X10 (отраслевой стандарт)

X10 — это протокол связи между электронными устройствами, используемыми для домашней автоматизации ( домотехники ). В основном для передачи сигналов и управления используется проводка по линии электропередачи , где сигналы представляют собой короткие радиочастотные импульсы, представляющие цифровую информацию. беспроводной радиосвязи Также определен транспортный протокол на основе .

X10 был разработан в 1975 году компанией Pico Electronics из Гленротса, Шотландия , для обеспечения дистанционного управления домашними устройствами и бытовой техникой. Это была первая домашняя сетевая технология общего назначения, которая остается наиболее широко доступной. ^{[ нужна ссылка ]}. ^[1]

Хотя существует ряд альтернатив с более высокой пропускной способностью , X10 остается популярным в домашней среде с миллионами устройств, используемых по всему миру, и недорогой доступностью новых компонентов.

История

В 1970 году группа инженеров основала компанию в Гленротсе, Шотландия . Pico Electronics ^[2] Компания разработала первый одночиповый калькулятор . ^[1] калькуляторов Когда цены на интегральные схемы начали падать, Пико переориентировался на коммерческие продукты, а не на простые микросхемы.

В 1974 году инженеры Pico совместно разработали проигрыватель пластинок для пластинок ADC Accutrac 4000 совместно с Birmingham Sound Reproducers , в то время крупнейшим производителем устройств смены пластинок в мире. Его можно было запрограммировать на воспроизведение выбранных треков и управлять им с помощью пульта дистанционного управления с использованием ультразвуковых сигналов, что породило идею дистанционного управления освещением и бытовой техникой. К 1975 году был задуман проект X10, названный так потому, что это был десятый проект. В 1978 году продукция X10 начала появляться в RadioShack и Sears магазинах . Вместе с BSR было сформировано партнерство под названием X10 Ltd. В то время система состояла из 16-канальной командной консоли, модуля лампы и модуля устройства. Вскоре появился модуль настенного выключателя и первый таймер X10.

В 1980-х годах был выпущен компьютерный интерфейс CP-290. Программное обеспечение для интерфейса работает на Commodore 64 , Apple II , Macintosh , MS-DOS и Microsoft Windows .

В 1985 году BSR прекратила свою деятельность и была основана X10 (США) Inc. В начале 1990-х годов потребительский рынок был разделен на две основные категории: сверхвысококлассный с бюджетом в 100 000 долларов США и массовый рынок с бюджетом от 2 000 до 35 000 долларов США. CEBus (1984) и LonWorks (1991) были попытками повысить надежность и заменить X10.

Бренды

Компоненты X10 продаются под различными торговыми марками:

X10 Электростанция
Х10 Про
X10 Активный дом
Radio Shack Plug 'n Power
Центральная система управления Левитон (CCS)
Электронное управление Левитон Декора
Sears Система домашнего управления
Стэнли Лайтмейкер
Стэнли Хоумлинк
Блэк энд Декер Фривайр
IBM Домашний директор
RCA Домашнее управление
GE Homeminder
Передовые технологии управления (ACT)
Магнавокс Домашняя безопасность
НюТон
Бить
Умный дом
Безопасность прежде всего
ИМЕТЬ ЗНАЧЕНИЕ
ГлавнаяПровидец

Обзор управления несущей линией электропередачи

Бытовая электропроводка , питающая освещение и бытовую технику, используется для передачи цифровых данных между устройствами X10. Эти данные кодируются на несущей частотой 120 кГц , которая передается в виде пакетов во время относительно тихих переходов через ноль частотой 50 или 60 Гц переменного тока сигнала . При каждом пересечении нуля передается один бит. ^[3]

Цифровые данные состоят из адреса и команды , отправляемой контроллером управляемому устройству. Более продвинутые контроллеры также могут запрашивать столь же продвинутые устройства, чтобы сообщить их статус. Это состояние может быть таким же простым, как «выключено» или «включено», или текущий уровень затемнения, или даже температура или показания другого датчика . лампа, телевизор Устройства обычно подключаются к стене, к которой подключается или другой бытовой прибор; однако некоторые встроенные контроллеры также доступны для настенных выключателей и потолочных светильников.

Относительно высокочастотная несущая волна , несущая сигнал, не может проходить через силовой трансформатор или через фазы многофазной системы . В системах с разделенной фазой сигнал может быть пассивно передан от одной ветви к другой с помощью пассивного конденсатора , но для трехфазных систем или там, где конденсатор обеспечивает недостаточную связь активный повторитель , можно использовать X10. Чтобы сигналы могли быть связаны между фазами и при этом соответствовать точке пересечения нуля каждой фазы, каждый бит передается три раза в каждом полупериоде со смещением на 1/6 периода.

Также может оказаться желательным заблокировать выход сигналов X10 за пределы локальной зоны, чтобы, например, элементы управления X10 в одном доме не мешали элементам управления X10 в соседнем доме. В этой ситуации индуктивные фильтры можно использовать для ослабления сигналов X10, входящих в локальную зону или выходящих из нее.

Протокол

Независимо от того, используется ли линия электропередачи или радиосвязь, пакеты, передаваемые с использованием протокола управления X10, состоят из четырехбитного кода дома , за которым следуют один или несколько четырехбитных единичных кодов и, наконец, за которым следует четырехбитная команда. Для удобства пользователей, настраивающих систему, четырехбитный код дома выбирается в виде буквы от A до P, а четырехбитный код устройства представляет собой число от 1 до 16.

При установке системы каждое управляемое устройство настраивается на ответ на один из 256 возможных адресов (16 кодов домов × 16 кодов объектов); каждое устройство реагирует на команды, адресованные конкретно ему, или, возможно, на несколько широковещательных команд.

Протокол может передавать сообщение с надписью «выберите код A3», за которым следует «включить», которое дает команду блоку «A3» включить свое устройство. Перед подачей команды можно обратиться к нескольким юнитам, что позволяет команде одновременно воздействовать на несколько юнитов. Например, «выбрать A3», «выбрать A15», «выбрать A4» и, наконец, «включить» приводит к включению всех модулей A3, A4 и A15.

Обратите внимание, что не существует ограничений, запрещающих использование более одного кода дома в одном доме. Команды «все освещение включено» и «все устройства выключены» будут влиять только на один код дома, поэтому при установке с использованием нескольких кодов дома устройства фактически разделяются на отдельные зоны.

Односторонний против двустороннего

Недорогие устройства X10 только получают команды и не подтверждают свой статус остальной части сети. Устройства с двусторонним контроллером обеспечивают более надежную сеть, но стоят в два-четыре раза дороже и требуют двусторонних устройств X10. ^[4]

Список команд X10

Код	Функция	Описание	В одну сторону	двухсторонний
0 0 0 0	Все агрегаты выключены	Выключите все устройства с кодом дома, указанным в сообщении.	Х
0 0 0 1	Все огни включены	Включает все осветительные приборы (с возможностью регулировки яркости)	Х
0 1 1 0	Все огни выключены	Выключает все осветительные приборы	Х
0 0 1 0	На	Включает устройство	Х
0 0 1 1	Выключенный	Выключает устройство	Х
0 1 0 0	Дим	Уменьшает интенсивность света	Х
0 1 0 1	Яркий	Увеличивает интенсивность света	Х
0 1 1 1	Расширенный код	Код расширения		Х
1 0 0 0	Приветственный запрос	Запрашивает ответ от устройства(ов) с кодом дома, указанным в сообщении.		Х
1 0 0 1	Приветствую признание	Ответ на предыдущую команду		Х
1 0 1 0	Предустановленная яркость	Позволяет выбрать два предустановленных уровня интенсивности света.		Х
1 1 0 1	Статус включен	Ответ на запрос статуса, указывающий, что устройство включено		Х
1 1 1 0	Статус выключен	Ответ, указывающий, что устройство выключено		Х
1 1 1 1	Запрос статуса	Запрос, требующий статуса устройства		Х

Список кодировок домов и квартир X10

Обратите внимание, что двоичные значения кодов домов и квартир совпадают, но они не представляют собой прямую двоичную последовательность. За кодом устройства следует один дополнительный бит «0», чтобы отличить его от кода команды (подробно описано выше).

Кодекс дома	Код устройства	Двоичное значение
А	1	0 1 1 0
Б	2	1 1 1 0
С	3	0 0 1 0
Д	4	1 0 1 0
И	5	0 0 0 1
Ф	6	1 0 0 1
Г	7	0 1 0 1
ЧАС	8	1 1 0 1
я	9	0 1 1 1
Дж	10	1 1 1 1
К	11	0 0 1 1
л	12	1 0 1 1
М	13	0 0 0 0
Н	14	1 0 0 0
ТО	15	0 1 0 0
П	16	1 1 0 0

Подробности физического уровня

При прохождении переменного тока частотой 60 Гц каждый передаваемый бит требует двух пересечений нуля. Бит «1» представлен активным пересечением нуля, за которым следует неактивное пересечение нуля. Бит «0» представлен неактивным пересечением нуля, за которым следует активное пересечение нуля. Активное пересечение нуля представлено 1-миллисекундным импульсом частотой 120 кГц в точке перехода через ноль (номинально 0°, но в пределах 200 микросекунд от точки пересечения нуля). Неактивное пересечение нуля не будет иметь импульс сигнала частотой 120 кГц.

Чтобы обеспечить предсказуемую начальную точку, каждый передаваемый кадр данных всегда начинается со стартового кода , состоящего из трех активных пересечений нуля, за которыми следует неактивное пересечение. Поскольку все биты данных передаются как одно активное и одно неактивное (или одно неактивное и одно активное) пересечение нуля, стартовый код, имеющий три активных перехода подряд, может быть однозначно обнаружен. Многие диаграммы протокола X10 представляют этот стартовый код как «1110», но важно понимать, что это относится к переходам через нуль, а не к битам данных.

Сразу после стартового кода появляется 4-битный код дома (обычно представленный буквами от A до P на интерфейсных модулях), а после кода дома следует 5-битный код функции . Коды функций могут указывать код номера устройства (1–16) или код команды. Номер устройства или код команды занимает первые 4 из 5 битов. Последний бит — это 0 для кода устройства и 1 для кода команды. Несколько кодов модулей могут быть переданы последовательно, прежде чем код команды будет окончательно отправлен. Команда будет применена ко всем отправленным кодам объектов. Также возможно отправить сообщение без кодов объектов, только код дома и код команды. Это будет применяться к команде последней ранее отправленной группы кодов объектов.

Один стартовый код, один домашний код и один код функции известны как кадр X10 и представляют собой минимальные компоненты допустимого пакета данных X10.

Каждый кадр отправляется дважды подряд, чтобы убедиться, что получатели распознают его несмотря на любой шум линии электропередачи , в целях резервирования, надежности и для работы с ретрансляторами линии. После включения повторной передачи, управления линией и т. д. скорость передачи данных составляет около 20 бит/с , что делает передачу данных X10 настолько медленной, что технология ограничивается включением и выключением устройств или другими очень простыми операциями.

Всякий раз, когда данные изменяются с одного адреса на другой адрес, с адреса на команду или с одной команды на другую команду, кадры данных должны быть разделены как минимум шестью четкими пересечениями нуля (или «000000»). Последовательность шести нулей сбрасывает аппаратное обеспечение декодера устройства.

Более поздние разработки аппаратного обеспечения (1997 г.) представляют собой усовершенствования исходного оборудования X10. В Европе (2001 г.) для рынка 230 В переменного тока, 50 Гц. Все улучшенные продукты используют один и тот же протокол X10 и совместимы.

Радиочастотный протокол

Чтобы обеспечить возможность использования беспроводных клавиатур, дистанционных переключателей, датчиков движения и т. д., также определен радиочастотный протокол. Беспроводные устройства X10 отправляют пакеты данных, которые практически идентичны протоколу NEC, ИК- используемому многими ИК-пультами дистанционного управления, а затем радиоприемник обеспечивает мост , который преобразует эти радиопакеты в обычные пакеты управления линией электропередачи X10. Беспроводной протокол работает на частоте 310 МГц в США и 433,92 МГц в европейских системах.

Устройства, доступные с использованием радиопротокола, включают в себя:

Контроллеры клавиатуры, например X10 Palm Pad HR12A («кликеры»)
Контроллеры брелков, которые могут управлять от одного до четырех устройств X10, например KR19A.
Модули охранной сигнализации, которые могут передавать данные датчиков
Пассивные инфракрасные переключатели для управления освещением и звонками Х-10.
Непассивные информационные всплески

Аппаратная поддержка

Модули устройства

В зависимости от нагрузки, которой необходимо управлять, необходимо использовать разные модули. Для ламп накаливания можно модуль лампы или модуль настенного выключателя использовать . Эти модули переключают питание с помощью переключателя TRIAC полупроводникового , а также способны регулировать яркость ламповой нагрузки. Ламповые модули практически бесшумны в работе и обычно рассчитаны на управление нагрузкой примерно от 60 до 500 Вт .

Для нагрузок, отличных от ламп накаливания, таких как люминесцентные лампы , газоразрядные лампы высокой интенсивности и бытовые электроприборы , электронное переключение на основе симистора в ламповом модуле непригодно, и модуль прибора вместо него необходимо использовать . Эти модули переключают питание с помощью импульсного реле . В США эти модули обычно рассчитаны на управление нагрузкой до 15 ампер (1800 Вт при 120 В).

Многие модули устройств предлагают функцию, называемую локальным управлением . Если модуль выключен, нажатие выключателя питания на лампе или приборе приведет к включению модуля. Таким образом, лампу или кофейник можно зажечь без необходимости использования контроллера X10. Модули настенных переключателей могут не обеспечивать эту функцию. В результате старые модули устройства могут не работать, например, при очень низкой нагрузке, такой как светодиодная настольная лампа мощностью 5 Вт.

Некоторые модули настенных выключателей предлагают функцию, называемую локальным затемнением . Обычно локальная кнопка модуля настенного выключателя просто обеспечивает включение/выключение без возможности локального затемнения управляемой лампы. Если предлагается локальное затемнение, удерживание кнопки приведет к циклическому переключению диапазона яркости лампы.

Модули более высокого класса имеют более продвинутые функции, такие как программирование уровней, настраиваемая скорость затухания, возможность передачи команд при использовании (так называемые двусторонние устройства) и сцен поддержка .

Существуют сенсорные модули, которые определяют и сообщают о температуре, освещении, инфракрасном излучении, движении или открытии и закрытии контактов. Модули устройств включают термостаты, звуковые сигналы тревоги и контроллеры для выключателей низкого напряжения.

Контроллеры

Контроллеры X10 варьируются от чрезвычайно простых до очень сложных.

Простейшие контроллеры рассчитаны на управление четырьмя устройствами Х10 по четырем последовательным адресам (1–4 или 5–8). Контроллеры обычно содержат следующие кнопки:

Блок 1 вкл./выкл.
Блок 2 вкл./выкл.
Блок 3 вкл./выкл.
Блок 4 вкл./выкл.
Увеличить/затемнить (последняя выбранная единица)
Все освещение включено/все устройства выключены

Более сложные контроллеры могут управлять большим количеством устройств и/или включать таймеры, которые выполняют заранее запрограммированные функции в определенное время каждый день. Также доступны устройства, в которых используются пассивные инфракрасные детекторы движения или фотоэлементы для включения и выключения света в зависимости от внешних условий.

Наконец, доступны очень сложные устройства, которые можно полностью запрограммировать и/или контролировать с помощью программного обеспечения под названием Active Home, такого как последовательный интерфейс CM11A. Эти системы могут выполнять множество различных синхронизированных событий, реагировать на внешние датчики и выполнять нажатием одной кнопки всю сцену , включая освещение, устанавливая уровни яркости и так далее. Программы управления доступны для компьютеров под управлением Microsoft Windows , Apple Macintosh , Linux и FreeBSD операционных систем .

охранной сигнализации Также имеются системы . Эти системы содержат датчики дверей и окон, а также датчики движения, которые используют кодированный радиочастотный (РЧ) сигнал для определения момента их срабатывания или просто для регулярной проверки и подачи тактового сигнала, чтобы показать, что система все еще работает. активный. Пользователи могут ставить и снимать с охраны свою систему с помощью нескольких различных пультов дистанционного управления, которые также используют закодированный радиочастотный сигнал для обеспечения безопасности. При срабатывании тревоги консоль совершает исходящий телефонный звонок с записанным сообщением. Консоль также будет использовать протоколы X10 для мигания света при срабатывании сигнализации, в то время как консоль безопасности подает внешнюю сирену. Используя протоколы X10, сигналы также будут отправляться на удаленные сирены для дополнительной безопасности.

Мосты

Существуют мосты для перевода X10 в другие домашние стандарты (например, KNX ). ioBridge можно использовать для трансляции протокола X10 в API веб-сервиса через интерфейсный модуль Powerline X10 PSC04. Домашний контроллер magDomus от Magnocomp обеспечивает взаимосвязь и взаимодействие между большинством технологий домашней автоматизации.

Термостат

Поскольку X10 является открытым стандартом, такие компании, как RCS, выпустили управляемый термостат x10 модели TX15-B, которым можно управлять через веб-интерфейс или компьютер, на котором установлено программное обеспечение X10, такое как HAL или HomeSeer.

Ограничения

Совместимость

Твердотельные переключатели, используемые в элементах управления X10, пропускают очень небольшой ток утечки. Компактные люминесцентные лампы могут мигать в выключенном состоянии; Производители КЛЛ не рекомендуют управлять лампами с помощью твердотельных таймеров или пультов дистанционного управления.

Некоторые контроллеры X10 с симисторными полупроводниковыми выходами могут не работать с устройствами малой мощности (ниже 50 Вт) или такими устройствами, как люминесцентные лампы, из-за тока утечки устройства. Эту проблему может решить модуль устройства с реле с металлическими контактами. Многие старые устройства имеют функцию «местного управления», при которой реле намеренно шунтируется резистором высокого номинала; Затем модуль может обнаружить собственный переключатель устройства и включить реле при срабатывании местного переключателя. Этот измерительный ток может быть несовместим со светодиодными или КЛЛ-лампами.

Не все устройства можно использовать с диммером. Люминесцентные лампы не регулируются с помощью диммеров для ламп накаливания; некоторые модели компактных люминесцентных ламп имеют регулируемую яркость, но стоят дороже. Приборы с электроприводом, такие как вентиляторы и т. д., как правило, не будут работать должным образом при использовании диммера.

Проводка и источники помех

Одной из проблем с X10 является чрезмерное затухание сигналов между двумя токоведущими проводниками в 3-проводной системе 120/240 В, используемой в типичном жилом строительстве в Северной Америке . Сигналы передатчика на одном проводе под напряжением могут не распространяться через высокое сопротивление обмотки распределительного трансформатора на другой провод под напряжением. Часто просто не существует надежного пути, позволяющего сигналам X10 распространяться от одного провода ветви трансформатора к другому; этот сбой может возникать и исчезать при включении и выключении больших устройств на 240 В, таких как печи или сушилки. (При включении такие устройства обеспечивают низкоомный мост для сигналов X10 между двумя проводами опоры.) Эту проблему можно окончательно решить, установив конденсатор между проводами опоры в качестве пути для сигналов X10; производители обычно продают соединители сигналов, которые подключаются к розеткам на 240 В и выполняют эту функцию. активное репитерное Более сложные установки устанавливают между ногами устройство, а другие сочетают усилители сигнала с устройством связи. Репитер также необходим для межфазной связи в домах с трехфазная электроэнергия . Во многих странах за пределами Северной Америки целые дома обычно подключены к одному однофазному проводу на 240 В, поэтому этой проблемы не возникает.

Телевизионные приемники или бытовые беспроводные устройства могут вызывать ложные сигналы «выключено» или «включено». Фильтрация шума (установленная на компьютерах, а также на многих современных устройствах) может помочь исключить внешний шум из сигналов X10, но фильтры шума, не предназначенные для X10, также могут ослаблять сигналы X10, передаваемые по ответвленной цепи, к которой подключено устройство.

Некоторые типы источников питания, используемые в современном электронном оборудовании, таком как компьютеры, телевизионные приемники и спутниковые приемники, ослабляют проходящие сигналы X10, обеспечивая путь с низким импедансом для высокочастотных сигналов. Обычно конденсаторы, используемые на входах этих источников питания, замыкают сигнал X10 с линии на нейтраль, подавляя любую надежду на управление X10 в цепи рядом с этим устройством. Доступны фильтры, которые блокируют попадание сигналов X10 на такие устройства; подключение проблемных устройств к таким фильтрам может устранить таинственные периодические сбои X10.

Наличие резервного источника питания или резервного источника питания, например, используемого в компьютерах или других электронных устройствах, может полностью вывести из строя эту ногу в бытовой установке из-за фильтрации, используемой в источнике питания.

Команды теряются

Сигналы X10 могут передаваться только по одной команде за раз, сначала путем обращения к устройству для управления, а затем отправки операции для выполнения этим устройством. Если два сигнала X10 передаются одновременно, они могут конфликтовать или чередоваться, что приводит к командам, которые либо не могут быть декодированы, либо вызывают неправильные операции. Трансиверы CM15A и RR501 позволяют избежать конфликтов сигналов, которые иногда могут возникать в других моделях.

Недостаток скорости

Протокол X10 медленный. Передача адреса устройства и команды занимает примерно три четверти секунды. Хотя обычно это незаметно при использовании настольного контроллера, это становится заметной проблемой при использовании двухпозиционных переключателей или при использовании какого-либо компьютеризированного контроллера. Очевидную задержку можно несколько уменьшить, используя более медленные скорости затемнения устройства. В более продвинутых модулях другим вариантом является использование расширенных команд группового управления (сцены освещения). Они позволяют настраивать сразу несколько модулей одной командой.

Ограниченная функциональность

Протокол X10 поддерживает более расширенный контроль над скоростью затемнения, прямую настройку уровня затемнения и групповое управление (настройки сцены). Это делается с помощью расширенного набора сообщений, который является официальной частью стандарта X10. Однако поддержка всех расширенных сообщений не является обязательной, и многие более дешевые модули реализуют только базовый набор сообщений. Это требует настройки каждой цепи освещения одну за другой, что может быть визуально непривлекательно, а также очень медленно.

Помехи и отсутствие шифрования

Стандартные протоколы линии электропередачи X10 и радиочастотные протоколы не поддерживают шифрование и могут адресовать только 256 устройств. Нефильтрованные сигналы линии электропередачи от близких соседей, использующих одни и те же адреса устройств X10, могут создавать помехи друг другу. Аналогичным образом могут быть приняты мешающие радиочастотные сигналы, причем любой человек, находящийся поблизости с радиочастотным пультом X10, может легко или намеренно или невольно вызвать хаос, если в помещении используется устройство радиочастотной линии электропередачи.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Рай, Дэйв (октябрь 1999 г.). «Моя жизнь в X10» . Электронный журнал индустрии AV и автоматизации . Архивировано из оригинала 15 октября 2016 г. Проверено 10 октября 2019 г.
^ История X10
^ «Как работает X10» . www.smarthomeusa.com . Архивировано из оригинала 02 апреля 2019 г. Проверено 8 марта 2016 г.
^ «Односторонние и двусторонние модули — Информация о домашних технологиях — hmtech.info» . Automation.hmtech.info . Проверено 8 марта 2016 г.

Внешние ссылки

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Рай, Дэйв (октябрь 1999 г.). «Моя жизнь в X10» . Электронный журнал индустрии AV и автоматизации . Архивировано из оригинала 15 октября 2016 г. Проверено 10 октября 2019 г.

[x10hist-2] История X10

[3] «Как работает X10» . www.smarthomeusa.com . Архивировано из оригинала 02 апреля 2019 г. Проверено 8 марта 2016 г.

[4] «Односторонние и двусторонние модули — Информация о домашних технологиях — hmtech.info» . Automation.hmtech.info . Проверено 8 марта 2016 г.

[1]

[2]

[3]

[4]