家居自动化(HA)在我國正在悄悄興起,一些歐美著名的家庭自動化標準,例如LonWorks、CEBus和X-10等都先後被業界的先驅們介紹引進,對我國在該領域的技朮發展起有了積極的推動作用,有些亦事實上成為我國在HA方面的標準。與此同時,我國有不少機構和廠家亦積極參與,并提出了許多有建設性的構想,并推出相關的產品,使系統集成商們和廣大的用戶都有了更多的選擇,逐步形成一個百花齊放的局面。最近在國家重點科技攻關項目“智能化住宅及住宅小區試點工程”-“創世紀濱海花園小區”的自動化工程便選用的了一款名為ApBus的智能家居產品。到底ApBus是一項什么樣的技朮,有何可取之處,在芸芸眾多的開放系統中又如何脫穎而出,尋找自己的生存空間呢?

一.    家庭自動化的歷史和現狀

家庭自動化技術早在七十年代便開始流行于美國,當時最有代表性的產品是X-10,其后美國的Echelon和EIA又相繼推出LonWorks和CEBus,并最後都成為美國電子工業協會(EIA)的家庭自動化網絡標準。這些標準所採用的傳輸媒介雖然不盡相同,但無一例外都採用了控制網絡的技朮,并制訂一個統一的通信協議(Communication Protocol),通過該通信協議,網絡系統中的各個設備便可實現資源的共享。控制網絡因其佈線簡單、功能靈活,擴展容易而被人們廣泛接受和應用。至今,X-10產品的已銷售已超過一億個,光在美國一個國家,便有超過400萬個家庭在使用。LonWorks亦被廣泛應用于家庭自動化、建築自動化(BA)及工業自動化(IA)方面,至98年中,全球安裝LonWorks的節點(Node)數目已超過500萬個。
然而X-10產品在我國的應用例子并不多見,究其原因可能是產品不太適合國內使用。X-10產品在美國主要是用在舊房子的改造上,而國內則一般是在買新房子或在舊房子裝修時才會考慮這個問題。如果房子是入牆式裝修,要外加X-10功能模塊在開關插頭之上,多少會覺得不太協調。另外人們採用新技術時,往往又對新技術期望過高,X-10的一些技術限制成為人們批評的藉口。例如反應速度慢(在60赫芝供電系統中,傳送一個指令需時0.883秒),抗干擾性能差(這是由于信號載波在電力線中傳送造成的,在我國這個問題比較嚴重)等,這都給X-10在我國的推廣應用帶來實質性的困難。
  這些問題在美國同樣亦存在。為了解決X-10技術上的不足,美國電子工業協會(EIA)于1984年4月開始組織開發新的家居網絡標準,于1992年正式推出,命名為CEBus (Consumer Electronic Bus),並定為IS-60/EIA-600標準。參與研究開發CEBus的公司多達幾百間,像Microsoft、IBM、Compaq Computer Corp、AT&T、Bell Labs、Honeywell、Panasonic、Sony、Thomson Consumer Electronics、Leviton、Pacific Gas & Electric等都是它的會員。CEBus是一個較完整的開放系統,它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號的傳輸標準,並要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度(10KBPS)傳送,從而有效地避免信號傳輸中可能出現的“瓶頸”問題,任何符合CEBus標準的電器產品都可以直接互連及通信,其尋址能力超過40億,足可以與互聯網相比美。CEBus的抗干擾能力比X-10強,控制功能亦十分豐富,成為X-10的“最大挑戰者”。但由于CEBus接口技術比較複雜,價錢亦非常之貴,因此使用CEBus產品的用戶相對較少,CEBus在中國的應用亦不多見。
相反地,LonWorks在國內的某些領域則具有較高的知名度,不少專家學者和研究機構對LonWorks都很有興趣,成為一個熱門的研究課題。在應用上,LonWorks也取得比較好的成績,特別在信息採集和控制方面已成為事實上的行業標準。LonWorks是由美國Echelon公司耗巨資,于1990年12月開發成功的全分佈式智能控制網絡技術,參與研究開發的人員多達700人。Echelon的創辦人為Mike Markkula,他亦是蘋果電腦的主要創辦人之一。 LonWorks最基本的部件是同時具有通信與控制功能的Neuron芯片,該芯片內置三個微處理器、并將操作系統、運作時間數據庫以及通信協議等都固化在芯片之內。1997年7日Echelon允許在牌照管制的條件下將LonWorks通信協議用于其它CPU上,並委托Adept Systems, Inc.在Motorola的32位微處理器68360上開發相關軟件。同年8月LonWorks被EIA的集成家庭系統技術委員會(Integrated Home Systems Technical Committee)定為家庭網絡(Home Networking)的標準,編號為EIA/IS-709。
儘管LonWorks是EIA定義的家庭網絡標準,而在中國則主要用于BA方面,在HA領域的應用則要遜色一些。主要原因恐怕是價錢還未能為普通家庭所接受。LonWorks最大的優點是開放性、分散性和互換性,一個具有LonMark標誌的節點(Node)可以互操作(Interoperability)亦可以互替換,但這是有條件的,要達到這個目的,必須儘量把產品細分,增加控制器變量的種類,簡化及固定操作流程等,這又不可避免地增加控制節點的數量從而增加了系統的成本。在家庭自動化中最基本的操作應該是電器的開關控制,而最方便可行的方法是使用可控插座,例如美國的Leviton便生產一款有LonMark標誌的插座,但其價錢相當貴,一個包含有三個8位微處理器(Neuron芯片)或一個32位微處理器(Motorola 68360)的插座,試想會有多少個家庭負擔得起?
于是國內的一些LonWorks產品開發廠家便反其道而行之,來一個功能上的大集成,例如將Neuron芯片在外圍上儘量擴展,或者用一般的微處理器作控制部件,用Neuron芯片作通信部件,設計成類似多功能控制盒之類的產品。這個方法確實可以起到降低成本,增加功能的作用,其做法無可非議。但這類產品多數沒有互操性和互換性,更加談不上申請LonMark標誌,使LonWorks的開放性光彩盡失。這樣的系統亦失去了分佈式系統靈活多變的優點,事實上成了一個中央式或半中央式控制系統了。
  縱觀上述幾類家庭自動化網絡技術都是各有其特點,但沒有哪一個能完全適合中國普通家庭使用,市面上可供選擇的產品亦非常有限,這些因素或多或少地影響了這些技朮在國內HA方面的進一步普及和應用。
二.    ApBus的結構及技術特點

和LonWorks一樣,ApBus亦是一種全分佈式的智能控制網絡技術,ApBus產品具有雙向通信能力,以及互操作性和互換性,其控制部件都可以編程。典型的ApBus採用雙絞線總線結構,各網絡節點(Node)可以從總線上獲取供電(24V/DC),亦通過同一總線實現節點間的無極性(Polarity Insensitive)、無拓扑邏輯限制的互連(Free Topology Wiring)和通信,ApBus的信號編碼方式與LonWorks相似(Manchester-Like),信號傳輸速率和系統容量則與CEBus一樣,分別為10KBPS和4G。典型的系統結構如圖一所示。

在分析ApBus的技術特點之前,我們首先分析一下其他控制系統,並與LonWorks為例作一個比較。典型的LonWorks邏輯結構如圖二所示。圖中把節點分為兩大類,即聽者(Listener)和講者(Announcer),其中a是講者,b是聽者,c和d既是聽者又是講者。LonWorks的地址編碼較為復雜,有物理地址(Neuron_ID),亦有邏輯地址(Domain, Subnet, Group),有源地址(Source),亦有目標地址(Destination)。我們假設a是一個按扭(Sensor),b是一個繼電開關(Actuator),當a按下時b動作。根據LonTalk協議,a會送出一個數據包,內含b的地址及事先定義的指令,以令b可進行指定的操作。在該例中,a是講者,是主動一方;b是聽者,是被動的一方,b只能按a的指令行事,如果要讓b執行不同的操作,a必須發出不同的指令。同樣地,如果a要控制更多的節點,原則上亦要發出更多的指令,以實現對不同對象(聽者)進行不同的操作。一句話,系統功能編程是針對a來進行的。

假設a是按扭(講者),b、c、d是執行部件(聽者),當按鈕按下時,a會送出一個帶有自身身份代碼的數據包,b、c、d以及其它網絡節點都會同時收到該數據包并同步執行各自不同的動作。

一個數據包要令多個節點執行多個動作,通常的做法是在該數據包中指定所有被控節點的地址和所要執行的操作,如果事情是這樣,則ApBus便失去獨到之處了。事實上是,在ApBus系統中,a所送的數據是固定的,它不是一個真正的指令,它代表的是一個事件的發生(例如按鈕被按下),至于該事件會引致系統怎么樣的反應并不是a所要考慮的事情。a的職責是,將該事件以獨有(即唯一)的數據的方式傳送到總線之上,再通過總線將該事件(數據)通知總線上的所在節點。

那么,ApBus又如何去定義一個事件,是不是像CEBus或LonWorks那樣對所有的事件、控制對象和操作都來一個詳細的划分?答案是否定的。對控制過程變量種類和參數的過分細微的劃分,必會增加系統節點的種類和數目,使系統的成本增加,同時亦因為流程過于固定而削弱了系統的功能并且亦會降低系統的靈活性。為了解決這個問題,ApBus進行了前所未有的嘗試,沒有去定義任何事件,只是要求事件所對應的數據必須具有唯一性,同時為了方便系統的管理,ApBus對數據的種類和長度都作了適當的定義,僅此而已。

那么,ApBus又如何讓接收到數據的節點明白所發生的事情,并產生正確的反應呢?這正是ApBus的技朮關鍵所在,但其原理卻又比想像中簡單。原來ApBus的每一個執行部件(聽者)都有智能,即具有學習和記憶功能,只要在系統組成后的編程設定過程中,讓相關的執行部件將事件重演一次,編程(學習)過程便宣告完成,執行部件會將有關事件代碼及對事件的反應(操作)記入自身的EEPROM記憶体中,這些數據在節點中即使斷電亦可保留超過100年。我們看到,ApBus與LonWorks等現有網絡系統的一個最大的不同之處是ApBus針對聽者而非講者編程,講者的一句話可以令多個聽者跟隨動作,ApBus無疑具有較高的智慧和效率,因此ApBus總線又叫智能家居總線。

那么,與LonWorks等系統相比,ApBus的互操性和互換性又如何呢?其實我們從上述的分析中已有答案。因為所有的聽者都具有學習能力,互操性和互換性問題便可輕易解決,任何部件在被更換之后只需要讓相關的執行部件(聽者)重新學習一次便可認識該新“搭檔”並知道如何跟它配合,“隔膜”在ApBus系統的節點之間并不存在。

對用戶來說,ApBus似乎很簡單(任意接駁),很靈活(具有智能),功能很強(取決于執行部件),有互操作性(要學習一次)和互換性(要重學一次)。但從另一個角度來看,為了達到上述目的,ApBus必須解決更多的技朮難題,例如信號與直流混合傳輸問題;無極性接駁問題;混合拓撲布線問題;信號優先權問題;無屏敝工頻干擾問題等等。原來對這些問題,ApBus都有其獨到的解決方案,因編幅所限,這里就不介紹了。值得一提的是,對于網絡系統最基本的問題,即信號傳輸過程中的數據沖撞問題,ApBus有新的突破,它是在以太網所使用的CSMA/CD信號傳輸控制技術的基礎上作了關鍵性的改進,使各節點可以實現無衝撞的多節點隨機數據傳輸,這項技術進一步提高了系統的通信效率和數據的可靠性,ApBus將該方案定義為CSMA/CF(Carrier Sense Multiple Access with Collision-Free)。

三.    ApBus的應用及產品特點

從上述我們可以看到,ApBus是對現有HA技術作出改進后推出的一個家庭總線技術,其目的是使HA技術在網絡化的同時再進一步簡單化和實用化,以方便設計及生產出符合我國國情的,能為普通百姓家庭接受的智能家居產品。下面我們就來看看ApBus產品的特點。

與ApBus兼容的產品都具有“ApBus Compatible”標志,具有該標志的產品都具有互操性和互換性,可以任意組合使用。該標志的擁有者是Actpro Int'l (HK) Ltd。由于ApBus的接口相對簡單,人們甚至可以把ApBus的技朮應用到電工產品例如開關插座之中,給這些家庭中最古老而又用得最多的電工產品帶來新的意義。例如在最近推出的ApBus產品中便有這樣一類帶智能的開關插座,可以用一個開關控制多個燈光電器,而同一個燈光電器又可以在不同地方用不同的開關去控制,即是可以編程和聯動,非常有趣。同時這些開關插座可接受其它ApBus產品例如定時器、遙控器的控制,以及電話、電腦的控制,非常方便靈活,而價錢又在普通家庭可接受的范圍之內。

目前在市面上ApBus的產品從功能上可分為五大類,下面將逐類分析:

第一類是基本控制產品,主要包括總線電源供應器,電話遙控/報警接口,無線遙控接口和安防控制接口等,這些產品是ApBus智能家居系統的基礎,為其他ApBus控制產品提供一個接口平台。如果用戶在房子裝修時把這幾個產品考慮在內並按一定的要求佈線,那麼這個家居智能化的將來便有了保障,因為住戶可以隨時根據自己的預算來增加控制的內容,從而可以實現有計劃有步驟的系統擴展和升級。

第二類是燈光控制產品,以輕觸式電子開關/調光器為代表。這一類產品有一個特色就是其的外觀尺寸與常規開關相似,可以直接替換原有的開關便可實現照明系統的智能化改造,可以調光,也可以遙控,更可以用來產生不同的燈光組合以滿足不同的照明需要。萬一個別電子開關有故障,所受影響的也僅僅是該開關所連接的那一部分,即使沒有備用產品也可以換回原來的開關便可恢復原來的功能,實現手動操作。
    第三類是電器控制產品,這類產品即是前面所提到過的可控插座。與第二類的產品相似,該類產品也可以通過直接替換原有的插座來實現對電器控制的智能化改造。將電飯鍋、熱水爐、空調機、洗衣機等電器的電源接在該插座上,用戶便可以通過電子開關、遙控器或電話等來控制這些電器,非常方便。該可控插座分自動和手動兩種操作方式,萬一系統失靈,亦可以用手動去操作。

第四類是安防控制產品,這類產品主要包括人體紅外傳感器,煤氣洩漏傳感器,煙霧火災傳感器和多功能報警器等。這些產品的安裝和使用比其他同類產品都要簡單,因為有ApBus兼容標志,可以直接連接于在總線之上,並可利用基本系統中的電話遙控/報警接口實現遠程報警。另外,通過基本系統中的安防控制接口,普通的傳感器也可以用在ApBus系統之中。

第五類是其他控制產品,這類產品主要用于實現一些較特殊或較高級的控制。例如ApBus提供的一款萬用遙控器除了可以控制幾百款不同的電視機、錄影機和音響設備之外,還可以控制家中所有的ApBus產品,起到集中控制的作用。另外有一款萬用定時器,可以設定100組時間,足能夠為家裡的ApBus控制產品制定一個詳細的執行時間表,例如早上六點鐘開燈,六點十分開電視,六點二十分煮咖啡,六點三十分開多士爐等,一切都可以由用戶設定。

ApBus的出現對我國家庭自動化行業無疑是件值得慶賀的事情,最少可以給用戶多一個選擇。ApBus是一個新事物,要人們廣泛認識和使用,或許需要一定的時間,但隨著經濟的發展,人們生活水平的提高,以及對家庭自動化認識的加深,ApBus走向千家萬戶的夢想,是有希望實現的。    利用世界专利技术 ApBus, 我们诚意为你设计一系列高科技产品 , 令日常生活中复杂的事情变得更美妙。ApBus 系统是由数个智能化模块互相连接起来的网络系统,只需一个指令,便可控制数个模块来执行复杂的工作,省时方便又快捷。我们特有的 ApBus 家居自动控制产品系列适合各类型独立单位至整座大型屋苑建设,切合每个家庭的需要, 是你必然的选择。

ApBus智能家居系统主要包括:

1)家庭安全监控系统
主要包括:
 · 家庭安全布防报警
 · 家庭安全网络摄像机监控
 · 家庭煤气的安全管理
 · 别墅、大户型家庭多点的室内外摄像监控
 · 家庭智能安防电动卷帘门窗系统

2)全宅背景音乐系统
主要包括:
 · 吸顶式或壁挂式同轴喇叭音响系统
 · AM/FM数字收音、MP3、高保真CD

3)家庭灯光控制系统
主要包括:
 · 个性化灯光设计
 · 智能灯光场景系统
 · 灯光的多元使用和多元控制

4)家庭电器控制系统
主要包括:
 · 家电远程控制
 · 老人、儿童使用电器的智能化管理
 · 保险柜和书房计算机等重要用电设施的安全管理
 · 厨卫家用电器的智能化使用

5)全宅智能电动窗帘系统
主要包括:
 · 全宅电动窗帘的中央遥控。
 · 电动窗帘的远程电话控制。
 · 电动窗帘的定时开启与关闭
 · 电动窗帘与智能场景灯光场景系统的配合。
 · 电动窗帘与安全防盗系统的联动。

6)全宅视频系统(有线、卫星电视,家庭影院)
7)全宅局域网络系统(有线、无线)
8)全宅家居远程电话或短信控制系统(空调、灯光、家用电器、监控录象系统)
9)全宅智能中央空调系统
10)门口智能可视对讲系统
11)家庭空气智能净化系统
12)别墅庭院景观及花草自动浇灌系统