Разработка информационной системы интеллектуального здания на примере музея-усадьбы Н.Е. Жуковского (стр. 2 из 3)

Возможности протокола X10 по управлению освещением и электроприборами:

дистанционно с радио и инфракрасных пультов управления передать сигнал управления в сеть;

удаленно с помощью телефона и через Интернет;

по временным сценариям с помощью программируемых таймеров;

по датчикам освещенности, движения и температуры.

С точки зрения логики организации сети X10 все устройства можно разбить на две большие группы:

КОНТРОЛЛЕРЫ - отвечают за генерацию команд X10 и, помимо ручного кнопочного управления, могут иметь встроенный таймер или специализированное устройство ввода внешнего воздействия (датчик освещенности, фотоприемник инфракрасного излучения от пульта дистанционного управления и т.д.).

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МОДУЛИ - выполняют команды, передаваемые тем или иным контроллером, управляют коммутацией электропитания бытового или осветительного прибора, играя роль «умного» выключателя.

Исполнительные модули также можно разделить на два типа:

Ламповые модули (lamp module) - конструктивно представляют собой тиристорные регуляторы мощности. Они обеспечивают, помимо функций включения и выключения, плавную регулировку яркости свечения электроламп.

Приборные модули (appliance module) - оснащены электромагнитным реле для включения или переключения питания, и не предназначены для плавной регулировки подаваемой на нагрузку мощности.

С функциональной точки зрения сеть Х10 включает следующие компоненты:

Передатчики - позволяют передавать специальные коды команд в формате Х10 по электросети. Такими устройствами являются: преобразователь (трансивер) радиосигналов в Х10, программируемые таймеры, посылающие сигналы Х10 в нужное время; компьютерные модули и контроллеры типа « LEOPARD », выполняющие заданные программы по управлению электроприборами; датчики температуры, освещенности, движения и др., которые при наступлении определенных событий посылают X10 сигналы, по сети 220 вольт, приемникам.

Приемники - принимают команды Х10 и выполняют их: включают или выключают свет, регулируют освещенность и т.д. На каждом приемнике имеются селекторы установки его адреса: 16 возможных кодов дома (А - P) и 16 возможных кодов модуля (1-16), то есть всего 256 различных адресов. Несколько приемников могут иметь тот же адрес, в этом случае они управляются одновременно.

Трансиверы - принимают сигналы от инфракрасных или радио пультов дистанционного управления и передают их в электросеть, преобразовав в формат Х10.

Пульты ДУ - по радио или ИК каналам через трансиверы обеспечивают дистанционное управление устройствами Х10 по сети 220 вольт. Наиболее удобны универсальные, обучаемые пульты ДУ, с их помощью можно управлять как по радиоканалу, устройствами Х10, так и по ИК каналу, стандартной аудио/видео аппаратурой.

Линейное оборудование - повторители/ретрансляторы сигналов, фильтры скачков напряжения или тока, противопомеховые фильтры, блокираторы сигналов. Эти устройства используются для повышения надежности и безотказности системы в целом. Хотя в простых системах возможно достижение прекрасных результатов и без использования этих средств, но производители рекомендуют подстраховаться.

Измерительное оборудование - используется для измерения уровней полезных сигналов Х10 и помех в электросети при выполнении монтажных и пуско-наладочных работ.

2.3. Технология передачи сигналов Х10

Х10 - протокол взаимодействия передатчиков и приемников, путем передачи и приема сигналов по силовым линиям (бытовая сеть электропитания). Этими сигналами являются ВЧ - импульсы, которые кодируют цифровую информацию.

Импульсы представляют собой пакеты переменного напряжения амплитудой 5В, частотой 120 КГц и длительностью 1 мс, что определяет бинарную единицу (единичный бит); бинарный ноль - отсутствие импульса. Передача импульсов синхронизирована с переходом переменного тока через нулевой уровень в пределах 200мкс интервала.

Единичный бит передается в виде трех импульсов с интервалом 3,33 мс (для сети с частотой напряжения 50 Гц), которые соответствуют по времени, нулям трех фаз трехфазной электрической сети (рис.1).

Рис. 1.

Для передачи команды Х10 требуется одиннадцать циклов (периодов) силового напряжения. Первые два цикла передают стартовый код, cледующие четыре цикла представляют код дома (с А по Р) и последние пять циклов передают код прибора (с 1 по 16) или код функции (ВКЛ, ВЫКЛ и т.д.), т.е. ключевой код.

Этот полный код ( стартовый код + код дома + ключевой код) всегда передается дважды непрерывным блоком. Между блоками разных команд всегда должен быть перерыв в три цикла силового напряжения.

Исключением из этого правила являются блоки команд ЯРЧЕ/ТЕМНЕЕ, которые передаются последовательно (минимум два блока) без задержек (рис. 2).

Рис. 2.

Внутри каждого блока, код дома и ключевой код должны передаваться с дополняющими до единицы кодами в смежных полупериодах силового напряжения. Например, если единичный импульс передан в первой половине периода, то во второй не должно быть никакого сигнала (нулевой бит) (рис. 3).

Рис. 3.

Таблица (рис.4) показывает возможные значения кода дома и ключевого кода и их двоичные представления.

Рис. 4.

Стартовый код - это уникальный код, всегда равный 1110 и не имеющий дополняющих бит в смежных полупериодах, т.е. значащие биты передаются на каждый переход силового напряжения через нуль.

[1] HAIL запрос (запрос-приветствие) передается для нахождения передатчиков в зоне покрытия. Это позволяет выставить различные коды домов в случае получения ответа Hail Acknowledge.

[2] В коде функции Pre-Set Dim, бит D8 вместе с четырьмя битами кода дома составляет блок из 5 бит {D8H8H4H2H1}, определяющий абсолютный уровень диммера.

[3] Функция Extended Data (дополнительные данные) предшествует последовательности байт (8 бит) произвольной длины, которые представляют аналоговые данные после аналогово-цифрового преобразования.

Код функции и байты данных передаются непрерывно, без пауз. Первый байт данных может указывать на количество байт в последовательности. Если при передаче в последовательности байт допущены паузы, то модуль - приемник может выполнить ошибочную операцию.

Функция Extended Code эквивалентна Extended Data: последовательность байт (без пауз), которые представляют дополнительные коды. Это позволяет разработчикам использовать больше 256 имеющихся кодов.

Первые 16 из ключевых кодов определяют номер модуля, который в дальнейшем будет принимать и выполнять команды (ВКЛ, ВЫКЛ, ЯРЧЕ, ТЕМНЕЕ) до переопределения управляемого модуля.

Бит D16 называется «функциональным битом», если он равен 1, то передается функция, иначе код модуля.

2.4. Недостатки протокола Х10 и борьба с ними

Низкая скорость передачи информации

Передача импульсов синхронизирована с переходом через ноль напряжения электросети, например, команда «ВКЛ», содержащая 94 бита, займет 47 циклов силового напряжения или 0,94 сек. (почти секунда!). Но если после этого послать команду «ВЫКЛ» на этот же модуль, то она выполнится в два раза быстрее, т.к. не надо передавать код устройства.

Низкая помехозащищенность

X10 использует амплитудную модуляцию, поэтому помехи в электросети легко могут «забить» полезный сигнал.

Основные источники помех в электросети - электродвигатели (холодильник, стиральная машина, электродрель и т.п.) и приборы с тиристорными регуляторами (кроме устройств Х10).

Помехоподавляющие конденсаторы электробытовых приборов также могут фильтровать высокочастотный 120КГц сигнал X10.

Для преодоления проблем с помехозащищенностью необходимо соблюдать следующие рекомендации:

устанавливать фильтры (типа FD10) на вводе в объект;

все устройства, могущие создать помехи в электросети (электродвигатели; устройства, содержащие тиристорные регуляторы, кроме Х10) включать в сеть только через дополнительные фильтры (типа FM10);

по возможности избегать кратковременных (длительностью менее 20 сек) отключений напряжения электросети;

электросварочные и подобные работы производить от фаз, к которым не подключены устройства Х10.

Без выполнения этих рекомендаций сеть X10 тоже работать будет, но иногда возможны неожиданные неприятные эффекты.

Проблема ложного срабатывания

Ложные срабатывания от помех в электросети, вызванных бытовыми электроприборами маловероятны. Более вероятны ложные срабатывания, если, например, два устройства Х10 одновременно подают в электрическую сеть свои управляющие сигналы. Так как проблема «столкновений» в протоколе Х10 практически никак не решена, то такие ситуации возможны. Хотя вероятность таких коллизий и мала (длительность одной посылки управляющих сигналов порядка одной секунды), но ненулевая. Преодолеть эту проблему, не меняя сам протокол Х10, невозможно. Просто следует иметь в виду, что, когда в доме работают два или более передатчика управляющих сигналов Х10, такие ситуации возможны, и уменьшать их вероятность путем организационных, а не технических решений.

Отсутствие обратной связи приемника с передатчиком

В X10 нет сигналов квитирования (квитков), которые бы подтверждали принятие и исполнение приемниками команд от передатчиков. Хотя команды повторяются дважды, существует вероятность того, что если помехи электросети «съедят» сигнал, то ожидаемого действия не произойдет. В современных модулях существует возможность запрашивать статус модуля, тем самым контролировать выполнение команд.

Возможны конфликты устройств X10 разных производителей

Изначальное несовершенство протокола Х10 потребовало внесения в него различных дополнений. Одно из таких дополнений - extended codes (расширенные или дополнительные коды). В силу того, что каждый производитель разрабатывал эти коды самостоятельно, устройства разных фирм-изготовителей не всегда корректно ретранслируют и выполняют управляющие сигналы, передаваемые устройствами других фирм.