智能家居總線系統基礎知識

智能家居在國內市場經過十數年的發展，通過在技術上的不斷探討和研究，各項技術與集成銜接已逐漸趨于成熟。總線技術的主要特點是所有設備通信與控制都基于一條總線，是一種全分布式智能控制網絡技術，其產品模塊具有雙向通信能力，以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程。市場上比較有影響力的總線技術包括RS-485、KNX、CAN、C-Bus、SCS-BUS、LonWorks、Modbus等。總線技術類產品比較適合于樓宇智能化以及小區智能化等大區域范圍的控制，其優勢在于技術成熟、系統穩定、可靠性高，應用也比較廣泛。

主流總線系統特色概述

RS-485總線

RS-485是一種非常常見的總線。在通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。它采用平衡發送和差分接受，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。

市場上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態。因此，發送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。

系統特色：

從智能照明發展的軌跡看，最早的產品一般采用的RS485的技術，這是一種串行的通訊標準，因為只是規定的物理層的電氣連接規范，每家公司自行定義產品的通訊協議，所以RS485的產品很多，但相互都不能直接通訊。RS485一般需要一個主接點，通訊的方式采用輪詢方式，模塊之間采用“手拉手”的接線方式，因此存在著通訊速率不高（一般9.6Kbps），模塊的數量有限等問題。

KNX總線

KNX是Konnex的縮寫。1999年5月，歐洲三大總線協議EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex協會，提出了KNX協議。該協議以EIB為基礎，兼顧了BatiBus和EHSA的物理層規范，并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等優點，提供了家庭、樓宇自動化的完整解決方案。

KNX是唯一全球性的住宅和樓宇控制標準。在KNX系統中，總線接法是區域總線下接主干線，主干線下接總線，系統允許有15個區域，即有15條區域總線，每條區域總線或者主干線允許連接多達15條總線，而每條總線最多允許連接64臺設備，這主要取決于電源供應和設備功耗。每一條區域總線、主干線或總線，都需要一個變壓器來供電，每一條總線之間通過隔離器來區分。在整個系統中，所有的傳感器都通過數據線與制動器連接，而制動器則通過控制電源電路來控制電器。所有器件都通過同一條總線進行數據通信，傳感器發送命令數據，相應地址上的制動器就執行相應的功能。

此外，整個系統還可以通過預先設置控制參數來實現相應的系統功能，如組命令、邏輯順序、控制的調節任務等。同時所有的信號在總線上都是以串行異步傳輸的形式進行傳播，也就是說在任何時候，所有的總線設備總是同時接收到總線上的信息，只要總線上不再傳輸信息時，總線設備即可獨立決定將報文發送到總線上。KNX有三種結構：線形、樹形、和星形。

系統特色：

KNX既能用于最新的樓宇也能用于現有的樓宇，并且能用于住宅和樓宇控制中所有可能的功能/應用，包括：照明、多種安全系統的關閉控制、加熱、通風、空調、監控、報警、用水控制、能源管理、測量以及家居用具、音響及其他眾多領域。除此以外，KNX更舒適更安全，并且為節約能源和氣候保護作出了重大貢獻，但KNX總線的成本較高。值得一提的是KNX技術于2007年被批準為中國標準GB/Z20965。

LongWorks

LongWorks總線由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導。它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協議，采用面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質，通訊速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達2700m（78Kbit/s），被譽為通用控制網絡。到2010年時已有9千萬個設備使用LonWorks網絡技術。

系統特色：

LonWorks總線技術采用的LonTalk協議被封裝到Neuron神經元的芯片中，并得以實現。在智能家居領域，其最大的特點就是不像別的智能家居總線系統，必須有一個類似大腦的主機。LonWorks總線技術不需要主機，它采用的是神經元網絡。每個節點都是一個神經元，這些神經元連接到一起的時候就能協同工作，并不需要另外一個大腦來控制。所以安全性和穩定性較其他總線大大提高。LonWorks的實時性、處理大量數據的能力有些欠缺;其次，由于LonWorks依賴于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全開放性也受到一些質疑。

CAN總線期初是德國BOSCH公司于1983年為現在汽車應用領先推出的一種多主機局部網，屬于現場總線（FieldBus）的范疇，由于其高性能、高可靠性、實時性等等優點現在已廣泛應用于智能家居系統中。1993年11月，ISO正式頒布了控制器局域網CAN國際標準，為控制器局域網標準化、規范化推廣鋪平了道路。CAN總線協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。

采用這種方法的優點可使網絡內的節點個數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進制數組成，因此可以定義2或2個以上不同的數據塊。這種數據塊進行編碼的方式，還可使不同的節點同時接收到相同的數據，這一點在分布式控制系統中非常有用。

數據段長度最多為8個字節，可滿足通常工業領域中的控制命令、工作狀態及測試數據的一般要求。同時，8個字節不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。

系統特色：

CAN總線協議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性，CAN總線卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，已越來越受到各界的重視，并已公認為最有前途的總線之一。CAN總線與485具有相同的缺陷，不能連接樹狀總線，信號線要像有線電視一樣連接，它常常作為大系統的分支連線。

C-BUS總線

C-BUS系統由澳大利亞奇勝公司開發。C-BUS是一種以非屏蔽雙絞線作為總線載體，廣泛應用于建筑物內照明、空調、火災探測、出入口、安防等系統的綜合控制與綜合能量管理的智能化控制系統。C-BUS控制系統的核心是主控制器和總線連接器，主控制器存貯控制程序、實現模塊間總線通信及與編程計算機間的通信，通過控制總線采集各輸入單元信息、根據預先編制的程序控制所有輸出模塊;其RS-232標準接口用于與編程計算機的連接，在計算機上通過專用軟件進行編程、監控，當完成編程并下載至主控制器后，計算機僅作為監視，即C-BUS的運行完全不需要計算機的干預。

C-BUS控制系統以人居環境為主要服務對象，提供了多種接收外部指令的途徑，如控制按鍵、光傳感器、被動型紅外探測器、定時單元等。實際上C-BUS就是一個典型的基于計算機總線控制技術面向智能建筑需求的系統化控制產品，模塊的任意搭配使得系統設計十分靈活便利。家居用C-BUS產品的控制按鍵有一鍵、二鍵、四鍵三種產品，安裝方式與常用暗裝燈開關相同，可以對每一個鍵進行編程控制一路或多路負載，對于重要場所可采用多按鍵實現燈光場景控制，以適應不同工作對燈光系統的不同要求。

系統特色：

C-BUS是一個十分靈活的柔性控制系統，這是因為所有的輸入和輸出元件自帶微處理器且通過總線互聯，外部事件信息來自輸入元件，通過總線到達相應的輸出元件并按預先編好的程序控制所連接的負載。每一個元件都可以按照需求進行編程以適應任何使用場合，其靈活的編程可在不改變任何硬件連線的情況下非常方便地調整控制程序。作為系統的管理者，最好能掌握編程技能，這樣及時適應使用需求的變化。

SCS-BUS總線

SCS-BUS是指結構化布線/總線系統，是BTICINO公司獨創的自主的雙總線系統，性能穩定、反映速度高，能滿足各種智能家居功能需求，功能也是此行業最齊全的，是一個在歐洲占主導地位的樓宇自動化（BA）和家庭自動化（HA）標準。

SCS-BUS通訊協議遵循OSI開放式系統互聯參考模型模型，提供了OSI模型所定義的全部七層服務，這是其先進性之一。物理層和鍵路層明顯依賴于物理媒質的特性，SCS-BUS通過優化防沖突規定了帶有沖突檢測的載波偵聽多路存取（CSMA）以控制媒質接口;網絡層通過網絡協議控制信息（NPCI）控制跳躍擻;傳輸層的邏輯通訊關系包括一對多無連接即多終點組傳輸、一對所有無連接即廣播、一對一無連接、一對一導向連接，它提供了地址與抽象內部表達之間的映射通訊訪問標識等;通過預留的會話層和表示層，所有設備被明顯映射出來;應用層行使SCS-BUS網絡用戶/服務器管理的API（應用程序接口）功能，應用層對通訊對象組內部請求，或共享變量分配通訊訪問標識符，以完成收（一對多）和發（一對一）功能。

系統特色：

SCS-BUS通訊協議支持通訊介質分段組合的網絡，包括雙絞線、輸電線、無線頻率傳輸。SCS-BUS雙絞線自由拓撲結構成本較低，控制邏輯0的位級別沖突檢測提高傳輸的可靠性，每個雙粗絞線物理段可長達2000米;SCS輸電線運用新型擴展頻率調制技術，通過相應數量的匹配篩選，保證輸電線組地址傳輸的完整性和可靠性。

ModBus總線

ModBus是由現在施耐德電氣公司旗下品牌Modicon在1979年發明的，是全球第一個真正用于工業現場的總線協議。為更好地普及和推動ModBus在基于以太網上的分布式應用，目前施耐德公司已將ModBus協議的所有權移交給IDA（InterfaceforDistributedAutomation，分布式自動化接口）組織，并成立了ModBus-IDA組織，為ModBus今后的發展奠定了基礎。

ModBus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間或經由網絡，例如以太網和其它設備之間可以通信，它已經成為通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信。它描述了控制器請求訪問其它設備的過程，如何回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。當在Modbus網絡上通信時，此協議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用ModBus協議發出。在其它網絡上，包含了ModBus協議的消息轉換為在此網絡上使用的幀或包結構。這種轉換也擴展了根據具體的網絡解決節地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

系統特色：

標準、開放，用戶可以免費且放心地使用Modbus協議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產權。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產品超過600種。Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。Modbus的幀格式簡單、緊湊、通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發簡單。