn)生碰撞,則稍后重新再傳�?墒褂玫念l段有3個,分別是2.4GHz的ISM頻段、歐洲的868MHz頻段、以及美國的915MHz頻段,而不同頻段可使用的信道分別是16、1、10個。ZigBeeg聯(lián)盟預測的主要應用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費,性電子設備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設備控制等。
  ZigBee是一組基于IEEE批準的802.15.4無線標準研制開發(fā)的、有關(guān)組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術(shù)。IEEE 802.15.4僅處理MAC層和物理層協(xié)議,ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和APl進行了標準化。
  一個真正的ZigBee,由ZigBee Alliance所主導的標準,定義了網(wǎng)絡層(Network Layer)、安全層(Security Layer)、應用層(Application Layer)、以及各種應用產(chǎn)品的資料(Profile);而由國際電子電機工程協(xié)會(IEEE)所制訂的802.15.4標準,則是定義了物理層(PHY Layer)及媒體存取層(Media Access Centrel Layer;MAC Layer)。
  
  2、zigBee的特點
  ·數(shù)據(jù)傳輸速率低:10KB/秒~250KB/秒,專注于低傳輸應用;
  ·功耗低:在低功耗待機模式下,兩節(jié)普通5號電池可使用6~24個月;
  ·成本低:ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低、協(xié)議簡單,所以大大降低了成本;
  ·網(wǎng)絡容量大:網(wǎng)絡可容納65,000個設備;
  ·時延短:典型搜索設備時延為30ms,休眠激活時延為15ms,活動設備信道接入時延為15ms;
  ·安全:ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒別功能,采用AES-128加密算法(美國新加密算法,是目前最好的文本加密算法之一),各個應用可靈活確定其安全屬性;
  ·有效范圍�。河行Ц采w范圍10~75米,具體依據(jù)實際發(fā)射功率大小和各種不同的應用模式而定;
  ·工作頻段靈活:使用頻段為2.4GHz、868MHz(歐洲)和915MHz(美國),均為免執(zhí)照(免費)的頻段。
  
  3、zi2Bee網(wǎng)絡中的三種設備類型
  ●網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器:包含所有的網(wǎng)絡消息,是3種設備類型中最復雜的一種,存儲容量最大、計算能力最強。發(fā)送網(wǎng)絡信標、建立一個網(wǎng)絡、管理網(wǎng)絡節(jié)點、存儲網(wǎng)絡節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不斷地接收信息;
  
  ●全功能設備(FFD):可以擔任網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者,形成網(wǎng)絡,讓其它的FFD或是精簡功能裝置(RFD)連結(jié),F(xiàn)FD具備控制器的功能,可提供信息雙向傳輸;
  ·附帶由標準指定的全部802.15.4功能和所有特征;
  ·更多的存儲器、計算能力可使其在空閑時起網(wǎng)絡路由器作用;
  ·也能用作終端設備。
  ●精簡功能設備(RFD):RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。
  ·附帶有限的功能來控制成本和復雜性;
  ·在網(wǎng)絡中通常用作終端設備;
  ·ZigBee相對簡單的實現(xiàn)自然節(jié)省了費用。RFD由于省掉了內(nèi)存和其他電路,降低了ZigBee部件的成本,而簡單的8位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。
  
  PLC-BUS
  
  1、PLC-BUS背景
  在2002年6月9日,位于荷蘭阿姆斯特丹市,致力于設計、開發(fā)和制造先進的電力載波燈光控制技術(shù)的荷蘭ATS電力線通信有限公司(ATS,CO)宣布又研發(fā)出一種高可靠、低成本的電力線通信技術(shù)——PLC-BUS電力總線技術(shù)(Power Line Communication Bus)。此項技術(shù)擁有超強的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性,為商業(yè)住宅提供了更為經(jīng)濟的智能化控制解決方案。
  
  2、PLC-BUS概述
  ·PLC-BUS智能家居系列產(chǎn)品,利用家庭中現(xiàn)有的電力線,傳送控制燈光和家用電器的指令。
  ·利用電力線通訊最大的好處是無須另外布線,而且不需要主機,使得安裝既簡單又快速。
  ·利用跳頻技術(shù)(4-40KHZ),傳輸距離更遠,抗干擾能力更強,更穩(wěn)定。
  ·雙向通信,能夠?qū)崟r反饋查詢。
  
  3、PLC-BUS傳輸原理
  PLC-BUS信號總的來說,是通過給一個電容先進行高壓充電,然后在一個很精確的時間里將電容的電量釋放到電力線上。這種快速的電容放電會在電力線上產(chǎn)生一個瞬間的能量脈沖,因而PLC-BUS接收器可以在很遠的地方輕松接收PLC-BUS信號。
  每半個50Hz的正弦波周期里可以傳遞一個PLC-BUS脈;中信號,PLC-BUS脈沖信號總是出現(xiàn)在半個正弦波周期里的四個固定位置中的一個位置。每個位置可以搭載兩個比特的信息,因此在50Hz的電力線上,一秒鐘可以傳輸200比特的數(shù)據(jù)。
  
  4、PLC-BUS技術(shù)優(yōu)勢
  ·沿用世界上現(xiàn)有最廣泛的有線網(wǎng)絡:電力線。發(fā)展將更加的廣泛、更加光明,達到真正即插即用。
  ·改進了以往的通訊方式,實現(xiàn)了發(fā)射端和接收端的雙向互動的通訊方式,使得控制變得更直觀,一目了然。
  
  ·改進電力線的指令的加載方式,發(fā)射器指令傳送至接收器可靠性提高至99.95%。接收器回饋至發(fā)射器的可靠度達到99%。
  ·擴展了控制的地址,PLC-BUS的可控制地址得到了進一步的擴展,高達6萬多個地址。
  ·高速的傳送速度。信號從發(fā)射器至接收器只需0.1秒,控制只是轉(zhuǎn)瞬之間。
  ·由于采用新的信號電力線加載技術(shù),能抵御電力線上的各類吸波和雜波的干擾,因此無需阻波設備,這是PLC-BUS的最大特點之一。
  ·由于高的抗干擾能力,使得信號的傳送遠達幾十公
 
 
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