摘要： 從電力線載波類、無線射頻類、總線類三種按傳輸介質分類的協議，分析智能家居網絡技術，重點闡述分析了電力線載波類的x10協議、PLCBUS協議以及兩協議在智能家居網絡中的應用，認為基于電力線載波技術組成智能家居控制網絡具有廣闊的發展前景。

　　智能家居系統具有安全、方便、高效、快捷、智能化、個性化的特征。它是利用多種通訊手段將家庭中的各種設備有機地連接在一起。電力線載波以電力線路為傳輸通道，通過載波方式將信號進行高速傳輸，是一種不需要線路投資的通信方式。在智能家居網絡技術中，基于電力線載波技術的X10協議及PLCBUS協議有廣泛的應用。筆者對X10和PLCBUS協議及兩協議在組成智能家居控制網絡中的優勢進行了詳細分析。

　　1 智能家居概述

　　智能家居，或稱智能住宅（ SmartHome， intelligent home），是指利用先進的計算機技術、網絡通信技術、綜合布線技術，將與家居生活有關的各種子系統（家庭各種信息設備、自動化設備、家用電器、安防裝置、能源設備、環境監測設施等）通過一定的通訊技術有機地結合在一起，形成一個家庭智能化系統，通過監視、控制和管理，讓家居生活更加舒適、安全、經濟、有效。與普通家居相比，由原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通。智能家居強調人的主觀能動性，重視人與居住環境的協調。

　　智能家居總體結構分為3層： 應用層、家庭網絡層、物理介質層。應用層包含家庭自動化、網絡家電、信息家電； 家庭網絡層包含控制網絡、數據網絡、音視頻網絡； 物理介質層是各種傳輸媒質，如： 電力線、雙絞線、光纖、電話線、無線等。

　　家庭自動化包括環境控制、照明控制、安防控制、能源控制、內部監視等多個方面，是智能家居的主要內容； 網絡家電通常是指增加通訊功能的傳統家電； 信息家電是新興的數字化家庭設施，如計算機、機頂盒、游戲設備、數字電話等。家庭網絡一般就是將家庭各子系統連接在一起的網絡，是各部分相互通訊協同工作的基礎，主要實現對家庭自動化設備控制、數據通訊、對外連接功能。

　　2 家庭網絡的控制部分- - 智能家居的核心

　　家庭網絡是實現住宅的智能化、信息化的基本必需平臺。家庭網絡是在家庭范圍內（可擴展至鄰居、小區）將PC、家電、安全系統、照明系統和廣域網相連接的一種新技術，是將所有的家庭電氣設施聯結成一個整體網絡，使每個家用電器成為整體中的一個成員； 按照一定的通信協議，實現控制和調節。

　　網絡應該容納安全、照明、環境、能源管理、公用設施（水、電、煤氣等）、計算機和娛樂等一系列家電和電器設施，具有自動調節、資源共享等功能。

　　家庭網絡從技術上要完成3個方面信息鏈路的實現，第一，提供寬帶的信息接口； 第二，提供家庭內部的通信，資源共享； 第三，為家庭設備控制網絡提供信息鏈接。前兩項的通訊對數據流量和數據延遲的要求較高，第3項對數據流量和數據延遲的要求較低。而通過家庭網絡對家電、智能化的保安監控系統、燈光、能源、住宅環境等系統的監視和控制，最能夠滿足用戶的直接需求，不僅是智能家居的直接表現，同時也是智能家居的核心內容。在家庭網絡中具有上述控制監視功能的部分可稱為家庭網絡的控制部分。

　　3 家庭網絡控制部分的應用技術

　　家庭網絡的控制部分可以通過多種媒質，按照物理實現的方式分為有線和無線兩大類。有線方案主要包括： 總線制，電力線載波等； 無線方案主要包括： 紅外線連接，無線電連接、RF技術連接和基于PC的無線連接等。

　　3. 1 集中布線技術（總線制）

　　單獨布設家庭網絡線路，利用弱電控制線來實現對家電或燈光的控制及信息傳輸，以前主要應用于樓宇智能化控制，因為單獨布線，所以信號最穩定，適合于樓宇和小區智能化等大區域范圍的控制，現部分應用于別墅智能化，但一般設置安裝比較復雜，造價較高，工期較長，只適用新裝修用戶。

　　3. 2 無線射頻（Home RF）技術

　　利用點對點的射頻技術，實現對家電和燈光的控制，安裝設置都比較方便，主要應用于實現對某些特定電器或燈光的控制，但系統功能比較弱，控制方式比較單一，且易受周圍無線設備環境及阻礙物干擾； 適用于新裝修戶和已裝修戶。

　　3. 3 電力載波

　　主要利用家庭內部現有的電力線傳輸控制信號，從而實現對家電和燈光的控制和管理，安裝設置比較簡單，很多設備都是即插即用，可以隨意按需選配產品，而且可以不斷智能化升級，功能相對比較強大而且實用，價格適中，比較適合大眾化消費，技術非常成熟，已有25年左右的歷史，適用于新裝修戶和已裝修戶，是比較健康、安全、環保的智能家居技術。

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　　4 電力載波技術具體分析

　　由于家庭網絡承擔的協議和功能較多，采用單一網絡難以完成，一般是以一種通訊技術為主，其他通訊技術為補充。當前的家庭網絡控制的主要功能是： 實現照明控制、安防控制、環境控制、能源控制、遠程通訊等功能，控制信號的傳輸和反饋要求帶寬低，對延時不敏感，以電力載波通訊技術作為主要通訊手段可快速實現對上述方面的全方位控制，并可實現遠程通訊管理，同時具有其他兩種通訊介質不可比擬的優勢。

　　4. 1 X10協議

　　X10協議是由英國PICO E lectronics公司的工程師在20世紀70年代后期開發并獲得專利的，X10系統由三部分組成，即發射器、接收器和系統保障設備。發射器通過電力線發射控制信號給接收器，由接收器對被控器件進行遠程控制。X10信號根據電力線信號正負過零點處120 kHz脈沖信號出現與否來進行傳輸。利用該電力線網絡做載體傳輸控制信號，將120 kH z的編碼信號加載到60H z（我國是50H z）的電力線上，有載波信號表示數據“1”， 無載波信號表示數據“ 0” （在正弦波的0 相位處有120 kH z脈沖群，并且緊隨其后的？？相位處無脈沖群則表示“ 1”信號，如果在正弦波的0相位處沒有脈沖群，并且緊隨其后的？？相位處有脈沖群則表示“ 0”信號） ， 如圖1所示。

　　由發射設備將X10信號發送給接收器，而每個接收設備都預先設定了一個地址碼。地址碼是由房間碼（A ~ P）和單元碼（ 1~ 16）組成，有了X10電力線載波通信協議，家里所有接到電力線上的設備幾乎都能控制。系統保障設備主要是由于電力線干擾問題，用來檢測和解決電力線噪音問題的一些設備，主要目的是保障X10信號在電力線上傳輸的穩定與有效強度，從而保障X10系統運作正常。

　　X10 系統的突出優點：

　　①安裝方便（采用電力線介質通訊，無需另布線）； ②操作簡單（只需要用戶在撥號盤上設置地址即可）；③價廉物美，經濟實用；④使用簡便、控制靈活；⑤按需選配，升級空間大（系統沒有主機、中心總控制臺，組建系統就像搭積木，可以按照用戶的需要量體裁衣選配產品，它可以不斷擴展升級的特點可以讓用戶分階段的將系統的功能完善，不斷提升生活的檔次）；⑥與現有的系統兼容性比較好，互不沖突；⑦ 標準協議，高級控制： X10是一個開放、標準的協議，可以和很多高級設備接入，實現更高級的智能家居控制方式。

　　X10技術也存在致命的缺點： 傳送數據的速率慢，其尋址能力弱，傳輸介質單一。

　　圖1 載波信號示意圖

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　　4. 2 PLCBUS協議

　　由于X10技術在現代智能家居領域發展的局限性，針對其傳輸距離短、抗干擾能力、雙向通訊可行性差、地址少等缺點，開發了具有代表性的PLCBUS技術。PLCBUS技術是近幾年發展起來的一種電力載波通訊技術，英文名稱叫做Pulse PositionModulation （ PPM） 脈沖相位調制法。它利用電力線的正弦波作為同步信號，在4個固定的時序中發送瞬間電脈沖傳遞信號。系統主要由三部分組成，即發射器、接收器和系統配套設備。發射器主要作用是通過電力線發射PLCBUS控制信號給接收器，通過對接收器的控制，從而達到間接控制燈及電器設備的目的。接收器主要作用是接收來自電力線的PLCBU S控制信號，并執行相關控制命令，從而達到燈及電器控制的目的。由于PLCBUS的PPM 通訊方式的特殊性，PLCBUS的接收器可以很輕松簡單的還原出PLCBUS 的編碼。系統配套設備主要是為了配合發射器及接收器設備，輔助實現控制目的。

　　PLCBUS信號是通過給一個電容進行高壓充電，然后在一個很精確的時間里將電容的電量釋放到電力線上。這種快速的電容放電會在電力線上產生一個瞬間的能量脈沖，因而PLCBUS信號可以傳遞得很遠。

　　每半個50H z的正弦波周期可以傳遞一個PLCBUS脈沖信號，PLCBUS脈沖信號總是出現在半個正弦周期里的4個固定位置中的一個位置。每個位置可以搭載2 b的信息，因此在50Hz的電力線上，1 s可以傳輸200 b的數據。PLCBUS脈沖信號正好處于電力線半波的后半個周期，因為后半個周期處于能量下降區域，在這個區域的電力線噪音要比前半個周期小很多，而X10處于前半個周期。如圖2所示。

　　圖2 PLCBUS 脈沖信號

　　PLCBUS技術的優點：①高度可靠，萬無一失。PLCBUS技術采用新的電力線加載技術，利用低頻、廣譜技術產生一種非常超強的電力通信信號，使其具有強抗干擾性； 它的通信方式要可靠得多，通常在信號收發的傳輸中，PLCBUS技術接收到的比率是X10技術的100~ 1 000倍；②超級速度，即控即現。

　　PLCBUS的信號傳輸速度是X10技術的20~ 40倍。這相當于每秒鐘可完成10個完整指令，平均每條指令從發射到執行在0. 1 s之內，幾乎是即控即現；③雙向通信，狀態反饋。雙向通信的功能，能讓被控制設備真實反饋開關狀態信號，以便確定控制命令是否真正被正確執行。PLCBUS技術100% 雙向通信功能，也可實現多種設置方式和用電腦來進行控制；④ 地址豐富；⑤傳輸距離遠。

　　PLCBUS技術設備可以與X10， CEBus， 和LonW orks設備兼容，完全不會產生任何信號沖突。它采用了與寬帶、窄頻和擴頻技術完全不同的頻率范圍。并且PLCBUS技術的通信方式與X10， CEBus， Lon-W orks的調制解調技術也完全不同。而且，只要安裝了X10與PLCBUS信號轉換器，就能輕松實現X10系統與PLCBUS系統的相互通信與控制。

　　5 結 論

　　X10和PLCBUS是利用電力線載波通訊技術針對智能家居開發的通訊協議，具有造價低廉，簡單穩定的特點，其通訊速率作為智能家居的控制網絡部分，傳送動作或者指令已經足夠，可全面實現家庭自動化。X10和PLCBU S協議各有特點，采用此類通訊方式的智能家居產品具有廣闊的市場前景。