利用电力线实现住宅智能化
20多年来,人们一直在努力寻找各种能将住宅智能控制实用化、市场化的最佳办法,特别是美国、日本、英国和法国都相继推出了各种形式的控 制系统,从单功能到多功能,从简单控制到智能控制,但总是不能完全令人满意,关键问题就在于控制模式和通信手段。
随着现代工业自动控制和计算机微处理技术的发展,使家庭自动化从设想进入了应用,特别是总线协议和集散控制使家庭自动化控制向智能化方向迈进了一大步。但在数据通信方面花样百出,包括无线通信、红外线、光纤、同轴电缆、双绞线等,在实用上却出现了不少麻烦。人们一般不愿穿墙打孔,不愿付出更多额外负担。于是,不断寻找适当的方法,要为用户做到灵活、实用、可靠、简单和廉价,就对家庭自动化系统的市场化和实用化提出了挑战。于是,人们开始着手考虑电力线的利用。
1978年,最早诞生于美国的住宅自动化系统X-10打破这一僵局,至今仍是美国家庭自动化的主导系统。X-10系统是一种电力配线方式的住宅智能化系统,直接利用住宅电力线作为控制总线,通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制,不必再穿墙打孔,更利于改变结构和空间,用户可自己动手安装,价格也较低廉。
最近,英国在电力线媒介开发方面又取得了突破性进展,用户可通过电力线进入Internet网,它从简单的数据传输提高到了网络联接。法国也不示弱,已推出了电力线调制解调器集成电路,使住宅智能化产品向市场化方向进一步推进。
我国利用电力载波进行通信和控制的产品也不少,但由于它多限于电力系统的远程通信和调度控制领域,虽然,国内已有不少单位和个人开发出各种类似于住宅智能控制的产品,但都因没有实用化而夭折。目前,市场上已出现了类似于自动电源开关、电话保姆、自动报警器等各种利用电力线和电话线的家庭电器控制产品,但在可靠性、系统性、开放性等方面都面临着市场挑战。
2 住宅智能化总线协议
在住宅智能化系统中总线协议是其精髓所在,由于不同系统的协议之间的相互不兼容,对家庭自动化的市场化影响很大。在美国目前主要竞争的总线协议有:·Echelon Corp的LONworks协议·电子工业协会(EIA)的CE总线协议(CBb11S)·Smart House LP的智能屋协议·X-10(USA)Corp的X-10协议
在四种协议中X-10是历史最长、最简单的一种,LONworks目前已建立的节点已超过了50万个,而CEb11s作为电子工业推广协议与欧洲出现的EHS 标准又是欧美家庭自动化电子产品的工业界推荐标准。
3 住宅智能化的主要应用功能
住宅智能化的主要功能集中在家庭安全报警、电话远程控制、红外集中遥控、自动抄表控制及小区物业管理等方面。传输信道主要采用无线、有线和电力线。
应用最多、最实用的功能主要是自动报警(如盗警、火警、煤气泄漏、紧急呼救等)和电话远程控制家电(如空调、热水器、电灯、电视等)。 它的主要特点是充分利用了电话网这一现成的通信手段。
手持集中遥控功能应该说是住宅智能化系统中不可缺少的部分,它能够实现对无遥控功能的电器设施遥控(如电灯、抽风机、电门锁等)。
随着智能小区的开发,人们对小区物业管理更加重视,它已经成为住宅层次的标志之一。因此,智能化住宅与小区之间组成管理体系,是该系统最突出的特点。小区通过网络系统能与智能化住宅互联，形成守望相助的有机体系。在物业管理 (如水、电、气、抄表、能源控制、故障维修等)及安全防范(如自动巡访、事件记录、辅助报警等)方面是一场革命。它在消除防盗护栏网安全隐患的"鸟笼"现象,实现三表合一和能源控制方面具有重大的现实意义和长远的战略意义。
4 目前用电力线在实现住宅智能化方面存在的问题
第一,住宅智能化中最重要的环节在于其可靠性和稳定性。而电力线的线路阻抗和频率特性几乎每时每刻都在变化,所以提高通过电力线传输信息的可靠性成为最大的难点。目前,采取优化协议、线路隔离、频谱扩展、功率调节等方式,可以使系统的可靠性获得较大提高。
第二,电力线电气接口产品方面还有待进一步配套和统一标准,如电源插座接口、灯座接口、家电电源接口、电动阀门、电控门锁等。
第三,电力总线系统与其他总线方式的相互开放和兼容也是影响住宅智能化水平的重要因素,如闭路电视总线、无线射频总线、互联网络系统等。
第四,住宅电气设计标准应与住宅智能化系统配合,如灯线、开关、插座的暗装位置及布线方式等。
5 IHC2000智慧型室内电控系统应用举例
IHC2000系统可用于家庭、宾馆、办公、娱乐等各种场所,其完善的组合功能,就像拼装积木一样灵活、多变,为用户建立具有个性化的 生活空间。
电控应用功能
图1 电控应用功能
如图1所示对于一般性用电器(如电灯、电热水器、电视机、电饭煲等),只要插入IHC2000终端插座或在原有电器插座内安装IHC2000终端智能模块,就可以实现IHC2000系统控制了。主要控制功能有:(1)遥控开关:使用遥控器可在任意位置对不同电器的工作状态实施开关控制。(2)电话控制:可通过外线电话拨人,用电话按键码来控制室内的电器工作状态。(3)定时控制:可设定各电器终端的开关时间,IHC2000系统将自动控制其通断。(4)记忆控制:若设定为记忆状态,IHC2000系统能按照预先设定的电器工作程式自动地控制各种电器。(5)自适应控制：这是IHC2000系统中最具特色的功能,它可以通过设定数据或自动监测环境状态,确定某种控制程式,如为保持温度、湿度、照度的特定状态自动控制相关电器的运行。(6)终端功能:IHC2000终端自身具有可调电流,零电位启动,延迟开关,自我保护等独立功能。安保应用功能 IHC2000系统可与各种传感器联接并组成安全防卫系统,如图2所示。
当室内传感器(如红外线、微波、烟感、超声波、报警按钮等)被触发,IHC2000系统的
安保功能立即开始工作,根据用户系统的结构和软件设置, 执行各种形式的报警及防卫功能。
图2 安全防卫系统
(1)电话报警:IHC2000主机系统可按照预先指定的电话(如110、119、家人电话、移动电话、传呼机等)自动拨出,并发出求救信息；
(2)音响报警:报警状态时,IHC2000系统启动室内音响,发出报警音；
(3)启动摄像：若安装了摄像机可通过IHC2000系统进行控制,当报警状态时,自动启动摄像机摄下现场情况;
(4)灯光闪烁:当发生报警,IHC2000自动控制室内电灯按一定规律忽停忽亮地闪烁,以达到报警或防御的目的；
(5)门锁启闭：若室内安装了电控门锁,则当报警状态时,门锁会自动开启或关闭。
智能小区管理应用功能
IHC2000智能保安系统最突出的特点就是它的管理功能,它以每户作为基本单元,以每幢楼或每层楼作为子系统,与小区的物业管理网络(局域网)联网构成智能物业管理体系,还可将该智能体系接人ISDN网,形成真正的智能化、信息化的生活小区(见图3)。
IHC2000管理可分为以下三种形式：
(1)PC管理：针对IHC2000单元系统的管理系统,与IHC2000主机配用,可以将室内所有电器的使用及运行情况,如用电状况、开关状态、故障情况、数据设置、组合结构、报警记录等,同时与上级区域管理系统网络接口。
图3 智能小区管理应用功能
(2)区域管理:建立在IHC2000区域分系统基础上的管理系统,负责对所有IHC2000单元系统进行管理,对各IHC2000单元的数据进行采集、处理和控制,以实现IHC2000智能小区的区域物业管理,同时,与上级局域网络联网,成为管理子网系统。
(3)远程管理：IHC2000主机可以通过MODEM与异地PC管理系统联接,直接实现远程遥控、远程管理,大大缩短了人们工作生活的空间距离。
IHC2000的安装
IHC2000智能保系统在工程安装上具有强大的优势,原因就在于它不需要再次布线,仅仅只需接入电力线。不论新装线路还是利用旧的线路(除非用户特别需要),IHC2000的主机和终端可以非常方便地安装在电力线上。
(1) 主机安装(见图4)：
图4
IHC2000主机只有三个连接口,一个接入电源插座,一个插入电话插座,第三个是接人PC机通讯接口,非常简单易行。
(2)智能插座安装:同普通接线插座安装一样,只需将智能插座插入电源插座即可,再将用电器接入IHC2000智能插座即完成安装工作。
(3)传感器、执行器安装(见图5):只需分别将传感器或执行器的控制线接入IHC2000终端的输入/输出端即可完成安装。
图5 IHC2000系列分类
IHC2000智能保安系统可根据其应用领域划分为四个系列,即宾馆系列、家用系列、办公系列及楼群系列:
(1)宾馆系列:以宾馆标准房灯控系统为主的IHC2000系列,主要功能有电器遥控、紧急呼叫、语音广播、楼层管理、节电控制等,并与酒店计算机 管理系统接口。
(2)家用系列:以家庭多房间电器控制为主的IHC2000系列,主要功能有电器遥控、电话远程控制、安全防卫、PC管理、内部通信、记忆控制(无人操作)等功能。该系统按档次和功能又分为普通型、高档型和豪华型。
(3)办公系列：以中型办公写字间的照明控制、座位考勤、电器节能、调度广播、物业管理等功能,同时可接入计算机管理系统网络。
(4)楼群系列:具有高层建筑或低层楼群的电力控制、故障检测、物业管理、公共照明、治安防卫、区域网络等功能。该系统主要用于智能大厦及智能小区的管理与控制。
IHC2000应用示例1)宾馆应用:如图6所示,IHC2000标准房系统通过电力线与楼层管理系统联网,同时接入宾馆的管理系统网络中。 IHC2000标准房系统的主控部分设在床头柜中、它本身具有总控开关，可控制全部的电灯和电器设备。遥控器钥匙牌可随身携带,透过信息窗启动电控门锁, 房间内灯光及电器自动开启,空调开始工作,客人会很容易地使用遥控器来控制灯光和电器。如果客人因身体不适需要紧急求救时,可按床头或卫生间的紧急呼叫键,这时,电控门锁全自动打开,信息窗呼救灯闪烁,同时楼层管理系统报警,并显示呼叫房号。
IHC2000系统公共广播终端可作为紧急通知或背景音乐广播,无需专门布线,该功能由楼层管理系统提供。客人可在房间里收听或关闭广播,紧急时客房内广播自动开启。
楼层管理系统可随时巡访各房间IHC2000系统的工作情况,一旦发现房间内电灯或电器故障,IHC2000系统立即报警并显示或打印出故障的房号及类别,以便即时通知维修。
(2)家庭应用： IHC2000智慧屋在家庭的应用中,最主要的优势在于它能够通过电话远程遥控家中的电器工作。对于房间较多,电器、电灯较多的家庭, IHC2000遥控功能又显出了它的便捷功效。安全问题是每个家庭不得不重视的问题。因此,充分利用IHC2000系统,这对于热爱生活的人们的确增添了无尽的乐趣。
图６
IHC2000在家庭中可以根据主人的个性和爱好或根据电器的使用和经济方面的考虑来配置和设定工作模式。 如图7所示配置的IHC2000系统具有电话键控、定时控制、防卫报警、PC管理、电器遥控等功能,属于中上水准。
如果按照普通型实用配置,可取消PC机管理系统及电控门锁终端。另外,有一种经济型配置,即取消电话控制功能,选用简易型单纯遥控型主控终端。 如果要想分步实现,只需更换主机及软件即可。