基于KNX總線(xiàn)的智能家居控制系統(tǒng)

任洪海

摘 要：如今，智能家居成為了一個(gè)熱詞，我們?cè)谏钪薪?jīng)常聽(tīng)到有人說(shuō)買(mǎi)了很多智能設(shè)備、智能電氣，或者看到有人買(mǎi)小米的智能電器和配合小愛(ài)音箱進(jìn)行隨時(shí)隨地的控制，但是什么是智能家居，有人說(shuō)能夠解放雙手，通過(guò)語(yǔ)音控制設(shè)備就是智能家居，也有人說(shuō)智能燈或者智能開(kāi)關(guān)就是智能家居，甚至有人把背景音樂(lè)當(dāng)做智能家居。

智能家居其實(shí)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)技術(shù)，結(jié)合人體工程學(xué)加上一些定制化的需求，將家庭中各個(gè)組成部分進(jìn)行智能化的控制，比如：燈的控制、窗簾的控制、紅外報(bào)警的控制、家用電器的控制等。從而實(shí)現(xiàn)“智能控制”的全新居家體驗(yàn)。

本文以 KNX 總線(xiàn)技術(shù)作為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究KNX應(yīng)用在在哪些方面，在不同的地方所起到的作用，改變?cè)械目刂品绞?，?jié)省時(shí)間、布線(xiàn)簡(jiǎn)單，在給用戶(hù)提供需求的時(shí)候節(jié)約資源。

關(guān)鍵詞：智能家居;KNX;控制系統(tǒng)

1.引言：

在智能家居中，最重要也是最核心的就是中央處理系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)的集成能力，它可以將我們的窗簾模塊、燈光模塊、安防模塊、音樂(lè)模塊等完美的結(jié)合在一起。在這個(gè)過(guò)程中就需要制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要由系統(tǒng)的開(kāi)放性決定的。也就是說(shuō)需要找到一個(gè)大家都認(rèn)可的語(yǔ)言環(huán)境，在這個(gè)語(yǔ)言下進(jìn)行控制，這就是控制協(xié)議。我們?cè)趯W(xué)習(xí)自動(dòng)控制技術(shù)中學(xué)到“現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)”，我們稱(chēng)之為 Field Bus。這種自動(dòng)的控制技術(shù)需要將智能的控制要求進(jìn)行“本地化”“模塊化”，從而使得各個(gè)控制器和傳感器之間都有各自獨(dú)立的運(yùn)算處理能力，有中樞系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)配，從而達(dá)到最佳的控制要求。

2.KNX系統(tǒng)

（1）KNX系統(tǒng)簡(jiǎn)介

KNX 總線(xiàn)是在應(yīng)用的領(lǐng)域以及供應(yīng)商以外獨(dú)立存在的。我們將所有需要控制的設(shè)備與KNX總線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)（主要是射頻、電力線(xiàn)等介質(zhì)），總線(xiàn)的設(shè)備既包括傳感器還包括控制器，可以用來(lái)控制智能家居中的燈、窗簾、家用電器、報(bào)警系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備。

KNX是唯一的全球公認(rèn)的控制準(zhǔn)則。在該系統(tǒng)下，系統(tǒng)整個(gè)允可以有15個(gè)區(qū)域，也就是有15條總線(xiàn)區(qū)域，而每個(gè)區(qū)域的總線(xiàn)還可以連接15條的總線(xiàn)，這15條總線(xiàn)都可以連接不同的設(shè)備，彼此既有不同又有聯(lián)系，每個(gè)設(shè)備是通過(guò)變壓器來(lái)提供電力，通過(guò)不同的隔離器來(lái)分開(kāi)。每個(gè)設(shè)備都有各自的物理地址，通過(guò)總線(xiàn)進(jìn)行通訊，可以由控制器或者傳感器來(lái)傳遞命令，傳遞給不同的物理地址，從而傳遞給需要控制的設(shè)備上。

（2）KNX 的發(fā)展

a? 已安裝數(shù)百萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品。

b已注冊(cè) KNX 和獲得認(rèn)證的產(chǎn)品數(shù)達(dá)數(shù)千個(gè)（含老的解決方案）。

c KNX 會(huì)員數(shù)超過(guò) 200 家。

d 認(rèn)證培訓(xùn)中心的數(shù)量超過(guò) 150 個(gè)。

e 個(gè)歐洲測(cè)試中心。

f 已經(jīng)設(shè)施的項(xiàng)目達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)。

（3）KNX 的優(yōu)勢(shì)

a 安全性更高。

b 樓宇更加節(jié)能。

c 電氣設(shè)施調(diào)整簡(jiǎn)便，輕松適用用戶(hù)需求的變化。

d 方便程度更高。

e 設(shè)施具備高投資保護(hù)性。

f 支持眾多制造商豐富的成品組件。

g 強(qiáng)大的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可以為承建商/規(guī)劃者/集成商提供專(zhuān)業(yè)服務(wù)。

3.KNX 在智能家居中的應(yīng)用

在該領(lǐng)域內(nèi)，KNX 技術(shù)作為新興的技術(shù)為我們的生活帶來(lái)了更高的品質(zhì)。KNX系統(tǒng)主要由各種傳感器、執(zhí)行器和系統(tǒng)元件三大部分組成，主要應(yīng)用于智能照明、電動(dòng)窗簾、紅外遠(yuǎn)程監(jiān)控、以及其他智能控制中。其控制方式多種多樣， 例如各種智能面板控制、人體感應(yīng)控制、光線(xiàn)感應(yīng)控制、溫度感應(yīng)控制電話(huà)遙控、定時(shí)控制、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制等。

KNX 在智能家居中最重要的是以下兩個(gè)：

（1）燈光照明控制

對(duì)于不同場(chǎng)合、不同時(shí)間的照明，我們可以利用KNX智能按鍵的面板進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)應(yīng)用軟件對(duì)相應(yīng)的調(diào)光模塊進(jìn)行控制，比如我們可以設(shè)置晚上7點(diǎn)開(kāi)燈、早上7點(diǎn)關(guān)燈，燈光的亮度也可以調(diào)節(jié)。從而非?？旖莸膶?duì)室內(nèi)各種燈泡、鹵素?zé)?、LED燈等進(jìn)行控制。對(duì)于不同的場(chǎng)景，我們也能進(jìn)行設(shè)置，我們可以設(shè)置回家模式、會(huì)客模式、晚餐模式、休息模式等。同時(shí)，我們還可以利用各種人體傳感器進(jìn)行燈光控制，如：有人經(jīng)過(guò)時(shí)燈亮，沒(méi)人經(jīng)過(guò)時(shí)燈滅，這種情況就比較方便我們?cè)诩彝砩先也坏綗舻拈_(kāi)關(guān)的情況?；蛘呶覀兛梢岳秒娫?huà)控制等實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭燈光的控制。因此，對(duì)于燈的控制多種多樣，我們要根據(jù)不同的場(chǎng)景或者不同的時(shí)間結(jié)合用戶(hù)的需求進(jìn)行控制。

（2）電動(dòng)窗簾控制

我們?cè)诩铱偸菍?duì)拉窗簾或者關(guān)窗簾感到麻煩，我們也在網(wǎng)上看到過(guò)很多智能的窗簾能夠用手機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)于KNX系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，窗簾的控制也是很重要的一部分，對(duì)于窗簾的開(kāi)和關(guān)其實(shí)原理很簡(jiǎn)單，就是電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，我們可以利用 KNX /RS-232 轉(zhuǎn)換接口連接電動(dòng)窗驅(qū)動(dòng)模塊逐一對(duì)窗簾電機(jī)進(jìn)行單向控制?？刂浦噶钔ㄟ^(guò)軟件可以下載到我們所需硬件的內(nèi)部，通過(guò)KNX不同的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾的開(kāi)和關(guān)。對(duì)于我們常見(jiàn)的百葉窗我們還能利用KNX來(lái)實(shí)現(xiàn)百葉窗的角度控制或者是遮光柵的升降，同時(shí)結(jié)合放到戶(hù)外的傳感器來(lái)開(kāi)或關(guān)窗簾。

（3）紅外報(bào)警控制

在家庭中，對(duì)于低樓層的用戶(hù)我們發(fā)現(xiàn)這些家庭中會(huì)安裝紅外報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)有人從窗戶(hù)私自進(jìn)入家里時(shí)會(huì)報(bào)警。對(duì)于KNX系統(tǒng)中的紅外控制其實(shí)不僅局限于報(bào)警系統(tǒng)，我們也可以設(shè)置有人來(lái)時(shí)燈亮，當(dāng)然我們主要是應(yīng)用于報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)安裝相應(yīng)的傳感器，利用軟件進(jìn)行必要的設(shè)置可以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要，從而實(shí)現(xiàn)定制化的服務(wù)。

4.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選擇

針對(duì)以 KNX 為核心智能家居控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖，我們可以看出，該控制模塊主要由電源模塊、開(kāi)關(guān)模塊、調(diào)光模塊、智能面板、感應(yīng)模塊等相關(guān)部分構(gòu)成。系統(tǒng)上的所有元件，可以一對(duì)一的獨(dú)立工作，也可以相互組合工作。 例如 KNX 傳感器向外發(fā)出的數(shù)據(jù)包，在總線(xiàn)上的每個(gè)元件都可以接收到，但是只有目標(biāo)地址與自己的地址匹配時(shí)，其元件才會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的指令。當(dāng)然，有些額外的功能也是可以的。

5.ETS4軟件

ETS4 軟件是KNX系統(tǒng)控制的核心部分之一，我們?cè)讷@得相應(yīng)服務(wù)時(shí)只能通過(guò)KNX網(wǎng)上商城獲得，從網(wǎng)上下載并完成已下載文件的解壓、獲得安裝程序 ETS4Setup.exe 之后就可以開(kāi)始安裝過(guò)程。安裝結(jié)束之后，使用桌面上的圖標(biāo) 或者在新建 KNX 程序組中可以啟動(dòng) ETS。啟動(dòng)界面如下：ETS僅能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上的KNX網(wǎng)上商城從KNX協(xié)會(huì)獲得。從互聯(lián)網(wǎng)下載并完成已下載文件的解壓、獲得安裝程序ETS4Setup.exe之后就可以開(kāi)始安裝過(guò)程。安裝結(jié)束之后，使用桌面上的圖標(biāo)或者在新建KN程序組中可以啟動(dòng)ETS。

6.總結(jié)

本文提到的控制系統(tǒng)，雖然目前成本較高，但是前景廣闊，在今后的智能家居中會(huì)發(fā)揮很大作用。我們可以根據(jù)各自的需要，通過(guò)手機(jī)、電腦、攝像頭、觸摸屏等進(jìn)行操作，使得操作的管理上非常便捷，同時(shí)，我們還可以設(shè)置各種各樣的控制模式，類(lèi)似于現(xiàn)在的智能手機(jī)有老年模式、省電模式等對(duì)KNX進(jìn)行模式的設(shè)置，如回家模式、離家模式、省點(diǎn)模式、晚飯模式、睡覺(jué)模式等，極大的滿(mǎn)足生活品質(zhì)的需要。

參考文獻(xiàn)：

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