智能家居与楼宇对讲的融合

ABB(中国)有限公司 殷俊

智能家居与楼宇对讲的融合

ABB(中国)有限公司 殷俊

本文介绍了楼宇对讲系统的最新趋势,与智能家居的系统联动,并简述了ABB i-bus®智能家居系统的特点,作为两个独立系统融合的关键技术,对KNX及TCP/IP传输技术做了相应的介绍。

ABB i-bus®；智能家居；楼宇对讲；KNX；TCP/IP

1 引言

时至今日，楼宇对讲已是现代住宅建筑中不可或缺的角色，几乎每栋住宅都会安装。经过这么多年的发展，对讲产品从过去简单的通话、开锁等安防功能发展到后来有了简单的信息发布、防盗报警等功能，从黑白可视对讲发展到彩色可视对讲，从模拟技术到今天基于TCP/IP传输的全数字技术，进步非常迅速。

楼宇对讲满足基本的安全需求，而智能家居则是“锦上添花”的高端家庭自动化需求，二者并无直接关联。而当楼宇对讲系统逐渐集成了报警、门禁、信息管理等功能，并与管理平台发生联系之后，楼宇对讲系统就开始与智能家居融合起来。传统的对讲行业与智能家居行业的市场区隔显现出日渐模糊的趋势，双方在产品和市场方面开始出现交叉和互相渗透。

随着房价的提升及住宅精装修的普及，智能家居在国内各大城市高端楼盘开始布局。当一个家庭同时需要楼宇对讲与智能家居两套独立的系统时，尴尬出现了：两个不同厂家，设计风格迥异的终端控制屏摆在了我们的面前，影响了装修效果，增加了装修成本，智能化变成了复杂化，楼宇对讲与智能家居的完美融合成为一种向往。

作为全球电力与自动化领域的领导者，ABB同样引领着智能家居行业的发展方向，致力于打造更为完善的智能家居整体解决方案，开创性的在全数字化对讲的平台上将二者融合，将对讲室内机打造成一个由家庭安防、远程控制、家庭自动化、家庭娱乐、社区服务组成的家庭综合管理平台，实现了“一个家庭，一个品牌，一个智能控制终端”的革命性飞跃！

2 ABB i-bus®智能家居

传统的一开一关的控制方式，制约了现代人快节奏的生活方式。曾几何时，智能家居只存在于科幻电影，只存在于人类对于未来生活的美好幻想之中，只是比尔·盖茨这类顶级富豪的专属。而今随着社会经济、科学技术的不断发展，互联网、电子消费、通讯产品正在走向家庭生活，现代家庭也越来越注重生活理念、品质；数字化、网络化、智能化的电子产品逐渐成为家庭生活休闲的新潮流。多年来ABB一直致力于为人们提供一个舒适、环保、智能的家居环境和居家空间，有机地融合人文、艺术、科技与时尚，引导成功人士的生活方式，让人们在享受品质生活的同时，拥有一个彰显个性、释放自我的空间。

正如全球电子产品领导品牌“苹果”旗下的iPhone、iPad、iPod一样，ABB将自己的智能家居系统命名为“i-bus®”。拥有了ABB i-bus®智能家居，原来可以这样生活！你想过吗？坐在沙发上就可以控制家里所有的灯光并且可以自由调节灯光的亮度。外出之前只要按一个键就可以关上所有的灯光、关闭不必要的电器设备。躺在床上就可以对儿童房的灯光、插座、窗帘进行管理；不必下楼就能为客人开门；每天晚上所有的窗帘都会定时自动关闭；打个电话家中的安全设备和家用电器的控制就尽在掌握……

步入梦想家园开启房门的一瞬间，只需轻触室内机彩色屏幕，冷暖相宜的温度首先送来温馨的问候，帘幕徐徐落下，灯光明暗适中，恰到好处，浪漫优雅的音乐飘至耳畔，ABB i-bus®系统将随时以最佳状态恭候主人的归来。

清晨6点30分，电动窗帘徐徐开启，清晨第一缕阳光透过纱帘，柔和的光线和轻柔的音乐把您从梦中慢慢唤醒，您已经习惯在起床之前的片刻享受一下窗外静谧的美景。

家庭舞会时，只要轻触舞会模式按钮，灯光将自动调到柔和状态，空调自动置为舒适模式，音响开启，播放您最喜欢的曲子营造一种幽雅、舒适的娱乐环境。

看电视时，客厅灯光变暗，窗帘缓缓拉上，其他房间的灯光关闭。场景模式的变化可以随意设定，充分发挥自己丰富的想象力，创造一种梦幻般的环境，它会给您带来更大的乐趣和舒适。

小憩一会，只要按动一个键，转入书房休息模式，灯光将由明亮渐渐的转入昏暗，您就可以舒舒服服地睡上一觉了......[1]

图1 ABB “i-bus”系统结构

图2 ABB “i-bus”系统功能

3 KNX总线概述

ABB i-bus®智能家居系统是ABB公司基于KNX平台开发生产的一套现场总线控制系统，一根线即可实现所有的智能家居控制功能，如图1、图2所示。作为系统中的核心技术，KNX是楼宇和住宅控制领域唯一的开放性的全球标准，符合中国国标（GB/ T20965-2013）、国际标准（ISO/IEC14543-3）、美国标准 (ANSI/ ASHRAE 135)及欧洲标准（CENELEC EN 50090 和CEN EN 13321-1），已广泛应用于公共建筑及住宅中。

KNX传输技术特点：

KNX是一个基于事件控制的分布式总线系统。系统采用串行数据通讯进行控制、监测和状态报告。所有总线装置均通过共享的串行传输连接（即总线）相互交换信息。数据传输按照总线协议所确定的规则进行。需发送的信息先打包形成标准传输格式（即报文），然后通过总线从一个传感装置（命令发送者）传送到一个或多个执行装置（命令接收者）。KNX传输介质主要是双绞线，比特率为9600bit/s。

KNX的数据传输和总线装置的电源（DC 24V）共用一条电缆。报文调制在直流信号上。一个报文中的单个数据是异步传输的，但整个报文作为一个整体是通过增加起始位和停止位同步传输的。

异步传输作为共享通讯物理介质的总线的访问需要访问控制，KNX采用CSMA/CA（避免碰撞的载波侦听多路访问协议），CSMA/CA协议保证对总线的访问在不降低传输速率的同时不发生碰撞。

虽然所有总线装置都在侦听并报文的传输，但只有具体相应地址的装置才作出响应。为了发送报文，总线装置必需首先侦听总线，等待其他总线装置正在发送报文完毕（这称为载波侦听Carrier Sense)。一旦总线空闲，从理论上说，每个总线装置都可以启动发送过程（这个称为多路访问Multiple Access)。

如果两个总线装置同时开始发送，具有高优先级的总线装置无需延迟可继续传送（这称为碰撞避免Collision Avoidance）。同时低优先级的总线装置中止传送，等待下次再试，如果两者具有相同的优先级，那么物理地址较低的可以优先。

如图3所示，KNX 技术的通信模型采用五层结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。KNX 物理层支持TP1（双绞线）、PL110（电力线）、RF(射频) 和Ethernet（以太网），其中TP1 介质应用最多。数据链路层实现总线设备之间的数据传输，并解决网络中的通信冲突问题。对于小KNX系统中的总线设备，网络层的功能很少，只是完成了传输层和数据链路层的通信映射功能。大型KNX系统中有耦合器类产品，作用是在网络层完成路由功能和跳数(hop)控制功能。传输层完成设备之间的传输，有四种传输模式：点到点无连接，点到点有连接，广播和多播。

图3 KNX通信模型

4 TCP/IP协议简介

TCP/IP的全称是Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言，TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。

随着Internet的飞速发展，这个当今最大的开放式网络系统的成功，足以证明TCP/IP是发展至今最成功的通信协议之一。

5 TCP/IP在楼宇对讲系统中的应用

最早的楼宇对讲功能单一，只有单元对讲功能，在80年代末，系统仅采用发码、解码电路或RS-485进行小区域单个建筑物内的通讯，无法实现整个小区内大面积组网。90年代初，出现了采用单片机技术的现场总线技术，如CAN以及用RS-485技术实现的总线等。采用这种技术可以把小区内各种分散的系统互联组网、统一管理、协调运行，从而构成一个相对较大的区域系统，但也存在着抗干扰能力差、占线、功能单一、升级困难、系统维护困难等弱点。随着复杂、大规模及超大规模小区组网需求的出现，以往的技术已捉襟见肘，而用于复杂、大规模网络的TCP/IP技术进入楼宇势在必行，它的优点很明显：大规模组网；信号语音图像通过网线传输，施工简单、维护方便、永不占线；接口标准；一系列的增值应用。[3]

随着TCP/IP技术的迅速发展，传统的模拟安防监控系统也开始向基于TCP/IP的数字化安防融合技术转变。首先，基于TCP/IP的网络视频能够更好地通过互联网实现视频流的远程访问，这是IP化的一个非常大的优势；其次，基于无线的信号接收省却了传统模拟监控的布线过程；第三，图象采集的多元化也成为可能。

6 KNX与TCP/IP的融合

可以说，TCP/IP联网技术的发展及应用，是智能化小区各子系统集成的关键，也是楼宇对讲室内分机融入智能家居成为控制终端的关键。其强大的数据处理能力及上百兆的带宽，使得小区实现多通道变得十分简单，即使有再多的门口主机同时使用也不会出现通道堵塞、占线等情况，这也是传统模拟对讲产品一直存在的问题。

如果没有TCP/IP联网技术，传统的模拟室内分机很难融入智能家居，智能家居与楼宇对讲的联动也将面临更多的问题。所以说，TCP/IP联网技术的发展和普及，直接影响到室内分机在智能家居中的地位，决定了室内分机是否能够真正取代专业智能家居控制界面，成功融入智能家居。

而KNX作为全球住宅和控制领域唯一的全球标准，其最大的优点就在于系统的开放性，能与TCP/IP、RS-485、LonWorks、BACnet等主流通讯协议对接。通过KNX/IP的通讯网关，实现协议转换，KNX总线中的组地址，如图4所示。

7 结语

KNX已被批准为中国标准GB/T 20965-2013《控制网络HBES技术规范-住宅和楼宇控制系统》，奠定了其在国内智能家居行业的领导性地位，而TCP/IP是发展至今最为成功的通信协议，被应用于当今最大的开放式网络系统Internet之上就是其成功的证明。随着KNX与TCP/IP技术的融合，强强联手、双剑合璧，传统意义的楼宇对讲系统及智能家居系统将被重新定义，两者的界限也将越来越模糊，室内机将成为两套系统间的桥梁。

对讲的数字化从根本上突破了对讲系统的发展瓶颈，使得智能家居与之结合成为可能。而对讲与智能家居系统的结合又进一步提高对讲系统的增值空间，系统的性价比也得到了提高，从而使新系统的推广应用更加广泛。

[1] ABB. ABB i - bus智能家居应用方案[Z].

[2] 同济大学KNX培训中心. KNX安装总线技术 - 第三版[M].

[3] 梅肖虎. 基于TCP/IP的智能小区解决方案[J]. 中国公共安全, 2006, 05B.

殷俊（1985-）,男，湖北孝感人，本科，助理工程师，现就职于ABB（中国）有限公司武汉分公司。