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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通用、最佳的方案。試想一下給空調(diào)，冰箱，洗衣機等家用電器都增加一個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線通訊模式解決方案，這在帶來組網(wǎng)方便性的同時，增加家庭內(nèi)部的電磁污染，而且也會在不同的家庭之間帶來通信的干擾，因為無線方案共用無線通信頻段，不能實現(xiàn)各個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)場總線技術(shù)應(yīng)用到電器中，但也要解決專門的通信線纜的布線問題。
實現(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)來實現(xiàn)呢？這就是本文想要介紹的一種國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)計的家用電器的優(yōu)勢：
1 、家用電器真正實現(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Echelon公司的電力線通信技術(shù)
美國Echelon公司在過去的十幾年中，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ANSI 709.2標準。Echelon公司在電力線領(lǐng)域持有38項美國專利，是唯一的一家同時掌握擴頻和窄帶收發(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)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸，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能夠滿足世界范圍內(nèi)的應(yīng)用。另外，智能收發(fā)器自動管理CENELEC通信協(xié)議，免除了CENELEC EN50065-1所規(guī)定的要用戶開發(fā)復(fù)雜時序和訪問算法的需求。
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，墻上的開關(guān)盒只有相線連接而沒有零線連接，此時，如果將使用Echelon公司的電力線收發(fā)器，采用該公司獨特的專利技術(shù)：switch-leg技術(shù)，將智能開關(guān)安裝開關(guān)盒中，如圖二中所示意的那樣，智能開關(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、電烤箱、洗碗機、消毒柜、熱水器、換氣扇、電視機、鍋爐、空調(diào)、開關(guān)、燈光控制器、濾波器、燈光控制器、溫度設(shè)定器、燃氣閥門、遙控器，窗簾、門禁安防系統(tǒng)、水龍頭、燃氣探頭、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，如何實現(xiàn)這些電器的即插即用的自組網(wǎng)方式是一個必須解決的問題，因為家庭電器面對的是家庭用戶，必須要求這些智能家用電器的組網(wǎng)滿足如下要求：
1) 不需要額外的軟件和硬件來對家用電器實施網(wǎng)絡(luò)安裝
2) 安裝方式必須簡單易用
3) 在開放的介質(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) 適合各種類型家庭的應(yīng)用需求
7) 為未來的家庭新的需求提供擴展余地
Echelon 公司的ISI技術(shù)，就是專門針對家用電器市場開發(fā)的一種設(shè)備智能組網(wǎng)技術(shù)。ISI技術(shù)稱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)開發(fā)的家用電器，可以對電器本身的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行自動調(diào)整，保證該電器的網(wǎng)絡(luò)特性的唯一性，但是不能對其他電器的網(wǎng)絡(luò)屬性進行任何修改，這樣一旦發(fā)生通信串?dāng)_，對家用電器的安全性能夠提供可靠的保障。家用電器通過內(nèi)置的電力線載波技術(shù)與其他電器進行信息交換，最簡單的ISI組網(wǎng)方式最多支持32個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個家用電器組成智能的家庭控制網(wǎng)絡(luò)。基于ISI開發(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，可以實現(xiàn)簡單的信息交換，同時也能實現(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，一些電器可以隨使用情況而變，當(dāng)打開電器的電源時，該電器就連接上家庭智能網(wǎng)，當(dāng)斷開該電器的電源，該電器就從家庭智能網(wǎng)上斷開，在這個過程中，如果加入新的電器，也不需要對家庭智能網(wǎng)絡(luò)進行特殊的處理，ISI能夠管理所有的過程，保證家庭智能網(wǎng)絡(luò)的正常工作。
3、使用ISI技術(shù)的電器安裝過程如下：
首先，新的電器從家庭智能網(wǎng)絡(luò)中獲取一個域地址，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)中實施注冊，獲取一個唯一的地址，該電器獲取地址后，會對地址在網(wǎng)絡(luò)上進行確認，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，可以通過簡單的使用按鈕開關(guān)來完成不同電器之間的連接過程，比如，智能開關(guān)和智能燈具之間，用于區(qū)別不同房間的開關(guān)的燈的控制之間關(guān)系。
第四步，確認控制關(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，用戶按住家用電器的連接按鈕20秒，該電器的連接LED進行6次長閃爍，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對家庭電器構(gòu)建智能家庭網(wǎng)絡(luò)，不需要復(fù)雜的開關(guān)和撥盤-簡單的按鈕開關(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
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)可以實現(xiàn)以下功能：
a. 實現(xiàn)整個家庭的用電管理，可以根據(jù)積累的實際使用數(shù)據(jù)，合理調(diào)度一些用電量大的電器的工作時間，例如可以在用電高峰避免使用熱水器、洗碗機、消毒柜等，對實行分時計費的區(qū)域，在低電價的時候開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、并自動進行調(diào)節(jié)。
c. 自動監(jiān)測家庭內(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。
d. 安全防護方面，能夠監(jiān)測各種突發(fā)情況，包括燃氣、水泄漏，門窗非法侵入等，同時提供相應(yīng)的處理手段，如報警，自動采取一些相應(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)，就可以將各個獨立的家庭連接成一個覆蓋所有家庭的網(wǎng)絡(luò)，建立各種服務(wù)中心，可以給用戶提供，能源管理、安防、老人照顧，家用電器遠程診斷和監(jiān)控，安防檢測和醫(yī)療診斷報警服務(wù)等。如圖四所示。
f. 可以根據(jù)家庭主人的要求自動設(shè)置特定房間的場景模式，比如在客廳中，設(shè)置客人感覺舒適的溫、濕度，光照，以及背景音樂等，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)，它給這些用戶帶來顯著的能源節(jié)省效果，比如對于一些便利店的智能控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示能夠?qū)崿F(xiàn)15%的能源節(jié)約。在家庭中，能夠給用戶帶來更加舒適、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，是進入千家萬戶的最佳智能網(wǎng)絡(luò)解決方案。
