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核心提示：LonWorks電力線載波技術(shù)是智能家居建設(shè)的一個(gè)重要技術(shù)發(fā)展方向，與家電產(chǎn)品的結(jié)合，將給智能家居建設(shè)帶來(lái)極大的便利。
關(guān)鍵詞：電力線載波，家電智能化，LonTalk協(xié)議，即插即用
一、概述
在智能家電的解決方案紛繁復(fù)雜，在實(shí)現(xiàn)各種家庭用電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、智能化的互聯(lián)互通建構(gòu)中，Ethernet解決方案顯然不是一個(gè)通用、最佳的方案。試想一下給空調(diào)，冰箱，洗衣機(jī)等家用電器都增加一個(gè)10M/100M的以太網(wǎng)接口的必要性和復(fù)雜性；同樣地，有的廠商采用高速無(wú)線通訊模式解決方案，這在帶來(lái)組網(wǎng)方便性的同時(shí)，增加家庭內(nèi)部的電磁污染，而且也會(huì)在不同的家庭之間帶來(lái)通信的干擾，因?yàn)闊o(wú)線方案共用無(wú)線通信頻段，不能實(shí)現(xiàn)各個(gè)家庭之間通信的有效隔離。另外，有的解決方案是采用一些現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用到電器中，但也要解決專(zhuān)門(mén)的通信線纜的布線問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)家用電器即插即用的智能化、網(wǎng)絡(luò)化能不能采用電力線載波技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？這就是本文想要介紹的一種國(guó)際上非常成熟的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——LonWorks電力線載波技術(shù)。
美國(guó)Echelon公司提供的一種基于電力線載波技術(shù)的LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)解決方案，采用這種方案設(shè)計(jì)的家用電器的優(yōu)勢(shì)：
1 、家用電器真正實(shí)現(xiàn)即插即用，
2 、使用電力線作為信息交換通道，不需要額外布線。
二、美國(guó)Echelon公司的電力線通信技術(shù)
美國(guó)Echelon公司在過(guò)去的十幾年中，在電力線通信領(lǐng)域一直是充當(dāng)先鋒的角色。其電力線收發(fā)技術(shù)，是一種低速的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，是美國(guó)ANSI 709.2標(biāo)準(zhǔn)。Echelon公司在電力線領(lǐng)域持有38項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利，是唯一的一家同時(shí)掌握擴(kuò)頻和窄帶收發(fā)器技術(shù)的公司。使用電力線載波技術(shù)，在現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，不需要另外布線。
世界上很多公司在從事電力線載波技術(shù)的研究，Echelon公司的LonWorks電力線傳輸技術(shù)就是其中的皎皎者，截止到目前為止，采用該技術(shù)的電力線載波芯片已有約三千萬(wàn)片應(yīng)用在世界各地的電力基礎(chǔ)設(shè)施、智能家居、工業(yè)控制和智能建筑中。
1、Echelon公司的PL31x0智能電力線收發(fā)器
Echelon公司的PL31x0智能電力線收發(fā)器是該公司的第四代的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如圖一所示。
Echelong公司的電力線載波技術(shù)所是是的載波頻率，符合世界范圍內(nèi)的規(guī)定：FCC，Industry Canada，日本MPT和歐洲CENELEC EN50065-1的規(guī)定，因此PL 3120和PL 3150能夠滿(mǎn)足世界范圍內(nèi)的應(yīng)用。另外，智能收發(fā)器自動(dòng)管理CENELEC通信協(xié)議，免除了CENELEC EN50065-1所規(guī)定的要用戶(hù)開(kāi)發(fā)復(fù)雜時(shí)序和訪問(wèn)算法的需求。
在很多的家庭中，大概有50%采用如圖二所示的接線方法，在這種情況下，墻上的開(kāi)關(guān)盒只有相線連接而沒(méi)有零線連接，此時(shí)，如果將使用Echelon公司的電力線收發(fā)器，采用該公司獨(dú)特的專(zhuān)利技術(shù)：switch-leg技術(shù)，將智能開(kāi)關(guān)安裝開(kāi)關(guān)盒中，如圖二中所示意的那樣，智能開(kāi)關(guān)仍然能正常工作。
目前世界上有多家廠商生產(chǎn)基于Echelon公司電力線載波技術(shù)的家用電器，這些家用電器包括：家庭影院系統(tǒng)、家庭游泳池設(shè)備、浴室設(shè)備、草坪灌溉設(shè)備、智能冰箱、微波爐、洗衣機(jī)、電烤箱、洗碗機(jī)、消毒柜、熱水器、換氣扇、電視機(jī)、鍋爐、空調(diào)、開(kāi)關(guān)、燈光控制器、濾波器、燈光控制器、溫度設(shè)定器、燃?xì)忾y門(mén)、遙控器，窗簾、門(mén)禁安防系統(tǒng)、水龍頭、燃?xì)馓筋^、紅外探頭、溫濕度探頭、光照探頭等各種各樣的電器，使用這些產(chǎn)品，可以構(gòu)建節(jié)能型的智能家庭。如圖三所示。
2、Echlon公司ISI組網(wǎng)方案
當(dāng)家用電器具備了電力線載波通信能力后，如何實(shí)現(xiàn)這些電器的即插即用的自組網(wǎng)方式是一個(gè)必須解決的問(wèn)題，因?yàn)榧彝ル娖髅鎸?duì)的是家庭用戶(hù)，必須要求這些智能家用電器的組網(wǎng)滿(mǎn)足如下要求：
1) 不需要額外的軟件和硬件來(lái)對(duì)家用電器實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安裝
2) 安裝方式必須簡(jiǎn)單易用
3) 在開(kāi)放的介質(zhì)中安裝方式要保證安全性
4) 保證不同家庭之間通信的有效隔離
5) 不同家電廠商的設(shè)備能夠連接在一起
6) 適合各種類(lèi)型家庭的應(yīng)用需求
7) 為未來(lái)的家庭新的需求提供擴(kuò)展余地
Echelon 公司的ISI技術(shù)，就是專(zhuān)門(mén)針對(duì)家用電器市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的一種設(shè)備智能組網(wǎng)技術(shù)。ISI技術(shù)稱(chēng)為互可操作的自安裝技術(shù)。該技術(shù)的核心是，利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)的家用電器，可以對(duì)電器本身的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，保證該電器的網(wǎng)絡(luò)特性的唯一性，但是不能對(duì)其他電器的網(wǎng)絡(luò)屬性進(jìn)行任何修改，這樣一旦發(fā)生通信串?dāng)_，對(duì)家用電器的安全性能夠提供可靠的保障。家用電器通過(guò)內(nèi)置的電力線載波技術(shù)與其他電器進(jìn)行信息交換，最簡(jiǎn)單的ISI組網(wǎng)方式最多支持32個(gè)家用電器組成智能的家庭控制網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜的ISI組網(wǎng)方式可以最多將200個(gè)家用電器組成智能的家庭控制網(wǎng)絡(luò)。基于ISI開(kāi)發(fā)的不同家電廠商的家用電器，可以直接連接在一起組成家用智能控制網(wǎng)絡(luò)，不需要任何的轉(zhuǎn)換方式，包括硬件的或軟件的轉(zhuǎn)換。ISI的家用電器可以有效實(shí)現(xiàn)不同家庭之間的家用電器的網(wǎng)絡(luò)隔離，在各種家用電器之間，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的信息交換，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息交換，基于ISI的家用電器組成的智能網(wǎng)絡(luò)，不要求所有的電器一直保持網(wǎng)絡(luò)連接，也就是說(shuō)，一些電器可以隨使用情況而變，當(dāng)打開(kāi)電器的電源時(shí)，該電器就連接上家庭智能網(wǎng)，當(dāng)斷開(kāi)該電器的電源，該電器就從家庭智能網(wǎng)上斷開(kāi)，在這個(gè)過(guò)程中，如果加入新的電器，也不需要對(duì)家庭智能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特殊的處理，ISI能夠管理所有的過(guò)程，保證家庭智能網(wǎng)絡(luò)的正常工作。
3、使用ISI技術(shù)的電器安裝過(guò)程如下：
首先，新的電器從家庭智能網(wǎng)絡(luò)中獲取一個(gè)域地址，該地址用于隔離相鄰家庭的的不同網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換。
然后，該電器在所接入的家庭網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施注冊(cè)，獲取一個(gè)唯一的地址，該電器獲取地址后，會(huì)對(duì)地址在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行確認(rèn)，保證該地址的唯一性。
下一步，在需要建立信息交換的電器之間建立信息交換渠道，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的使用按鈕開(kāi)關(guān)來(lái)完成不同電器之間的連接過(guò)程，比如，智能開(kāi)關(guān)和智能燈具之間，用于區(qū)別不同房間的開(kāi)關(guān)的燈的控制之間關(guān)系。
第四步，確認(rèn)控制關(guān)系建立的正確性。
第五步，取消不適當(dāng)?shù)碾娖髦g已經(jīng)建立的信息連接關(guān)系。
第六步，ISI同樣支持電器從家庭控制網(wǎng)絡(luò)中移走，用戶(hù)按住家用電器的連接按鈕20秒，該電器的連接LED進(jìn)行6次長(zhǎng)閃爍，即表明該電器已經(jīng)從家庭智能網(wǎng)絡(luò)中成功移走。
使用ISI對(duì)家庭電器構(gòu)建智能家庭網(wǎng)絡(luò)，不需要復(fù)雜的開(kāi)關(guān)和撥盤(pán)-簡(jiǎn)單的按鈕開(kāi)關(guān)就可以，不需要要求所有的設(shè)備保持一直在線，不需要控制中心來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)，因此，Echelon公司的ISI技術(shù)方案是家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案。
三、Echelon技術(shù)智能家電解決方案特點(diǎn)
使用Echelon公司電力線載波技術(shù)和ISI自安裝技術(shù)組成的家庭智能網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
a. 實(shí)現(xiàn)整個(gè)家庭的用電管理，可以根據(jù)積累的實(shí)際使用數(shù)據(jù)，合理調(diào)度一些用電量大的電器的工作時(shí)間，例如可以在用電高峰避免使用熱水器、洗碗機(jī)、消毒柜等，對(duì)實(shí)行分時(shí)計(jì)費(fèi)的區(qū)域，在低電價(jià)的時(shí)候開(kāi)啟這些用電量大的設(shè)備，這樣做的好處就是能夠節(jié)省家庭的用電支出。
b. 智能家庭網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)主人的習(xí)慣，合理設(shè)置家庭內(nèi)部的溫、濕度、并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
c. 自動(dòng)監(jiān)測(cè)家庭內(nèi)能的空氣質(zhì)量，在保持空氣的新鮮的情況下，減少能源的浪費(fèi)。
d. 安全防護(hù)方面，能夠監(jiān)測(cè)各種突發(fā)情況，包括燃?xì)狻⑺孤T(mén)窗非法侵入等，同時(shí)提供相應(yīng)的處理手段，如報(bào)警，自動(dòng)采取一些相應(yīng)的措施等。
e. 在家庭中成功建立基于ISI的電力線載波智能控制網(wǎng)絡(luò)后，配合Echelon 公司的NES 網(wǎng)絡(luò)化能源管理系統(tǒng)，就可以將各個(gè)獨(dú)立的家庭連接成一個(gè)覆蓋所有家庭的網(wǎng)絡(luò)，建立各種服務(wù)中心，可以給用戶(hù)提供，能源管理、安防、老人照顧，家用電器遠(yuǎn)程診斷和監(jiān)控，安防檢測(cè)和醫(yī)療診斷報(bào)警服務(wù)等。如圖四所示。
f. 可以根據(jù)家庭主人的要求自動(dòng)設(shè)置特定房間的場(chǎng)景模式，比如在客廳中，設(shè)置客人感覺(jué)舒適的溫、濕度，光照，以及背景音樂(lè)等，根據(jù)客人的多少調(diào)整空氣流量等等。
四、前景分析
目前，在國(guó)內(nèi)、外有很多家庭、便利店等不同程度采用基于Echelon公司的電力線載波技術(shù)的智能網(wǎng)絡(luò)，它給這些用戶(hù)帶來(lái)顯著的能源節(jié)省效果，比如對(duì)于一些便利店的智能控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示能夠?qū)崿F(xiàn)15%的能源節(jié)約。在家庭中，能夠給用戶(hù)帶來(lái)更加舒適、更加安全、更加便利的效果。
智能家居的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正處在百花齊放的階段，Echelon公司的電力線通信技術(shù)非常適合構(gòu)建家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)，特別是可互操作的自安裝技術(shù)（ISI）的應(yīng)用，具有安裝方便、不需要布線、即插即用等特點(diǎn)，是進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)的最佳智能網(wǎng)絡(luò)解決方案。
