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1、专业综合调研报告 电气工程与智能控制专业分类号：TH89 单位代码：10110学 号：1407054147中 北 大 学综 合 调 研 报 告题 目:智能家居行业总线应用现状与发展趋势系 别: 计算机与控制工程学院 专业年级: 电气工程与智能控制 2014级 姓 名: 袁 航 学 号: 07054147 指导教师: 靳鸿 教授 崔建峰 讲师 2016 年 11 月 06 日专业综合调研报告 电气工程与智能控制专业摘 要智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、总线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系
2、统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居项目中，总线系统方案相对无线系统方案一直以其稳定性、可靠性和可扩展性等优势得到智能家居集成商的推崇。将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置，通过总线技术连接到一个家庭智能系统上，进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。总线技术是智能
3、家居的基本单元，也是智能家居的核心。随着智能家居的不断发展，已经有一些较为成熟并广泛应用的智能家居总线技术， 如 RS-485、X10、LonWorks、CAN 等。本调研主要阐述以上所诉的智能家居的 4 种主流总线技术应用现状，并介绍其原理和特点，最后分析未来智能家居总线技术的发展趋势。关键词：智 能 家 居 ； 总 线 技 术 ； 设 备AbstractSmart home is a residential platform, the use of integrated wiring technology, bus technology, network communications, s
4、ecurity technology, automatic control technology, audio and video technology will be home life-related equipment (such as audio and video equipment, lighting systems, curtain control, Remote control, indoor and outdoor remote control, burglar alarm, environmental monitoring, HVAC control, infrared (
5、IR), infrared remote control, infrared remote control, security control system, digital cinema system, AV server, video cabinet system, network appliance, etc. Forward and programmable timing control and other functions and means to build efficient residential facilities and household schedule manag
6、ement system to enhance the home security, convenience, comfort, artistic, and to achieve environmental protection and energy saving living environment. Smart home project, the bus system program relative to the wireless system program has been its stability, reliability and scalability advantages o
7、f smart home integrators have been respected. The family of various information-related communications equipment, household appliances and home security devices, through the bus technology to connect to a family of 专业综合调研报告 电气工程与智能控制专业intelligent systems for centralized or remote monitoring, control
8、 and family affairs management, and to maintain these family facilities and residential Environment Harmony and Coordination. Bus technology is the basic unit of intelligent home, but also the core of intelligent home. With the continuous development of intelligent home, there are already some of th
9、e more mature and widely used smart home bus technology, such as RS-485, X10, LonWorks, CAN and so on.This research focuses on the 4 main types of the smart home technology application status, and introduces its principle and characteristics, and finally analyzes the future development trend of smar
10、t home bus technology.Key Words： Smart home; Bus technology; equipment专业综合调研报告 电气工程与智能控制专业- 1 - 第 1 章 总线应用概述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、X10、LonWorks、CAN 等 1。1.1 RS-485 总线RS-485
11、 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收，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RS-485 一般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。在早期的智能家居产品中经常能看到其应用，目前已经较少使用。但大部分的智能家居产品都会留有对RS-485 的
12、接口，以便于设备的兼容。RS-485 总线相较于现在其他的总线，在通信效率，抗干扰能力等诸多方面都存在着不足。但其总线协议简单，且已经得到广泛应用，得到了大多数厂商的支持，所以仍有其存在的价值。以下予以简单介绍一种基于RS-485总线的智能家居系统。1.1.1 系统构成本系统采用RS-485 总线的主从网络。嵌入式ARM开发板为总线主设备, 以轮询方式检查各接入模块的传感器状态信息, 任何时候仅存在一对主从之间的通信。传感器接入模块为总线的从设备, 包括单片机控制器、接入检测电路和信号调理电路。其中接入检测电路负责完成传感器接入和移除的检测。它的输出和单片机的一个引脚相连, 通过引脚高低电压跳
13、变指示传感器状态的改变, 展示了传感器从接入子网系统正常工作到被用户移除的一个完整生命周期。信号调理电路实现了传感器输出电信号与后端电路隔离,并将其线性地转化为标准单片机输入信号。该系统采用SN75176将单片机串行口转换为RS-485, 并通过RS-232/RS-485单串口转换器实现和嵌入式开发板的串口通信 2。系统结构如图1所示。专业综合调研报告 电气工程与智能控制专业- 2 -图1 系统结构图1.1.1.1 数据传输速度数据的传输速度受到串口速度的限制，必须提高串口波特率。根据系统特点，在使用串口传输方式3时，波特率可变，可以根据传输效果实时改变。表1所示是采用不同波特率时一帧（一帧按
14、9.6 KB计算）图片的传输时间 3。表 1-1 不同波特率时一帧传输时间波特率/(b/s) 晶振频率/MHz 传输时间/s62 500 11.059 2 1.2319 200 11.059 2 4.009 600 11.059 2 8.001.1.2 通信机制系统采用了RS-485总线通信方式，如图2所示。通信中采用“轮询制” ，中继器作为主设备不断向下发送设备请求应答帧，而接人从设备不能主动发送数据。任何时刻，总线只处于一种方式，即接收数据或发送数据。系统初始化一旦完成，总线即被置为接收状态，当从设备接收完主设备发来的消息后，立即通过软件将总线置为发送状态，等从设备发送完一帧数据又立即转为
15、接收状态，等待主设备的请求帧。如果发来的请求帧中，设备ID地址和自身ID地址一致，接收设备就检查这个帧是否正确。图2 RS-485多机通信专业综合调研报告 电气工程与智能控制专业- 3 -1.2 X10 总线X10 是一种国际通用的智能家居电力载波协议。该协议支持通过电力线相互通信，无需重新布线，被控制的电器可多达256 路。在智能家居20 余年的发展过程中，X10 是最引人注目的。X10 是全球第一个利用电力线载波来控制灯饰及电子电器产品，并将其商业化的成功模式，皮可电子公司（Pico ElectronicsLcd.） 成功地研发出该项技术。X10 是以60Hz （或50Hz）为载波，以120Hz
