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智能家居無線與有線通訊方式那種更方便更穩定

閱讀:1291發布時間:2016-8-23

  在國內市場上的智能家居品牌很多,沒有統一的技術規范,國內各種品牌和品牌各家的產品都有自己的特點和優劣,采購者在選擇智能家居的產品時往往難以橫向比較,所以應從多方面、多角度去做綜合考察,主要可以把握以下幾點:

  
  系統的穩定性是采購時首先需要考慮的因素。安裝智能家居是為了給生活帶來便利、安全、舒適的效果,如果一個智能系統在穩定性達不到要求,時不時的出現一些大大小小的問題,那么帶給用戶的只會是麻煩,享受智能家居將無從談起。智能家居系統的穩定性主要包括分控模塊的產品穩定、系統運行的穩定、線路結構的穩定、集成功能的穩定、運行時間的穩定等,如果一套智能家居產品在穩定性上能滿足這幾個要求,基本上就可以放心的選用了。
  
  一、智能家居有線(總線)技術
  
  1、現場總線
  
  現場總線是現代控制技術、計算機技術和通信技術相結合的產物。現場總線技術是近十年中蓬勃發展起來的新生事物,在實際工程應用中體現出其強大的生命力,控制網必將沿著現場總線方向發展,現場總線技術也必將是控制網技術的核心,每個現場控制單元具有數字處理和雙向高速通訊的能力,分散控制,網絡規模大且具有高質的穩定性。
  
  目前世界上現場總線的標準有200多個,有很多應用于建筑物的總線技術,它們中大多數是某個具體應用的解決方案。當前上具有代表性的現場總線技術與產品有FF總線、PROFI總線、LON總線、BACnet、CAN總線、INTER總線和CCLink總線等。
  
  以雙絞線為基礎的家居控制總線,以此通信介質的主要有CEBUS消費電子總線、LonWorks總線、APBus總線、RS-485總線、EIB電氣安裝總線。就總線本身而言,這幾種總線的拓撲結構基本是相同的。
  
  RS-485總線
  
  其網絡特性使用差分電壓傳輸方式;一般采用總線型網絡結構,總線節點數有限,使用標準485收發器時,單條通道的zui大節點數為32個,傳輸距離較近(約1.2km),傳輸速率低(300~9.6kbps);傳輸可靠性較差,對于單個節點,電路成本較低,設計容易,實現方便,維護費用較低。
  
  從嚴格意義上講,并不是一個完整的總線技術標準,僅僅定義為物理層和鏈路層的通信標準,許多廠商采用其技術全新定義了自己的總線技術標準,比較有代表性的美國Honeywell的C-Bus總線技術。另外在RS-485技術基礎上應用較多的是MODBus標準。
  
  CEBus總線
  
  CEBus(ConsumerElectronicsBus)是美國電子工業協會(EIA)為消費電子產品制定的一種通信和產品和操作性的標準,是家用電器之間通信所使用的五種類型的介質(電力線、無線頻率、紅外、雙絞線和同軸電纜)中信號的傳輸標準。信號傳輸速率和系統容量分別是10kbps和4G。
  
  APBus總線
  
  APBus總線是目前*擁有中國自主知識產權的總線技術。它是一種針對家庭的、全分布式的智能控制網絡技術,這一點與LonWorks技術相似。產品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。信號傳輸速率和系統容量則與CEBus一樣,分別是10kbps和4G。
  
  CAN總線
  
  CAN總線(ControllerAreaNetwork),它是一種支持分布式控制和實時控制的對等式現場總線網絡。其網絡特性使用差分電壓傳輸方式;總線節點數有限,使用標準CAN收發器時,單條通道的zui大節點數為110個,它的傳輸速率范圍是5kbps至1Mbps,傳輸介質可以是雙絞線和光纖等,任意兩個節點之間的傳輸距離可達10km。
  
  對于單個節點,電路成本高于RS-485,設計時需要一定的技術基礎;傳輸可靠性較高,界定故障節點十分方便,維護費用較低。在目前已有的幾種現場總線方式中,具有較高的性能價格比。
  
  LonWorks總線
  
  根據ISO/OSI7層模型標準,采用三層網絡結構:域、子網和節點;使用48位ID神經元芯片,節點數量沒有限制,傳輸距離較遠(約2.7km),傳輸速率快(300~1.25Mbps);傳輸可靠性較高,對于單個節點,電路成本很高,設計難度較大,維護費用較高。
  
  我國智能建筑界對其中的LONWORKS技術的開發與應用起步于二十世紀九十年代中期,與國外大公司對該技術的開發與應用基本上是同步的,現已初步形成適合我國國情的產品系列。如中國臺灣尼科(NICO)的LonWorks系統,它采用觸摸玻璃面板,美觀大方。
  
  2、以太網
  
  基于IEEE802.3規范,采用CSMA/CD技術的網絡結構。節點數量沒有限制,傳輸可靠性較高,對于單個節點,成本很高,軟硬件設計、維護費用均較高。信息網絡目前使用zui廣泛的是100M以太網。
  
  LCN總線
  
  局部控制網絡LCN(LocalControlNetwork)現場總線,作為自動化控制通用技術,本身已具有更強的包容性和擴展性。高智能和高靈活性,為智能家居用戶提供豐富的個性化解決方案。
  
  LCN模塊標準配置2個執行器,其他擴展執行器和感應器均通過3個多用途接口T,I,P擴展連接而成。為了節省安裝空間,所有系統的功能被集成在幾個總線模塊之中,安裝者可按實際需要,使用其部分功能。
  
  LCN具備布線簡便和參數設置簡單的優點,它提供了種類不多,但功能全面的總線模塊和多級的報文反饋系統,所以它被歐洲很多人認為是目前zui的總線技術。
  
  CC-Link總線
  
  《控制與通信總線CC-Link規范》(Control&CommunicationLink)于2005年9月取得中國國家標準,進入中國市場。這是由日本三菱電機推出的,中國市場又多了一種總線技術的選擇。值得關注這一總線技術已成功地應用于在中國智能建筑工程項目。
  
  3、其他總線
  
  雙絞線系統中常見有ABB、Siemens等歐洲廠商的EIB系統,美國立維騰(LEVITON)智能照明系統和奇勝C-Bus系統;還有TP-Bus總線和Q-BUS總線等。
  
  TP-Bus總線
  
  TP-Bus是一種電源/信號混合傳輸技術,同時也是一種家庭自動化網絡總線技術,該總線技術主要用于網絡化控制,如智能家居網絡等。該總線技術采用24V直流電源,信號傳輸速率為10kbps,以雙絞線作為傳輸媒體,容易實現。總線的網絡結構使網絡既可作數據傳輸,也可以作為電能的供應。
  
  TP-Bus是一種多能控制總線,該系統采用總線式結構,主要由電源供應器、雙絞線和功能模塊三個基本部分組成。在歐洲標準EIB總線及LonWorks總線技術上作了改進,其防通信沖撞協議的設計很好的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和穩定性。在安全方面,它采用的是24V直流供電。系統可以通過修改軟件改變,而不需要像傳統方式那樣重新連接。
  
  Q-BUS總線
  
  以解決低速控制信號為主要目的、并與高帶寬功能實現無縫連接的應用控制平臺總線系統——Q-BUS智能小區和智能家居低速控制總線系統。
  
  Q-BUS總線基于差分電壓傳輸方式利用CSMA/CD技術原理實現現場總線技術,實現了數據可靠、的中長距離傳輸。
  
  在家居內,往往只需要極少的數據就能滿足控制要求,直接用高帶寬實現的話,會造成資源的及大浪費,而對于語音和視頻數據配合網絡來實現,這樣無論經濟性,還是可靠性都是zui合理的選擇。家庭內部Q-BUS總線連接了家庭內部的智能、安防設備,完成家庭內部獨立自主的智能生活,不受外界干擾;通過以太網轉換器,只要將家用服務器連接入Internet,就可以遠程控制家居設備。外界數據通過家用服務器后,高流量數據通過家庭內部的高速網傳輸,而低流量則通過Q-BUS總線的網絡平臺傳輸,實現的兩者的統一。
  
  智能家居中心主機通過樓道內Q-BUS總線連接至小區的智能化平臺,構成了家庭內部與小區平臺數據交換的橋梁,不但可以實現zui直接的數據溝通,而且實時性得到了保證。整個系統中有兩條分離的Q-BUS總線,一條是家庭內部總線;另一條則由家庭內部連到戶外,它與很多戶家庭相連,同時連接整個小區的智能系統。
  
  二、智能家居無線技術
  
  當前市面采用較多的無線技術基本有以下幾種:Zigbee技術、紅外技術(IrDA)、HomeRF、藍牙技術(Bluetooth)和Wif技術。
  
  1、Zigbee技術
  
  Zigbee技術是一種近距離、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術,其主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。Zigbee是一種無線連接,可工作在868MHz、915MHz和2.4GHz的3個頻段上。簡單的說,ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡,類似于CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里,并且支持無限擴展。
  
  ZigBee是一種無線連接,可工作在2.4GHz(流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有zui高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,它的傳輸距離在10-75m的范圍內,但可以繼續增加。作為一種無線通信技術,ZigBee具有如下特點:
  
  (1)低功耗:由于ZigBee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算,ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備*的。
  
  (2)成本低:ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,估計很快就能降到1.5—2.5美元,并且ZigBee協議是免費的。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。
  
  (3)時延短:通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短,典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms,活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。
  
  (4)網絡容量大:一個星型結構的Zigbee網絡zui多可以容納254個從設備和一個主設備,一個區域內可以同時存在zui多100個ZigBee網絡,而且網絡組成靈活。
  
  (5)可靠:采取了碰撞避免策略,同時為需要固定帶寬的通信業務預留了時隙,避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了*確認的數據傳輸模式,每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。
  
  (6)安全:ZigBee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證,采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。
  
  2、紅外技術(IrDA)
  
  紅外接口是新一代手機的配置標準,它支持手機與電腦以及其他數字設備進行數據交流。紅外通訊有著成本低廉、連接方便、簡單易用和結構緊湊的特點,因此在小型的移動設備中獲得了廣泛的應用。通過紅外接口,各類移動設備可以自由進行數據交換.。紅外線是波長在750nm至1mm之間的電磁波,它的頻率高于微波而低于可見光,是一種人的眼睛看不到的光線。由于紅外線的波長較短,對障礙物的衍射能力差,所以更適合應用在需要短距離無線通訊的場合,進行點對點的直線數據傳輸.紅外數據協會(IRDA)將紅外數據通訊所采用的光波波長的范圍限定在850nm至900nm之內。紅外接口是目前在世界范圍內被廣泛使用的一種無線連接技術,被眾多的硬件和軟件平臺所支持;通過數據電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉換實現無線的數據收發。
  
  紅外線技術的主要應用:設備互聯、信息網關。設備互聯后可完成不同設備內文件與信息的交換。紅外傳輸是一種點對點的傳輸方式,無線,不能離的太遠,要對準方向,且中間不能有障礙物也就是不能穿墻而過,幾乎無法控制信息傳輸的進度;IrDA已經是一套標準,IR收/發的組件也是標準化產品。
  
  3、HomeRF
  
  HomeRF無線標準是由HomeRF工作組開發的開放性行業標準,目的是在家庭范圍內,使計算機與其他電子設備之間實現無線通信。
  
  HomeRF由微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康伯等公司提出,使用開放的2.4GHz頻段,采用跳頻擴頻技術,跳頻速率為50跳/秒,共有75個寬帶為1MHz的跳頻信道。
  
  HomeRF基于共享無線接入協議(sharedwirelessaccessprotocol,SWAP)。SWAP使用TDMA+CSMA/CA方式,適合語音和數據業務。在進行語音通信時,它采用數字增強無繩(DECT)標準,DECT使用TDMA時分多址技術,適合于傳送交互式語音和其他時間敏感性業務。在進行數據通信時它采用IEEE802.11的CSMA/CA,CSMA/CA適合于傳送高速分組數據。HomeRF的zui大功率為100mV,有效范圍50m。調制方式分為2FSK和4FSK兩種,在2FSK方式下,zui大的數據傳輸速率為1Mbps;在4FSK方式下,速率可達2Mbps。
  
  HomeRF是對現有無線通信標準的綜合和改進:當進行數據通信時,采用IEEE802.11規范中的TCP/IP傳輸協議;當進行語音通信時,則采用數字增強型無繩通信標準。但是,該標準與802.11b不兼容,并占據了與802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz頻率段,所以在應用范圍上會有很大的局限性,更多的是在家庭網絡中使用。
  
  HomeRF的特點是安全可靠;成本低廉;簡單易行;不受墻壁和樓層的影響;傳輸交互式語音數據采用TDMA技術,傳輸高速數據分組則采用CSMA/CA技術;無線電干擾影響小;支持流媒體。
  
  4、藍牙技術
  
  藍牙(Bluetooth):是一種無線技術標準,可實現固定設備、移動設備和樓宇個人域網之間的短距離數據交換(使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波)。藍牙技術zui初由電信*愛立信公司于1994年創制,當時是作為RS232數據線的替代方案。
  
  Bluetooth無線技術是在兩個設備間進行無線短距離通信的zui簡單、zui便捷的方法。它廣泛應用于世界各地,可以無線連接手機、便攜式計算機、汽車、立體聲耳機、MP3播放器等多種設備。由于有了“配置文件”這一*概念,Bluetooth產品不再需要安裝驅動程序軟件。此技術現已推出第四版規格,并在保持其固有優勢的基礎上繼續發展—小型化無線電、低功率、低成本、內置安全性、穩固、易于使用并具有即時聯網功能。其周出貨量已超過五百萬件,已安裝基站數超過5億個。
  
  5、Wi-Fi技術
  
  Wi-Fi是一種允許電子設備連接到一個無線局域網(WLAN)的技術,通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射頻頻段。連接到無線局域網通常是有密碼保護的;但也可是開放的,這樣就允許任何在WLAN范圍內的設備可以連接上。Wi-Fi功耗低,傳輸速度54Mbps,理想傳輸距離可達100m,安全性相對較低。幾種無線技術比較見表1.



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