智能家居总线技术的概述

赵瑞芬

（浙江经贸职业技术学院 浙江 杭州 310018）

20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念。80年代末，通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国称为Smart Home，也就是现在智能家居的原型。

智能家居最初的定义是：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。下文将对这4种总线技术的原理做简单介绍，并分析它们在智能家居应用中的特点。

1 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。

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。

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 Electronics Lcd.）成功地研发出该项技术。X10是以60Hz（或50Hz）为载波，以120Hz的脉冲为调变波而研发出的数位控制技术，并制订出一套控制规格。

X10总线协议已成为如今美国智能家居产品的主要领导者，在欧美，日本，新加坡，韩国等国也有广泛的应用。其最大的优势是用电力线来进行通信，不需要另外布线，安装方便，使用简单，价格便宜。但其缺点是传输速度较慢，且抗干扰能力较弱，对电网的稳定性要求相对较高。

3 LonWorks总线

LonWorks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。

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。所以其安全性和稳定性较其他总线大大提高。

4 CAN总线

CAN总线起初是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现也已广泛应用于智能家居系统中。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。这种按数据块编码的方式，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。

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。

5 结束语

从上面介绍的总线技术本身来分析，总线技术需具有如下特点：现场控制设备具有通信功能，便于构成底层控制网络；通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性；功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性；控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。

目前，国内专业智能家居厂家的数量正在迅速增长。智能家居市场在未来的三五年内会高速增长，新技术、新产品也会不断出现并投入应用。就目前的发展趋势分析，预计今后两年内全世界有将近1亿的家庭将构建智能家居。如此庞大的市场，给我们带来了机遇和挑战。

分析总线技术未来的发展趋势，其中可以肯定的一点就是，寻求统一的总线技术国际标准，将是总线技术或智能家居产业的主要任务。现阶段各种总线技术并存，各大厂商拥有其各自的标准，这极不利于智能家居产业的大面积推广。其实自1999年开始，我国政府部门就已密切注意到这个动向和趋势，国家信息产业部、国家科委、建设部等部委组织有关专家论证和规划在我国如何发展智能家居和住宅小区的计划，开始着手研究和制定有关我国家庭智能化的标准。

［1］周洪，等.智能家居控制系统[M].北京:中国电力出版社,2005.

［2］杨永华.基于CAN总线和语音识别的智能家居控制系统的设计[J].嘉应学院学报,2010(02).

［3］陶莉,等.基于RS-485总线的智能家居系统[J].自动化仪表,2007(11).

［4］赵瑞芬.关于物联网智能家居的初探[J].科技信息,2010(22).