智能家居总线系统基础知识

　　智能家居在国内市场经过十数年的发展，通过在技术上的不断探讨和研究，各项技术与集成衔接已逐渐趋于成熟。总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都基于一条总线，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。市场上比较有影响力的总线技术包括RS-485、KNX、CAN、C-Bus、SCS-BUS、LonWorks、Modbus等。总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制，其优势在于技术成熟、系统稳定、可靠性高，应用也比较广泛。

　　主流总线系统特色概述

　　RS-485总线

　　RS-485是一种非常常见的总线。在通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。它采用平衡发送和差分接受，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。

　　市场上一般RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态。因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

　　系统特色：

　　从智能照明发展的轨迹看，最早的产品一般采用的RS485的技术，这是一种串行的通讯标准，因为只是规定的物理层的电气连接规范，每家公司自行定义产品的通讯协议，所以RS485的产品很多，但相互都不能直接通讯。RS485一般需要一个主接点，通讯的方式采用轮询方式，模块之间采用“手拉手”的接线方式，因此存在着通讯速率不高（一般9.6Kbps），模块的数量有限等问题。

　　KNX总线

　　KNX是Konnex的缩写。1999年5月，欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex协会，提出了KNX协议。该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范，并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等优点，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案。

　　KNX是唯一全球性的住宅和楼宇控制标准。在KNX系统中，总线接法是区域总线下接主干线，主干线下接总线，系统允许有15个区域，即有15条区域总线，每条区域总线或者主干线允许连接多达15条总线，而每条总线最多允许连接64台设备，这主要取决于电源供应和设备功耗。每一条区域总线、主干线或总线，都需要一个变压器来供电，每一条总线之间通过隔离器来区分。在整个系统中，所有的传感器都通过数据线与制动器连接，而制动器则通过控制电源电路来控制电器。所有器件都通过同一条总线进行数据通信，传感器发送命令数据，相应地址上的制动器就执行相应的功能。

　　此外，整个系统还可以通过预先设置控制参数来实现相应的系统功能，如组命令、逻辑顺序、控制的调节任务等。同时所有的信号在总线上都是以串行异步传输的形式进行传播，也就是说在任何时候，所有的总线设备总是同时接收到总线上的信息，只要总线上不再传输信息时，总线设备即可独立决定将报文发送到总线上。KNX有三种结构：线形、树形、和星形。

　　系统特色：

　　KNX既能用于最新的楼宇也能用于现有的楼宇，并且能用于住宅和楼宇控制中所有可能的功能/应用，包括：照明、多种安全系统的关闭控制、加热、通风、空调、监控、报警、用水控制、能源管理、测量以及家居用具、音响及其他众多领域。除此以外，KNX更舒适更安全，并且为节约能源和气候保护作出了重大贡献，但KNX总线的成本较高。值得一提的是KNX技术于2007年被批准为中国标准GB/Z20965。

　　LongWorks

　　LongWorks总线由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。到2010年时已有9千万个设备使用LonWorks网络技术。

　　系统特色：

　　LonWorks总线技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron神经元的芯片中，并得以实现。在智能家居领域，其最大的特点就是不像别的智能家居总线系统，必须有一个类似大脑的主机。LonWorks总线技术不需要主机，它采用的是神经元网络。每个节点都是一个神经元，这些神经元连接到一起的时候就能协同工作，并不需要另外一个大脑来控制。所以安全性和稳定性较其他总线大大提高。LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。

　　CAN总线

　　CAN总线期初是德国BOSCH公司于1983年为现在汽车应用领先推出的一种多主机局部网，属于现场总线（FieldBus）的范畴，由于其高性能、高可靠性、实时性等等优点现在已广泛应用于智能家居系统中。1993年11月，ISO正式颁布了控制器局域网CAN国际标准，为控制器局域网标准化、规范化推广铺平了道路。CAN总线协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。

　　采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块。这种数据块进行编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。

　　数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中的控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。

　　系统特色：

　　CAN总线协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性，CAN总线卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，已越来越受到各界的重视，并已公认为最有前途的总线之一。CAN总线与485具有相同的缺陷，不能连接树状总线，信号线要像有线电视一样连接，它常常作为大系统的分支连线。

　　C-BUS总线

　　C-BUS系统由澳大利亚奇胜公司开发。C-BUS是一种以非屏蔽双绞线作为总线载体，广泛应用于建筑物内照明、空调、火灾探测、出入口、安防等系统的综合控制与综合能量管理的智能化控制系统。C-BUS控制系统的核心是主控制器和总线连接器，主控制器存贮控制程序、实现模块间总线通信及与编程计算机间的通信，通过控制总线采集各输入单元信息、根据预先编制的程序控制所有输出模块；其RS-232标准接口用于与编程计算机的连接，在计算机上通过专用软件进行编程、监控，当完成编程并下载至主控制器后，计算机仅作为监视，即C-BUS的运行完全不需要计算机的干预。

　　C-BUS控制系统以人居环境为主要服务对象，提供了多种接收外部指令的途径，如控制按键、光传感器、被动型红外探测器、定时单元等。实际上C-BUS就是一个典型的基于计算机总线控制技术面向智能建筑需求的系统化控制产品，模块的任意搭配使得系统设计十分灵活便利。家居用C-BUS产品的控制按键有一键、二键、四键三种产品，安装方式与常用暗装灯开关相同，可以对每一个键进行编程控制一路或多路负载，对于重要场所可采用多按键实现灯光场景控制，以适应不同工作对灯光系统的不同要求。

　　系统特色：

　　C-BUS是一个十分灵活的柔性控制系统，这是因为所有的输入和输出元件自带微处理器且通过总线互联，外部事件信息来自输入元件，通过总线到达相应的输出元件并按预先编好的程序控制所连接的负载。每一个元件都可以按照需求进行编程以适应任何使用场合，其灵活的编程可在不改变任何硬件连线的情况下非常方便地调整控制程序。作为系统的管理者，最好能掌握编程技能，这样及时适应使用需求的变化。

　　SCS-BUS是指结构化布线/总线系统，是BTICINO公司独创的自主的双总线系统，性能稳定、反映速度高，能满足各种智能家居功能需求，功能也是此行业最齐全的，是一个在欧洲占主导地位的楼宇自动化（BA）和家庭自动化（HA）标准。

　　SCS-BUS通讯协议遵循OSI开放式系统互联参考模型模型，提供了OSI模型所定义的全部七层服务，这是其先进性之一。物理层和键路层明显依赖于物理媒质的特性，SCS-BUS通过优化防冲突规定了带有冲突检测的载波侦听多路存取（CSMA）以控制媒质接口；网络层通过网络协议控制信息（NPCI）控制跳跃擞；传输层的逻辑通讯关系包括一对多无连接即多终点组传输、一对所有无连接即广播、一对一无连接、一对一导向连接，它提供了地址与抽象内部表达之间的映射通讯访问标识等；通过预留的会话层和表示层，所有设备被明显映射出来；应用层行使SCS-BUS网络用户/服务器管理的API（应用程序接口）功能，应用层对通讯对象组内部请求，或共享变量分配通讯访问标识符，以完成收（一对多）和发（一对一）功能。

　　系统特色：

　　SCS-BUS通讯协议支持通讯介质分段组合的网络，包括双绞线、输电线、无线频率传输。SCS-BUS双绞线自由拓扑结构成本较低，控制逻辑0的位级别冲突检测提高传输的可靠性，每个双粗绞线物理段可长达2000米；SCS输电线运用新型扩展频率调制技术，通过相应数量的匹配筛选，保证输电线组地址传输的完整性和可靠性。

　　ModBus总线

　　ModBus是由现在施耐德电气公司旗下品牌Modicon在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。为更好地普及和推动ModBus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将ModBus协议的所有权移交给IDA（InterfaceforDistributedAutomation，分布式自动化接口）组织，并成立了ModBus-IDA组织，为ModBus今后的发展奠定了基础。

　　ModBus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间或经由网络，例如以太网和其它设备之间可以通信，它已经成为通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用ModBus协议发出。在其它网络上，包含了ModBus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

　　系统特色：

　　标准、开放，用户可以免费且放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。Modbus的帧格式简单、紧凑、通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。