protocolo de controlo de iluminação X10. Protocolo X10: vantagens e desvantagens. "Smart House"

Os especialistas em TI argumentam que o mercado de casas "inteligentes" na Rússia nunca se tornará enorme e, na próxima década, é improvável que vá além da habitação de elite na região de Moscou. A longo prazo, um possível consumidor do mercado será uma parte escassa da população com altos rendimentos nas regiões, mas para o público em geral, a "casa inteligente" permanecerá uma imagem colorida nas páginas de tablóides e recursos da Internet. Isso é assim? Já a infra-estrutura da habitação do morador comum é uma combinação bastante complexa de vários sistemas de engenharia. Para combiná-los em uma rede sem custos globais, ajudará o padrão X10.

Possibilidades de "casa inteligente"

A função mais comum e simples é o controle de iluminação. O sistema inteligente permite monitorar remotamente cada dispositivo de iluminação. Sem se levantar do lugar, você pode ligar ou desligar a iluminação em qualquer sala ou em toda a casa ao mesmo tempo, ajuste o brilho da iluminação noturna do corredor, luzes de paisagem. "Smart home", incluindo a luz em diferentes lugares por um determinado algoritmo, irá assustar os intrusos, imitando a presença dos proprietários em caso de partida.

O controle automatizado manterá os parâmetros de temperatura especificados na sala, controlando os radiadores ou sistemas de ar condicionado e ventilação. A casa intelectual pode controlar equipamentos de segurança e fogo e, em caso de situações de emergência, envie uma notificação ao telefone do proprietário ou estruturas correspondentes por mensagem de voz ou SMS.

Como tudo começou

X10 – um dos primeiros padrões abertos da indústria, desenvolvido para sistemas de automação residencial pela Pico Electronics (Scotland, Glenrothes) em 1975. Inicialmente, a empresa se dedicava ao projeto e fabricação de microcircuitos e microcalculadores. A primeira experiência de expansão da esfera de produção tornou-se muito bem sucedida comercialmente. A plataforma X10 rapidamente ganhou popularidade entre os desenvolvedores do conceito de uma casa inteligente e deu um impulso tangível ao desenvolvimento desta indústria. As tentativas de criar essa interface foram feitas por outras empresas, mas não foram particularmente bem-sucedidas.

Por seu tempo X10 é um protocolo com boa imunidade ao ruído. A popularidade foi promovida pelo baixo custo comparativo do equipamento, orientação dos desenvolvedores em automação doméstica, suporte e suporte técnico. No continente norte-americano, o padrão ainda está em demanda e generalizado. Seguindo o desenvolvedor da empresa, uma ampla gama de dispositivos compatíveis com X10 começou a produzir corporações gigantes IBM e Philips.

Atualmente, a Pico Electronics foi transformada em X10 INC (EUA) com a marca PowerHouse.

Classificação do equipamento

O hardware da rede X10 é um conjunto de dispositivos interligados por uma rede elétrica padrão ou canal de rádio. O sistema básico deve incluir:

• Transmissores – controladores, formando e enviando comandos, módulos de controle (com interface de computador ou autônomo), temporizadores programáveis com diferentes intervalos de tempo, controles remotos (infravermelho ou canal de rádio).
• Receptores – dispositivos executivos que executam os comandos recebidos: módulos de lâmpada e dimmers de cartucho, dimmer e blocos de saída, todos os tipos de unidades.

No caso de construir uma rede maior ou estender uma existente, o equipamento auxiliar é freqüentemente usado:

• Transceptores que recebem sinais de comando de controladores remotos com conversão adicional para o protocolo de comunicação X10 antes de serem enviados para a rede elétrica.
• Repetidores e amplificadores de sinal.
• Filtros que reduzem o efeito de interferências eletromagnéticas.
• Pontes Interfase, para redes elétricas de 380 V (passivas ou ativas, para edifícios com uma área de mais de 300 m ²⁾ .
• Dispositivos de medição que simplificam a instalação e o comissionamento, sensores (movimento, iluminação, etc.).

Os equipamentos produzidos por diferentes empresas geralmente têm aparência, funcionalidade e rotulagem semelhantes. Os dispositivos têm designs diferentes, dependendo dos requisitos de colocação; Para instalação em uma linha, em um trilho DIN em armários elétricos padrão, micromodules para caixas de distribuição oculta de fiação oculta.
A automação da vida pode começar com vários módulos básicos e, em seguida, aumentar gradualmente a escala e expandir a funcionalidade, adicionando novas unidades de hardware.

Exemplos de base de elementos

A base para um módulo X10 típico é um microcontrolador programável. De acordo com um determinado algoritmo, ele controla o funcionamento do circuito eletrônico do dispositivo, que alimenta os sinais gerados recebidos da rede de energia externa e converte os impulsos de saída para transmissão de retorno para a rede. Como microcomputadores, controladores de produção em série (por exemplo, PIC ou AVR da Microchip e Atmel, respectivamente) podem ser usados.

Para controlar a iluminação no conceito de uma casa "inteligente", os módulos de relé de lâmpada X10 são amplamente utilizados. Existem duas modificações: são inseridas em uma saída padrão para conexão de lâmpadas de chão, lâmpadas de mesa (LM12) ou feitas sob a forma de um adaptador entre o cabo de iluminação e uma lâmpada padrão com tomada E27, até 100 W (LM15S).

O controle da engenharia elétrica doméstica é realizado com a ajuda de módulos de tomadas de instrumentos. Por exemplo, o módulo AM12 parece uma lâmpada de tubo, mas não suporta comandos específicos para iluminação (veja abaixo).

Software

Implementar o protocolo X10 no computador ajudará produtos de software do nível superior.

ActiveHome Software – software livre para computadores pessoais com base em sistemas operacionais WINDOWS do desenvolvedor da plataforma X10. O pacote inclui uma grande quantidade de utilitários e drivers de dispositivos, bem como uma versão móvel do programa.

ActiveHomePro – software para interface de computador CM-15 (transceptor de rádio, 433 MHz) com conexão via porta USB. Permite controlar a iluminação e eletrodomésticos com os algoritmos, gráficos e temporizadores necessários a partir de um computador pessoal ou off-line a partir de um console sem fio.

X10 Commander (Melloware Inc) – software distribuído gratuitamente para qualquer sistema operacional, permitindo o PC baseado em criar um serviço de gerenciamento multifuncional e integrar o protocolo X10 no telefone e em qualquer dispositivo móvel (iOS / Android).

Russian LLC "Laboratório de Tecnologias Domésticas" oferece aos consumidores um dispositivo conveniente na plataforma X10 – um painel VGA de ecrã táctil cheio XTS-36. O dispositivo autônomo possui uma interface gráfica conveniente. O gerenciamento do protocolo X10 e monitoramento do sistema de iluminação inteligente permanece confortável, com excelente visualização, mas elimina a necessidade de um computador funcionar continuamente em segundo plano. O kit inclui drivers e software para prescrever o endereçamento de dispositivos X10 e os parâmetros básicos da configuração inicial, para a compilação de vários cenários.

X10. Protocolo em detalhe

O meio físico para troca de informações em linhas de energia é a transmissão / recepção de fragmentos de oscilações sinusoidais de alta freqüência (120 kHz) com uma amplitude de 5 V e uma duração de 1 ms / 630 μs em cada meio ciclo da tensão da rede, em janelas formadas imediatamente após cruzar a marca zero. Em circuitos trifásicos, são formadas janelas semelhantes em cada fase, isto é, com uma mudança de 60 graus com o uso adicional de pontes interfásicas. Se o dispositivo na janela de recepção receber uma parcela em que haja pelo menos 48 oscilações, então a considera como uma "unidade" lógica, no caso inverso – como um "zero" lógico. A transmissão do bit de informação leva dois meia-períodos da tensão da rede. E no segundo, o valor inverso é traduzido, o que não só melhora a imunidade ao ruído, mas também serve para identificar o código de sincronização durante a transmissão de pacotes.

X10 é um protocolo no qual um pacote único padrão (frame, frame) é transmitido ao longo de 11 períodos. Contém:

• O código de sincronização é de 2 bits,
• O código do módulo é de 4 bits,
• O código de construção é de 5 bits.

Cada pacote, sem qualquer intervalo, é transmitido duas vezes seguidas. Antes da transmissão do segundo pacote seguinte, é mantida uma pausa em 3 períodos de tensão de rede (exceção – comandos de escurecimento para o brilho transmitido por um fluxo contínuo).

Os painéis de controle IR nas redes X10 operam através do protocolo X10-IR a uma freqüência portadora de 40 kHz. O canal de rádio (protocolo X10-RF), dependendo da região, tem um intervalo de 310 a 434 MHz.

Sistema de endereçamento e comando

O número máximo de módulos na rede X10 é 256. Em cada módulo há dois comutadores com 16 posições fixas. A primeira opção – o código da casa (código de origem) é usado para selecionar uma categoria ou grupo de dispositivos. Tem uma designação de carta de posições de A para P. No segundo, as posições fixas são designadas por números de 1 a 16 e indicam um módulo específico na rede (código da unidade). Assim, cada dispositivo recebe um número único composto por uma letra e números. Por exemplo; A5, M14, etc. Os controladores do sistema, em contraste com os módulos executivos, normalmente não requerem configurações de endereçamento.

A idéia de comandos de plataforma existentes e as ações correspondentes podem ser obtidas a partir da tabela.

As principais vantagens …

X10 é um protocolo de uma classe de automação doméstica de baixo orçamento que usa redes de energia existentes para transmitir informações e mensagens de comando. Não há necessidade de estabelecer novas comunicações, o que é especialmente importante em lares com trabalhos de acabamento ou acabamento. Você pode usar a fiação de rede ou usar o canal de rádio – a gama de equipamentos oferecidos pelos fabricantes torna possível implementar ambas as variantes ou uma combinação delas. O custo dos dispositivos, em comparação com plataformas mais modernas, também é agradavelmente agradável.

A próxima vantagem é flexibilidade de aplicação e facilidade de instalação, o que não requer habilidades e habilidades especiais. O sistema é caracterizado por uma excelente escalabilidade e escalabilidade. Os módulos são conectados de acordo com os princípios Plug & Power (habilitado e controlado). Toda a configuração é configurar o novo componente como um endereço exclusivo. Uma automação adicional fará tudo em si.

A separação da infra-estrutura de iluminação em zonas é bastante simplificada. É suficiente atribuir a mesma letra aos dispositivos do mesmo grupo (código de construção), e quando o comando de transmissão apropriado é fornecido, a luz nessa zona será ativada ou desativada.

O protocolo aberto é outra vantagem da plataforma, o que implica uma integração fácil com qualquer sistema de controle, a possibilidade de usar produtos de instalação elétrica de terceiros ao projetar uma rede.

… e desvantagens

A principal vantagem da interface X10 é a transmissão do sinal de informação na fiação de energia – é também a principal fonte de seus problemas.

Baixa velocidade. A transmissão do comando leva cerca de um segundo, ou seja, o atraso na execução do comando é realmente tangível, mesmo quando o controle de um dispositivo. E, no processo de elaboração do cenário incorporado, o atraso pode tornar-se incrivelmente inaceitável. Como a velocidade de transmissão da informação está ligada à freqüência da tensão de alimentação, não é possível aumentá-la.

Baixa imunidade ao ruído. A abundância de eletrodomésticos em uma casa moderna aumenta dramaticamente o nível de interferência na rede de energia, afeta negativamente a relação sinal-ruído, o que, por sua vez, afeta a qualidade do intercâmbio de informações entre os módulos X10. Daí as conseqüências – falha na execução de comandos ou falha de comutação. Ao construir grandes redes, o problema pode ser a limitação do campo de endereço, já que apenas 256 dispositivos podem se conectar ao protocolo X10.

A desarmamento do equipamento transmissor pode levar à imposição de pacotes e colisões, como resultado, nenhum dos comandos será executado. É impossível corrigir fundamentalmente a situação.

Não há procedimentos para diferenciar o acesso, não há proteção contra ações não autorizadas de terceiros. Finalmente, é impossível criar esquemas de controle complexos para eletrodomésticos e iluminação, com a realização da função de autodiagnóstico do sistema e dos dispositivos incluídos nela.

Modificações X10

As deficiências listadas são principalmente corrigidas nas seguintes gerações de sistemas de automação doméstica da chamada arquitetura de ônibus (a transmissão de sinal ocorre em um barramento dedicado / pavimentado com tensão de alimentação de baixa tensão).

Por sua vez, desenvolvedores e fabricantes de equipamentos X10 tomaram medidas para melhorar e modificar a plataforma existente. O resultado foi o formato X10Extended com um sistema de comando estendido . Uma vantagem indubitável da plataforma modificada foi a regulação do procedimento para acessar transmissores para o tronco, eliminando colisões e ampliando as funções do comando do Código Exteded 1 com a alteração do formato do pacote.

A modificação adicional do X10Extended levou à criação do formato A10, no qual o campo de endereços foi significativamente expandido (até 4096 módulos) e adicionou várias funções de serviço (disponível apenas em dispositivos fabricados pelo desenvolvedor). Os protocolos A10 e X10 são absolutamente compatíveis, o que permite operar ambos os módulos no mesmo sistema.

Breves resumos, é difícil não concordar que a primeira interface de automação residencial do passado, quase cinquenta anos, é moralmente obsoleta. As tentativas de modernização, que relembram o remendo do teto durante a estação chuvosa, corram corretamente a situação não está em posição. Mas as características orçamentais da plataforma ainda o mantêm no mercado de sistemas inteligentes, e os equipamentos X10 são produzidos e vendidos ativamente.

As empresas domésticas prevêem a interface de uma nova onda de popularidade. Os consumidores recebem uma ampla gama de dispositivos individuais e soluções prontas para uma casa "inteligente" na plataforma X10.