利用電力線實現(xiàn)住宅智能化
20多年來,人們一直在努力尋找各種能將住宅智能控制實用化、市場化的最佳辦法,特別是美國、日本、英國和法國都相繼推出了各種形式的控 制系統(tǒng),從單功能到多功能,從簡單控制到智能控制,但總是不能完全令人滿意,關(guān)鍵問題就在于控制模式和通信手段。
隨著現(xiàn)代工業(yè)自動控制和計算機微處理技術(shù)的發(fā)展,使家庭自動化從設(shè)想進入了應(yīng)用,特別是總線協(xié)議和集散控制使家庭自動化控制向智能化方向邁進了一大步。但在數(shù)據(jù)通信方面花樣百出,包括無線通信、紅外線、光纖、同軸電纜、雙絞線等,在實用上卻出現(xiàn)了不少麻煩。人們一般不愿穿墻打孔,不愿付出更多額外負擔(dān)。于是,不斷尋找適當(dāng)?shù)姆椒?要為用戶做到靈活、實用、可靠、簡單和廉價,就對家庭自動化系統(tǒng)的市場化和實用化提出了挑戰(zhàn)。于是,人們開始著手考慮電力線的利用。
1978年,最早誕生于美國的住宅自動化系統(tǒng)X-10打破這一僵局,至今仍是美國家庭自動化的主導(dǎo)系統(tǒng)。X-10系統(tǒng)是一種電力配線方式的住宅智能化系統(tǒng),直接利用住宅電力線作為控制總線,通過電力線將各控制器與各功能接口器相連并實現(xiàn)程序控制,不必再穿墻打孔,更利于改變結(jié)構(gòu)和空間,用戶可自己動手安裝,價格也較低廉。
最近,英國在電力線媒介開發(fā)方面又取得了突破性進展,用戶可通過電力線進入Internet網(wǎng),它從簡單的數(shù)據(jù)傳輸提高到了網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。法國也不示弱,已推出了電力線調(diào)制解調(diào)器集成電路,使住宅智能化產(chǎn)品向市場化方向進一步推進。
我國利用電力載波進行通信和控制的產(chǎn)品也不少,但由于它多限于電力系統(tǒng)的遠程通信和調(diào)度控制領(lǐng)域,雖然,國內(nèi)已有不少單位和個人開發(fā)出各種類似于住宅智能控制的產(chǎn)品,但都因沒有實用化而夭折。目前,市場上已出現(xiàn)了類似于自動電源開關(guān)、電話保姆、自動報警器等各種利用電力線和電話線的家庭電器控制產(chǎn)品,但在可靠性、系統(tǒng)性、開放性等方面都面臨著市場挑戰(zhàn)。
2 住宅智能化總線協(xié)議
在住宅智能化系統(tǒng)中總線協(xié)議是其精髓所在,由于不同系統(tǒng)的協(xié)議之間的相互不兼容,對家庭自動化的市場化影響很大。在美國目前主要競爭的總線協(xié)議有:·Echelon Corp的LONworks協(xié)議·電子工業(yè)協(xié)會(EIA)的CE總線協(xié)議(CBb11S)·Smart House LP的智能屋協(xié)議·X-10(USA)Corp的X-10協(xié)議
在四種協(xié)議中X-10是歷史最長、最簡單的一種,LONworks目前已建立的節(jié)點已超過了50萬個,而CEb11s作為電子工業(yè)推廣協(xié)議與歐洲出現(xiàn)的EHS 標(biāo)準又是歐美家庭自動化電子產(chǎn)品的工業(yè)界推薦標(biāo)準。
3 住宅智能化的主要應(yīng)用功能
住宅智能化的主要功能集中在家庭安全報警、電話遠程控制、紅外集中遙控、自動抄表控制及小區(qū)物業(yè)管理等方面。傳輸信道主要采用無線、有線和電力線。
應(yīng)用最多、最實用的功能主要是自動報警(如盜警、火警、煤氣泄漏、緊急呼救等)和電話遠程控制家電(如空調(diào)、熱水器、電燈、電視等)。 它的主要特點是充分利用了電話網(wǎng)這一現(xiàn)成的通信手段。
手持集中遙控功能應(yīng)該說是住宅智能化系統(tǒng)中不可缺少的部分,它能夠?qū)崿F(xiàn)對無遙控功能的電器設(shè)施遙控(如電燈、抽風(fēng)機、電門鎖等)。
隨著智能小區(qū)的開發(fā),人們對小區(qū)物業(yè)管理更加重視,它已經(jīng)成為住宅層次的標(biāo)志之一。因此,智能化住宅與小區(qū)之間組成管理體系,是該系統(tǒng)最突出的特點。小區(qū)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能與智能化住宅互聯(lián)，形成守望相助的有機體系。在物業(yè)管理 (如水、電、氣、抄表、能源控制、故障維修等)及安全防范(如自動巡訪、事件記錄、輔助報警等)方面是一場革命。它在消除防盜護欄網(wǎng)安全隱患的"鳥籠"現(xiàn)象,實現(xiàn)三表合一和能源控制方面具有重大的現(xiàn)實意義和長遠的戰(zhàn)略意義。
4 目前用電力線在實現(xiàn)住宅智能化方面存在的問題
第一,住宅智能化中最重要的環(huán)節(jié)在于其可靠性和穩(wěn)定性。而電力線的線路阻抗和頻率特性幾乎每時每刻都在變化,所以提高通過電力線傳輸信息的可靠性成為最大的難點。目前,采取優(yōu)化協(xié)議、線路隔離、頻譜擴展、功率調(diào)節(jié)等方式,可以使系統(tǒng)的可靠性獲得較大提高。
第二,電力線電氣接口產(chǎn)品方面還有待進一步配套和統(tǒng)一標(biāo)準,如電源插座接口、燈座接口、家電電源接口、電動閥門、電控門鎖等。
第三,電力總線系統(tǒng)與其他總線方式的相互開放和兼容也是影響住宅智能化水平的重要因素,如閉路電視總線、無線射頻總線、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。
第四,住宅電氣設(shè)計標(biāo)準應(yīng)與住宅智能化系統(tǒng)配合,如燈線、開關(guān)、插座的暗裝位置及布線方式等。
5 IHC2000智慧型室內(nèi)電控系統(tǒng)應(yīng)用舉例
IHC2000系統(tǒng)可用于家庭、賓館、辦公、娛樂等各種場所,其完善的組合功能,就像拼裝積木一樣靈活、多變,為用戶建立具有個性化的 生活空間。
電控應(yīng)用功能
圖1 電控應(yīng)用功能
如圖1所示對于一般性用電器(如電燈、電熱水器、電視機、電飯煲等),只要插入IHC2000終端插座或在原有電器插座內(nèi)安裝IHC2000終端智能模塊,就可以實現(xiàn)IHC2000系統(tǒng)控制了。主要控制功能有:(1)遙控開關(guān):使用遙控器可在任意位置對不同電器的工作狀態(tài)實施開關(guān)控制。(2)電話控制:可通過外線電話撥人,用電話按鍵碼來控制室內(nèi)的電器工作狀態(tài)。(3)定時控制:可設(shè)定各電器終端的開關(guān)時間,IHC2000系統(tǒng)將自動控制其通斷。(4)記憶控制:若設(shè)定為記憶狀態(tài),IHC2000系統(tǒng)能按照預(yù)先設(shè)定的電器工作程式自動地控制各種電器。(5)自適應(yīng)控制：這是IHC2000系統(tǒng)中最具特色的功能,它可以通過設(shè)定數(shù)據(jù)或自動監(jiān)測環(huán)境狀態(tài),確定某種控制程式,如為保持溫度、濕度、照度的特定狀態(tài)自動控制相關(guān)電器的運行。(6)終端功能:IHC2000終端自身具有可調(diào)電流,零電位啟動,延遲開關(guān),自我保護等獨立功能。安保應(yīng)用功能 IHC2000系統(tǒng)可與各種傳感器聯(lián)接并組成安全防衛(wèi)系統(tǒng),如圖2所示。
當(dāng)室內(nèi)傳感器(如紅外線、微波、煙感、超聲波、報警按鈕等)被觸發(fā),IHC2000系統(tǒng)的
安保功能立即開始工作,根據(jù)用戶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)置, 執(zhí)行各種形式的報警及防衛(wèi)功能。
圖2 安全防衛(wèi)系統(tǒng)
(1)電話報警:IHC2000主機系統(tǒng)可按照預(yù)先指定的電話(如110、119、家人電話、移動電話、傳呼機等)自動撥出,并發(fā)出求救信息；
(2)音響報警:報警狀態(tài)時,IHC2000系統(tǒng)啟動室內(nèi)音響,發(fā)出報警音；
(3)啟動攝像：若安裝了攝像機可通過IHC2000系統(tǒng)進行控制,當(dāng)報警狀態(tài)時,自動啟動攝像機攝下現(xiàn)場情況;
(4)燈光閃爍:當(dāng)發(fā)生報警,IHC2000自動控制室內(nèi)電燈按一定規(guī)律忽停忽亮地閃爍,以達到報警或防御的目的；
(5)門鎖啟閉：若室內(nèi)安裝了電控門鎖,則當(dāng)報警狀態(tài)時,門鎖會自動開啟或關(guān)閉。
智能小區(qū)管理應(yīng)用功能
IHC2000智能保安系統(tǒng)最突出的特點就是它的管理功能,它以每戶作為基本單元,以每幢樓或每層樓作為子系統(tǒng),與小區(qū)的物業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng))聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成智能物業(yè)管理體系,還可將該智能體系接人ISDN網(wǎng),形成真正的智能化、信息化的生活小區(qū)(見圖3)。
IHC2000管理可分為以下三種形式：
(1)PC管理：針對IHC2000單元系統(tǒng)的管理系統(tǒng),與IHC2000主機配用,可以將室內(nèi)所有電器的使用及運行情況,如用電狀況、開關(guān)狀態(tài)、故障情況、數(shù)據(jù)設(shè)置、組合結(jié)構(gòu)、報警記錄等,同時與上級區(qū)域管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口。
圖3 智能小區(qū)管理應(yīng)用功能
(2)區(qū)域管理:建立在IHC2000區(qū)域分系統(tǒng)基礎(chǔ)上的管理系統(tǒng),負責(zé)對所有IHC2000單元系統(tǒng)進行管理,對各IHC2000單元的數(shù)據(jù)進行采集、處理和控制,以實現(xiàn)IHC2000智能小區(qū)的區(qū)域物業(yè)管理,同時,與上級局域網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng),成為管理子網(wǎng)系統(tǒng)。
(3)遠程管理：IHC2000主機可以通過MODEM與異地PC管理系統(tǒng)聯(lián)接,直接實現(xiàn)遠程遙控、遠程管理,大大縮短了人們工作生活的空間距離。
IHC2000的安裝
IHC2000智能保系統(tǒng)在工程安裝上具有強大的優(yōu)勢,原因就在于它不需要再次布線,僅僅只需接入電力線。不論新裝線路還是利用舊的線路(除非用戶特別需要),IHC2000的主機和終端可以非常方便地安裝在電力線上。
(1) 主機安裝(見圖4)：
圖4
IHC2000主機只有三個連接口,一個接入電源插座,一個插入電話插座,第三個是接人PC機通訊接口,非常簡單易行。
(2)智能插座安裝:同普通接線插座安裝一樣,只需將智能插座插入電源插座即可,再將用電器接入IHC2000智能插座即完成安裝工作。
(3)傳感器、執(zhí)行器安裝(見圖5):只需分別將傳感器或執(zhí)行器的控制線接入IHC2000終端的輸入/輸出端即可完成安裝。
圖5 IHC2000系列分類
IHC2000智能保安系統(tǒng)可根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域劃分為四個系列,即賓館系列、家用系列、辦公系列及樓群系列:
(1)賓館系列:以賓館標(biāo)準房燈控系統(tǒng)為主的IHC2000系列,主要功能有電器遙控、緊急呼叫、語音廣播、樓層管理、節(jié)電控制等,并與酒店計算機 管理系統(tǒng)接口。
(2)家用系列:以家庭多房間電器控制為主的IHC2000系列,主要功能有電器遙控、電話遠程控制、安全防衛(wèi)、PC管理、內(nèi)部通信、記憶控制(無人操作)等功能。該系統(tǒng)按檔次和功能又分為普通型、高檔型和豪華型。
(3)辦公系列：以中型辦公寫字間的照明控制、座位考勤、電器節(jié)能、調(diào)度廣播、物業(yè)管理等功能,同時可接入計算機管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
(4)樓群系列:具有高層建筑或低層樓群的電力控制、故障檢測、物業(yè)管理、公共照明、治安防衛(wèi)、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等功能。該系統(tǒng)主要用于智能大廈及智能小區(qū)的管理與控制。
IHC2000應(yīng)用示例1)賓館應(yīng)用:如圖6所示,IHC2000標(biāo)準房系統(tǒng)通過電力線與樓層管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),同時接入賓館的管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中。 IHC2000標(biāo)準房系統(tǒng)的主控部分設(shè)在床頭柜中、它本身具有總控開關(guān)，可控制全部的電燈和電器設(shè)備。遙控器鑰匙牌可隨身攜帶,透過信息窗啟動電控門鎖, 房間內(nèi)燈光及電器自動開啟,空調(diào)開始工作,客人會很容易地使用遙控器來控制燈光和電器。如果客人因身體不適需要緊急求救時,可按床頭或衛(wèi)生間的緊急呼叫鍵,這時,電控門鎖全自動打開,信息窗呼救燈閃爍,同時樓層管理系統(tǒng)報警,并顯示呼叫房號。
IHC2000系統(tǒng)公共廣播終端可作為緊急通知或背景音樂廣播,無需專門布線,該功能由樓層管理系統(tǒng)提供?？腿丝稍诜块g里收聽或關(guān)閉廣播,緊急時客房內(nèi)廣播自動開啟。
樓層管理系統(tǒng)可隨時巡訪各房間IHC2000系統(tǒng)的工作情況,一旦發(fā)現(xiàn)房間內(nèi)電燈或電器故障,IHC2000系統(tǒng)立即報警并顯示或打印出故障的房號及類別,以便即時通知維修。
(2)家庭應(yīng)用： IHC2000智慧屋在家庭的應(yīng)用中,最主要的優(yōu)勢在于它能夠通過電話遠程遙控家中的電器工作。對于房間較多,電器、電燈較多的家庭, IHC2000遙控功能又顯出了它的便捷功效。安全問題是每個家庭不得不重視的問題。因此,充分利用IHC2000系統(tǒng),這對于熱愛生活的人們的確增添了無盡的樂趣。
圖６
IHC2000在家庭中可以根據(jù)主人的個性和愛好或根據(jù)電器的使用和經(jīng)濟方面的考慮來配置和設(shè)定工作模式。 如圖7所示配置的IHC2000系統(tǒng)具有電話鍵控、定時控制、防衛(wèi)報警、PC管理、電器遙控等功能,屬于中上水準。
如果按照普通型實用配置,可取消PC機管理系統(tǒng)及電控門鎖終端。另外,有一種經(jīng)濟型配置,即取消電話控制功能,選用簡易型單純遙控型主控終端。 如果要想分步實現(xiàn),只需更換主機及軟件即可。