ABB(中國(guó))有限公司 殷俊

智能家居與樓宇對(duì)講的融合

ABB(中國(guó))有限公司 殷俊

本文介紹了樓宇對(duì)講系統(tǒng)的最新趨勢(shì),與智能家居的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),并簡(jiǎn)述了ABB i-bus?智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn),作為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)融合的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)KNX及TCP/IP傳輸技術(shù)做了相應(yīng)的介紹。

ABB i-bus?；智能家居；樓宇對(duì)講；KNX；TCP/IP

1 引言

時(shí)至今日，樓宇對(duì)講已是現(xiàn)代住宅建筑中不可或缺的角色，幾乎每棟住宅都會(huì)安裝。經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，對(duì)講產(chǎn)品從過(guò)去簡(jiǎn)單的通話、開(kāi)鎖等安防功能發(fā)展到后來(lái)有了簡(jiǎn)單的信息發(fā)布、防盜報(bào)警等功能，從黑白可視對(duì)講發(fā)展到彩色可視對(duì)講，從模擬技術(shù)到今天基于TCP/IP傳輸?shù)娜珨?shù)字技術(shù)，進(jìn)步非常迅速。

樓宇對(duì)講滿足基本的安全需求，而智能家居則是“錦上添花”的高端家庭自動(dòng)化需求，二者并無(wú)直接關(guān)聯(lián)。而當(dāng)樓宇對(duì)講系統(tǒng)逐漸集成了報(bào)警、門(mén)禁、信息管理等功能，并與管理平臺(tái)發(fā)生聯(lián)系之后，樓宇對(duì)講系統(tǒng)就開(kāi)始與智能家居融合起來(lái)。傳統(tǒng)的對(duì)講行業(yè)與智能家居行業(yè)的市場(chǎng)區(qū)隔顯現(xiàn)出日漸模糊的趨勢(shì)，雙方在產(chǎn)品和市場(chǎng)方面開(kāi)始出現(xiàn)交叉和互相滲透。

隨著房?jī)r(jià)的提升及住宅精裝修的普及，智能家居在國(guó)內(nèi)各大城市高端樓盤(pán)開(kāi)始布局。當(dāng)一個(gè)家庭同時(shí)需要樓宇對(duì)講與智能家居兩套獨(dú)立的系統(tǒng)時(shí)，尷尬出現(xiàn)了：兩個(gè)不同廠家，設(shè)計(jì)風(fēng)格迥異的終端控制屏擺在了我們的面前，影響了裝修效果，增加了裝修成本，智能化變成了復(fù)雜化，樓宇對(duì)講與智能家居的完美融合成為一種向往。

作為全球電力與自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，ABB同樣引領(lǐng)著智能家居行業(yè)的發(fā)展方向，致力于打造更為完善的智能家居整體解決方案，開(kāi)創(chuàng)性的在全數(shù)字化對(duì)講的平臺(tái)上將二者融合，將對(duì)講室內(nèi)機(jī)打造成一個(gè)由家庭安防、遠(yuǎn)程控制、家庭自動(dòng)化、家庭娛樂(lè)、社區(qū)服務(wù)組成的家庭綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了“一個(gè)家庭，一個(gè)品牌，一個(gè)智能控制終端”的革命性飛躍！

2 ABB i-bus?智能家居

傳統(tǒng)的一開(kāi)一關(guān)的控制方式，制約了現(xiàn)代人快節(jié)奏的生活方式。曾幾何時(shí)，智能家居只存在于科幻電影，只存在于人類(lèi)對(duì)于未來(lái)生活的美好幻想之中，只是比爾·蓋茨這類(lèi)頂級(jí)富豪的專(zhuān)屬。而今隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、電子消費(fèi)、通訊產(chǎn)品正在走向家庭生活，現(xiàn)代家庭也越來(lái)越注重生活理念、品質(zhì)；數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的電子產(chǎn)品逐漸成為家庭生活休閑的新潮流。多年來(lái)ABB一直致力于為人們提供一個(gè)舒適、環(huán)保、智能的家居環(huán)境和居家空間，有機(jī)地融合人文、藝術(shù)、科技與時(shí)尚，引導(dǎo)成功人士的生活方式，讓人們?cè)谙硎芷焚|(zhì)生活的同時(shí)，擁有一個(gè)彰顯個(gè)性、釋放自我的空間。

正如全球電子產(chǎn)品領(lǐng)導(dǎo)品牌“蘋(píng)果”旗下的iPhone、iPad、iPod一樣，ABB將自己的智能家居系統(tǒng)命名為“i-bus?”。擁有了ABB i-bus?智能家居，原來(lái)可以這樣生活！你想過(guò)嗎？坐在沙發(fā)上就可以控制家里所有的燈光并且可以自由調(diào)節(jié)燈光的亮度。外出之前只要按一個(gè)鍵就可以關(guān)上所有的燈光、關(guān)閉不必要的電器設(shè)備。躺在床上就可以對(duì)兒童房的燈光、插座、窗簾進(jìn)行管理；不必下樓就能為客人開(kāi)門(mén)；每天晚上所有的窗簾都會(huì)定時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；打個(gè)電話家中的安全設(shè)備和家用電器的控制就盡在掌握……

步入夢(mèng)想家園開(kāi)啟房門(mén)的一瞬間，只需輕觸室內(nèi)機(jī)彩色屏幕，冷暖相宜的溫度首先送來(lái)溫馨的問(wèn)候，簾幕徐徐落下，燈光明暗適中，恰到好處，浪漫優(yōu)雅的音樂(lè)飄至耳畔，ABB i-bus?系統(tǒng)將隨時(shí)以最佳狀態(tài)恭候主人的歸來(lái)。

清晨6點(diǎn)30分，電動(dòng)窗簾徐徐開(kāi)啟，清晨第一縷陽(yáng)光透過(guò)紗簾，柔和的光線和輕柔的音樂(lè)把您從夢(mèng)中慢慢喚醒，您已經(jīng)習(xí)慣在起床之前的片刻享受一下窗外靜謐的美景。

家庭舞會(huì)時(shí)，只要輕觸舞會(huì)模式按鈕，燈光將自動(dòng)調(diào)到柔和狀態(tài)，空調(diào)自動(dòng)置為舒適模式，音響開(kāi)啟，播放您最喜歡的曲子營(yíng)造一種幽雅、舒適的娛樂(lè)環(huán)境。

看電視時(shí)，客廳燈光變暗，窗簾緩緩拉上，其他房間的燈光關(guān)閉。場(chǎng)景模式的變化可以隨意設(shè)定，充分發(fā)揮自己豐富的想象力，創(chuàng)造一種夢(mèng)幻般的環(huán)境，它會(huì)給您帶來(lái)更大的樂(lè)趣和舒適。

小憩一會(huì)，只要按動(dòng)一個(gè)鍵，轉(zhuǎn)入書(shū)房休息模式，燈光將由明亮漸漸的轉(zhuǎn)入昏暗，您就可以舒舒服服地睡上一覺(jué)了......[1]

圖1 ABB “i-bus”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 ABB “i-bus”系統(tǒng)功能

3 KNX總線概述

ABB i-bus?智能家居系統(tǒng)是ABB公司基于KNX平臺(tái)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的一套現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，一根線即可實(shí)現(xiàn)所有的智能家居控制功能，如圖1、圖2所示。作為系統(tǒng)中的核心技術(shù)，KNX是樓宇和住宅控制領(lǐng)域唯一的開(kāi)放性的全球標(biāo)準(zhǔn)，符合中國(guó)國(guó)標(biāo)（GB/ T20965-2013）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC14543-3）、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) (ANSI/ ASHRAE 135)及歐洲標(biāo)準(zhǔn)（CENELEC EN 50090 和CEN EN 13321-1），已廣泛應(yīng)用于公共建筑及住宅中。

KNX傳輸技術(shù)特點(diǎn)：

KNX是一個(gè)基于事件控制的分布式總線系統(tǒng)。系統(tǒng)采用串行數(shù)據(jù)通訊進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)和狀態(tài)報(bào)告。所有總線裝置均通過(guò)共享的串行傳輸連接（即總線）相互交換信息。數(shù)據(jù)傳輸按照總線協(xié)議所確定的規(guī)則進(jìn)行。需發(fā)送的信息先打包形成標(biāo)準(zhǔn)傳輸格式（即報(bào)文），然后通過(guò)總線從一個(gè)傳感裝置（命令發(fā)送者）傳送到一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行裝置（命令接收者）。KNX傳輸介質(zhì)主要是雙絞線，比特率為9600bit/s。

KNX的數(shù)據(jù)傳輸和總線裝置的電源（DC 24V）共用一條電纜。報(bào)文調(diào)制在直流信號(hào)上。一個(gè)報(bào)文中的單個(gè)數(shù)據(jù)是異步傳輸?shù)模麄€(gè)報(bào)文作為一個(gè)整體是通過(guò)增加起始位和停止位同步傳輸?shù)摹?/p>

異步傳輸作為共享通訊物理介質(zhì)的總線的訪問(wèn)需要訪問(wèn)控制，KNX采用CSMA/CA（避免碰撞的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議），CSMA/CA協(xié)議保證對(duì)總線的訪問(wèn)在不降低傳輸速率的同時(shí)不發(fā)生碰撞。

雖然所有總線裝置都在偵聽(tīng)并報(bào)文的傳輸，但只有具體相應(yīng)地址的裝置才作出響應(yīng)。為了發(fā)送報(bào)文，總線裝置必需首先偵聽(tīng)總線，等待其他總線裝置正在發(fā)送報(bào)文完畢（這稱(chēng)為載波偵聽(tīng)Carrier Sense)。一旦總線空閑，從理論上說(shuō)，每個(gè)總線裝置都可以啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程（這個(gè)稱(chēng)為多路訪問(wèn)Multiple Access)。

如果兩個(gè)總線裝置同時(shí)開(kāi)始發(fā)送，具有高優(yōu)先級(jí)的總線裝置無(wú)需延遲可繼續(xù)傳送（這稱(chēng)為碰撞避免Collision Avoidance）。同時(shí)低優(yōu)先級(jí)的總線裝置中止傳送，等待下次再試，如果兩者具有相同的優(yōu)先級(jí)，那么物理地址較低的可以?xún)?yōu)先。

如圖3所示，KNX 技術(shù)的通信模型采用五層結(jié)構(gòu)：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。KNX 物理層支持TP1（雙絞線）、PL110（電力線）、RF(射頻) 和Ethernet（以太網(wǎng)），其中TP1 介質(zhì)應(yīng)用最多。數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)總線設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，并解決網(wǎng)絡(luò)中的通信沖突問(wèn)題。對(duì)于小KNX系統(tǒng)中的總線設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)層的功能很少，只是完成了傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層的通信映射功能。大型KNX系統(tǒng)中有耦合器類(lèi)產(chǎn)品，作用是在網(wǎng)絡(luò)層完成路由功能和跳數(shù)(hop)控制功能。傳輸層完成設(shè)備之間的傳輸，有四種傳輸模式：點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)連接，點(diǎn)到點(diǎn)有連接，廣播和多播。

圖3 KNX通信模型

4 TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介

TCP/IP的全稱(chēng)是Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)，中譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP/IP 定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。協(xié)議采用了4層的層級(jí)結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的協(xié)議來(lái)完成自己的需求。通俗而言，TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯?wèn)題，一有問(wèn)題就發(fā)出信號(hào)，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?。而IP是給因特網(wǎng)的每一臺(tái)電腦規(guī)定一個(gè)地址。

隨著Internet的飛速發(fā)展，這個(gè)當(dāng)今最大的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的成功，足以證明TCP/IP是發(fā)展至今最成功的通信協(xié)議之一。

5 TCP/IP在樓宇對(duì)講系統(tǒng)中的應(yīng)用

最早的樓宇對(duì)講功能單一，只有單元對(duì)講功能，在80年代末，系統(tǒng)僅采用發(fā)碼、解碼電路或RS-485進(jìn)行小區(qū)域單個(gè)建筑物內(nèi)的通訊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)小區(qū)內(nèi)大面積組網(wǎng)。90年代初，出現(xiàn)了采用單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，如CAN以及用RS-485技術(shù)實(shí)現(xiàn)的總線等。采用這種技術(shù)可以把小區(qū)內(nèi)各種分散的系統(tǒng)互聯(lián)組網(wǎng)、統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而構(gòu)成一個(gè)相對(duì)較大的區(qū)域系統(tǒng)，但也存在著抗干擾能力差、占線、功能單一、升級(jí)困難、系統(tǒng)維護(hù)困難等弱點(diǎn)。隨著復(fù)雜、大規(guī)模及超大規(guī)模小區(qū)組網(wǎng)需求的出現(xiàn)，以往的技術(shù)已捉襟見(jiàn)肘，而用于復(fù)雜、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP技術(shù)進(jìn)入樓宇勢(shì)在必行，它的優(yōu)點(diǎn)很明顯：大規(guī)模組網(wǎng)；信號(hào)語(yǔ)音圖像通過(guò)網(wǎng)線傳輸，施工簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、永不占線；接口標(biāo)準(zhǔn)；一系列的增值應(yīng)用。[3]

隨著TCP/IP技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬安防監(jiān)控系統(tǒng)也開(kāi)始向基于TCP/IP的數(shù)字化安防融合技術(shù)轉(zhuǎn)變。首先，基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)視頻能夠更好地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)視頻流的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，這是IP化的一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)；其次，基于無(wú)線的信號(hào)接收省卻了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控的布線過(guò)程；第三，圖象采集的多元化也成為可能。

6 KNX與TCP/IP的融合

可以說(shuō)，TCP/IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，是智能化小區(qū)各子系統(tǒng)集成的關(guān)鍵，也是樓宇對(duì)講室內(nèi)分機(jī)融入智能家居成為控制終端的關(guān)鍵。其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力及上百兆的帶寬，使得小區(qū)實(shí)現(xiàn)多通道變得十分簡(jiǎn)單，即使有再多的門(mén)口主機(jī)同時(shí)使用也不會(huì)出現(xiàn)通道堵塞、占線等情況，這也是傳統(tǒng)模擬對(duì)講產(chǎn)品一直存在的問(wèn)題。

如果沒(méi)有TCP/IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，傳統(tǒng)的模擬室內(nèi)分機(jī)很難融入智能家居，智能家居與樓宇對(duì)講的聯(lián)動(dòng)也將面臨更多的問(wèn)題。所以說(shuō)，TCP/IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及，直接影響到室內(nèi)分機(jī)在智能家居中的地位，決定了室內(nèi)分機(jī)是否能夠真正取代專(zhuān)業(yè)智能家居控制界面，成功融入智能家居。

而KNX作為全球住宅和控制領(lǐng)域唯一的全球標(biāo)準(zhǔn)，其最大的優(yōu)點(diǎn)就在于系統(tǒng)的開(kāi)放性，能與TCP/IP、RS-485、LonWorks、BACnet等主流通訊協(xié)議對(duì)接。通過(guò)KNX/IP的通訊網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，KNX總線中的組地址，如圖4所示。

7 結(jié)語(yǔ)

KNX已被批準(zhǔn)為中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20965-2013《控制網(wǎng)絡(luò)HBES技術(shù)規(guī)范-住宅和樓宇控制系統(tǒng)》，奠定了其在國(guó)內(nèi)智能家居行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)性地位，而TCP/IP是發(fā)展至今最為成功的通信協(xié)議，被應(yīng)用于當(dāng)今最大的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)Internet之上就是其成功的證明。隨著KNX與TCP/IP技術(shù)的融合，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手、雙劍合璧，傳統(tǒng)意義的樓宇對(duì)講系統(tǒng)及智能家居系統(tǒng)將被重新定義，兩者的界限也將越來(lái)越模糊，室內(nèi)機(jī)將成為兩套系統(tǒng)間的橋梁。

對(duì)講的數(shù)字化從根本上突破了對(duì)講系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸，使得智能家居與之結(jié)合成為可能。而對(duì)講與智能家居系統(tǒng)的結(jié)合又進(jìn)一步提高對(duì)講系統(tǒng)的增值空間，系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比也得到了提高，從而使新系統(tǒng)的推廣應(yīng)用更加廣泛。

[1] ABB. ABB i - bus智能家居應(yīng)用方案[Z].

[2] 同濟(jì)大學(xué)KNX培訓(xùn)中心. KNX安裝總線技術(shù) - 第三版[M].

[3] 梅肖虎. 基于TCP/IP的智能小區(qū)解決方案[J]. 中國(guó)公共安全, 2006, 05B.

殷俊（1985-）,男，湖北孝感人，本科，助理工程師，現(xiàn)就職于ABB（中國(guó)）有限公司武漢分公司。