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浙江人学_ 学硕士学位论文基于。a l j 的智能照明系统设计 摘要 随着信息技术的飞速发展和社会的不断进步，基于网络的智能家居概念正在 逐步替代传统的基于家庭控制器的智能家居。智能照明系统作为智能家居系统的 一个重要的子系统，充分利用电子技术、通信技术和计算机网络技术将建筑物内 的各种照明器具有机的连接在一起，实现有效的管理和控制，具有高效节能、管 理简单、控制多样化、成本较低和容易进入市场的优势。本文选择了照咀业界最 近推出的d a l i 智能照明系统作为研究对象，在深刻剖析通信协议的基础上，提出 相应的智能照明系统解决方案，并设计开发相关产品。在智能照明的发展成为社 会潮流的情况下，进行全面而具有开拓性的工作，为行业的发展积累经验，提供 新的思路和方法。 本文首先分析了智能照明系统的发展历史和现状，并对当前世界上影响较大 的几种智能照明网络协议进行介绍，然后重点研究基于d a l i 协议的智能照明系 统。d a l i 协议是智能照明领域的一种最新标准，由欧洲一些著名的照明设备厂商 联合提出。本文对d a l i 系统的应用范围、结构组成和电气特性进行阐述，并对d a l i 的指令编码格式、数据传输规则和访问协议进行详细分析。 在对d a l i 协议有了深刻理解的基础上，本文完成了d a l i 系统主从式模块的设 计，主控单元模块和从控单元模块都采用a t m e l 公司的芯片a t m e g a 8 为核心处理 器。p c 上位机监控软件通过r s 2 3 2 串口发送操作指令，通过d a l i 系统的主控单元 转发控制命令，从控单元接收主控单元发出的指令，然后通过1 - 1 0 v 的模拟调光 接口利用镇流器控制电路调节灯的亮度。此外，本文根据传统d a l i 智能照明系 统控制规模偏小和较难实现本地分布式控制的两个缺陷，提出了d a l i 多系统级 联扩展和传感器接入方式两个相应的解决方案。最后对d a l i 系统三状态反馈机 制进行了预研，为后续工作打下了良好的基础。 关键字：智能照明系统，d a l i ，级联扩展，传感器接入方式，三状态反馈 浙江人学工学硕j 二学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 a b s t r a c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dp r o g r e s so fs o c i e 哆，an e wc o n c e p to f i n t e l l i g e n th o m ew h i c hb a s e do nn e t w o r kg r a d u a l l yr e p l a c e dt r a d i t i o n a li n t e l l i g e n th o m ed e f m i t i o n a sa ni m p o r t a n ts u b s y s t e mo ft h ei n t e l l i g e n th o m es y s t e m ，i n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e mh a st h e a d v a n t a g eo fe f f i c i e n te n e r g yc o n s e r v i n g ，e a s i l ym a n a g e m e n to p e r a t i n g ，m u l t i f o r ml i g h t i n g c o n t r o l l i n ga n de s p e c i a l l yl o we x p e n d i n g ，w h i c hh a sp o t e n t i a lm a r k e ti nc h i n a ，b e c a s ei tm a k e s g o o du s eo f t h et e c h n o l o g yo fe l e c t r o n i c ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dc o m b i n e sd i f f e r e n tl i g h t i n g i m p l e m e n t st og e te f f i c i e n tc o n t r o la n dm a n a g e m e n t t h i sp a p e rc h o o s e sd a l is y s t e mp u t f o r w a r dl a t e l yi nl i g h t i n gi n d u s t r ya sr e s e a r c ho b j e c t s b a s e do nt h ea n a l y s i so fc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s ，t h ei n t e l l i g e n ti h u m i n a t i o nd e s i g ns c h e m ei sb r o u g h tf o r w a r da n dr e l e v a n tp r o d u c t sa r e d e v e l o p e d t h er e s e a r c h i ss i g n i f i c a n ti nt h es i t u a t i o nt h a tt h e d e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n t i l l u m i n a t i o nc o m e st ob es o c i e t yt i d e b yf u n d i n ge x p e r i e n c e sa n dr e n d e r i n gn e wm e a n sf o r i n d u s t r yd e v e l o p i n g ，i t ss i g n i f i c a n c ei se m b o d i e d t h i sp a p e ra n a l y z e st h ed e v e l o p m e n th i s t o r ya n ds t a t u eo fi n t e l l i g e n ti i g h r i n gs y s t e ma tf i r s t ， a n di n t r o d u c e ss e v e r a lp o p u l a rp r o t o c o l so fi n t e l l i g e n tl i g h t i n gn e t w o r ka tp r e s e n t ，t h e nc a r r i e so u t t h er e s e a r c ho ni n t e l l i g e n tl i n g h t i n gs y s t e mb a s e do nd a l ip r o t o c 0 1 d a l ii san e wp r o t o c o li n t h ef i e l do fl i g h r i n gi n d u s t r y ，w h i c hi sp u tf o r w a r db ys o m ee u r o p e a nb a l l a s tm a n u f a c t u r e r s t h e p a p e rd i s c u s s e st h ea p p l i c a t i o na r e a ，c o n f i g u r a t i o na n de l e c t r i cs p e c i f i c a t i o n ，a n dt h e na n a l y z e s t h o r o u g h l yt h ec o d ef o r m a t s ，d a t at r a n s m i s s i o na n da c c e s sp r o t o c 0 1 b a s e do nd e e p l yu n d e r s t a n d i n go ft h ed a l ip r o t o c o l ，t h i sp a p e rf i n i s h e st h ed e s i g no fd a l i m a s t e r - s l a v em o d u l e ，b o t ho ft h em a s t e rm o d u l ea n dt h es l a v em o d u l eu s et h ec h i pa t m e g a 8o f a t m e la sc o r ep r o c e s s o r t h ep cs o f t w a r es e n d sc o m m a n d st ot h em a s t e rm o d u l et h r o u g hr s 2 3 2 p o r t ，a n dt h em a s t e rm o d u l et r a n s f e r st h e s ec o m m a n d st od a l if o r m a t , a n ds e n dt h e mt ot h es l a v e m o d u l e ，a f t e rr e c e i v i n gt h e s ed a l i f o r m a tc o m m a n d s ，t h es l a v em o d u l ec h a n g e st h es t a t u eo f f l u o r e s c e n tl a m pt h r o u g hd i m m i n gb a l l a s tu s i n g1 - 1 0 vc o n t r o ls i g n a l b e c a s et h et r a d i t i o n a ld a l i i n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e mh a st w od e f e c t s o n ei st h et o os m a l lc o n r o ls c a l e ，a n da n o t h e ri si t s d i f f i c u l tt oa c h i e v el o c a ld i s t r i b u t e dc o n t r 0 1 t h i sp a p e rc a r r i e so u tt h et w oc o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n s a tt h ee n do ft h i sp a p e r ，研t ht h ep r e p a r a t i v er e s e a r c ho nt h r e es t a t u ef e e d b a c ko fd a l i s y s t e m ，ag o o df o u n d a t i o ni sm a d eu pf o rt h ef e l l o w - u pr e s e a r c h k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e m ，d a l i ，c a s c a d ee x p a n s i o n ，s e n s o r sa c c e s s ，t h r e es t a t u e f e e d b a c k h i 浙江大学工学硕j 二学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 1 1 课题的背景 第一章绪论 随着我国经济的飞速发展，人们对照明的需求也越来越高，从最初提供亮度 的基本功能到现在多方面的需求：除了提供适宜的环境亮度以外，还要营造优雅 舒适的氛围，用户方要求控制方式灵活方便，能实现按需配置；施工方要求安装 简单、维护方便；设计方要求系统能提供满足用户多样性要求的各种技术手段。 2 0 0 6 年，中国l 亿美元g d p 所消耗的能源是1 2 0 3 万吨标准煤，大约是日本的7 2 0 倍、德国的5 6 2 倍、美国的3 5 2 倍、印度的1 1 8 倍，世界平均水平的3 2 8 倍l l2 1 ，在节能降耗上有着很大的潜力，所以，“十一五”规划明确提出单位g d p 能耗要比“十五 期末降低2 0 的目标1 3 4 1 。照明在我国电力消费中所占的比重 很大，照明耗电大体占全国总发电量的l o 1 2 ：2 0 0 7 年中国发电总量3 2 4 5 8 亿千瓦时【5 j ，按发电量的1 0 计算，当年照明耗电约为3 2 4 5 亿千瓦时，是三峡水 力发电工程建成后，年发电能力8 4 0 亿千瓦时的3 9 倍1 6 7 l 。如果能全面实现节能 照明，达到省电1 0 的目标，所产生的社会效益将远远超过经济收益不仅能 有效地缓解电荒，而且能减少2 亿吨二氧化碳和几百万吨二氧化硫的排放量，还 可以少建2 5 万千瓦的发电厂6 - 8 家，为国家节约资金6 0 - - 8 0 亿。即使充分考虑节 能因素，2 0 2 0 年能源需求总量将高达3 0 亿吨标准煤，依据我国能源贮备结构的实 际状况，近期能源的老大非煤炭莫属。要满足这一需求，无论是增加国内能源供 应还是利用国外资源，都面临巨大压力。能源需求的快速增长对能源资源的可供 量、环境承担能力，以及国家能源安全提出了严峻的挑战。2 0 0 4 年，我国排放二 氧化硫2 0 0 0 多万吨，燃煤造成的二氧化硫占总排放量的7 5 ，二氧化硫导致的酸 雨覆盖国土面积的3 0 以上，而酸雨区主要分布在人口密集的经济发达地区，大 大超过了环境容量，其负面影响是多方面的、长远的，已成为构建和谐社会的一 大隐患。必须指出，高效照明器材是照明节电的重要技术装备，但照明器材不应 局限于光源。光源是首要因素，已经为人们所认识，但电器附件( 如电子镇流器) 的效率以及高效节电照明系统对照明节电的影响同样不容忽视，这一点往往不为 人们所注意。综上所述，无论从节约能源还是从提高照明质量出发，都要求照明 浙江人学工学硕上学位论义 基于d a l l 的智能照明系统设计 的控制方式，从传统的机械式开关演变为现在综合计算机网络技术、通信技术、 电子技术的智能照明系统。 现代意义下的智能照明系统是从舞台灯光控制系统发展起来的。1 9 8 6 年，美 国影视剧场技术协会( u s r r r ) 的工程委员会开始制定控制灯光设备和附件的数 字式传输标准二d m 1 2 协议，1 9 9 0 年发布正式文本1 8 l 。d m x 5 1 2 是目前舞台 灯光控制领域中主流协议a c n 和a n n e t 的基础，其关注点是满足舞台、娱乐界 对灯光控制的特殊需求，而非节能和环保，采用的光源还是传统的聚光灯和白炽 灯。 随着楼宇自动化和智能家居的兴起，智能照明控制系统的应用从剧场的舞台 灯光逐渐转向建筑物和住宅的照明。近二十年来，智能照明控制技术经历了集中 控制、分散控制转变到分布式控制的三个阶段，这与工业自动化控制技术的演变 十分相似。根据智能照明系统通信协议的开放封闭性和系统功能的特点大致可 以分为以下三类： 封闭式智能照明节电系统：澳大利亚c l i p s a l 公司的c b u s 协议，d y n a l i t e 公司的d y n e t 协议，美国路创公司的l u t r o n 灯光控制技术是国内最具代表性的三 种系统，封闭式智能照明节电系统的共同特点是协议封闭，不同公司问的产品互 不兼容，自成体系。 开放式智能照明节电系统：由照明设备主要生产厂家发起，行业成员广 泛参与共同制定协议规范。通常协议的修订和产品的认证委托非营利的第三方组 织实施，确保各成员以平等的地位参与市场竞争。不同的公司遵循统一的丌放式 协议，实现不同公司产品的兼容，也便于第三方进行二次开发，代表了当今技术 发展的潮流。d a l i 协议就是一种典型的开放式智能照明节电系统协议，本课题 研发的智能节电照明系统采用d a l i 协议。 楼宇自动化和智能家居中的照明子系统：美国的b a c n e t ，x 1 0 ，c e b u s ， 欧洲的e i b ，日本的e c h o n e t 等是楼宇自动化和智能家居领域的开放式国际主流 协议，照明控制以子系统的形式出现。 智能照明行业自从上世纪9 0 年代进入中国市场以来，受市场的消费意识、 市场环境、产品价格、推广力度等各方面的影响，一直没有太大的动作和起色。 国外智能照明产品价格太高，国内品牌的智能照明产品一般为3 0 0 元路左右， 2 浙江人学工学硕士学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 国内的低档产品甚至达到2 0 0 元路以下，三层别墅智能照明系统全套安装也只 要7 0 0 0 元左右，仅相当于国外高档“开关+ 插座”的价格。 应该说在华东、华南等一二级城市，这样的价格并非智能照明难以普及的主 要因素。更多的人认为，消费者对智能照明认识不足，即市场处于初级阶段是最 主要的原因。除此之外，影响智能照明普及的因素有： 1 ：国外的相关产品往往只是把智能照明作为其智能产品的子系统来运作， 定位高端，造成曲高和寡的局势，这如同改革开放初期高端的进口家电产品。 2 、国内的智能照明产品推广力度远远不够。由于这是一个新兴行业，不同 于快速消费品，渠道的建设和消费观念的形成等等都是摸着石头过河，所以也不 敢投入过多的精力与资源。但是随着经济的发展、技术的成熟，部分国际品牌 如d y n a l i t e 、路创、w i e l a n d 等等进军中国市场，推动了这个行业的发展与增 长。进入2 1 世纪，国内智能照明厂家和商家如雨后春笋般迅速发展，涌现出如 百分百照明、瑞朗、索博、海尔、清华同方、河东等大小几十家企业，智能照明 处于由市场导入期向快速发展期的过渡阶段。 由于市场没有成型，还没有形成大的消费市场，大部分智能照明厂家还在极 力引导消费者，在渠道的建设上也一直在探索着适合这个行业的模式。由于传统 的照明、电工经销商各方面的原因很难推动、装饰公司不够专业、安防监控商离 家居楼盘较远等等因素使智能照明市场还没有形成稳定、广阔的渠道。 但是随着网络技术及通信技术的发展，数字化家居概念的提出及发展，智能 照明作为数字化家居的重要组成部分而被各个智能化厂家所重视起来，数字化家 居作为人类通信、网络、建材、安防、家居等行业发展的集大成，受到社会极大 的关注。随着i b m 、m i c r o s o f t 、h a i e r 、s a m s u n g 、p a n a s o n i c 、s i e m e n s 等一大批 跨国企业的加入，进一步加速了行业的发展及渠道的形成。近年来，在上海、 北京等地开始出现了专业的数字化家居集成商，同时大型的家居数字化体验馆也 开始出现，如上海市电信大楼的家居体验馆、上海永乐数字生活体验馆、青岛海 尔数字生活体验馆等。 种种迹象表明，随着经济的进一步发展，生活水平的提高，通信技术、网络 技术、传媒业的飞速发展和高度结合，数字化家居将得到进一步的快速提升，技 术也将进一步的成熟，各类通信标准和市场也将得到进一步的规范，在不久的将 3 浙江人学t 学硕i ：学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 来，智能照明将真正飞入寻常百姓家。而操作方便、简洁的智能灯控系统也将成 为家居、酒店智能照明的首选产品。 1 2 课题的意义 目前在国内智能家居领域存在多种协议，其中c - b u s 、d y n e t 、l u t r o n 进入中 国市场较早，由于历史的原因，这类系统在国内有定的市场。但因为协议的封 闭性，导致技术进步缓慢，产品的品种、规格、功能相对有限，无法满足用户个 性化需求。封闭协议逆技术发展的世界潮流，市场前景堪忧，c b u s 被e i b 厂家 收购便是冰山一角。b a c n e t 的长项是暖通控制，c e b u s 的主要诉求点是信息家 电，x 1 0 具有优异的易用性、但限于开关量控制。照明控制作为上述三种协议中 的子系统，无论是功能、技术指标，还是性价比均表现平平。e i b 和e c h o n c t 功能 丰实，涵盖楼字自控的方方面面，技术先进，协议开放，但实现技术复杂，价格 昂贵，系统的易用性存在明显不足。迄今为止，国内厂家尚未推出拥有自主知识 产权并得到广泛认同的智能照明系统，而附属楼宇自控系统和智能家居的照明系 统，无一例外基于自定义的封闭协议，产品的技术水平与国外同行存在较大差异。 国内在智能照明系统标准方面的缺位，导致研究生产方不敢贸然推进，毋庸置疑 使用方也将持怀疑和审慎的态度。现阶段我国技术标准大多参照发达国家的相关 标准制定，智能照明系统的国家标准也概莫能外。 数字化可寻址调光接i ：1 ( d i g i t a la d d r c s s a b l cl i g h t i n gi n t e r f a c e ，简称d a l i ) 协 议，是一种面向荧光灯照明控制系统的通信协议，1 9 9 4 钧r l j 入国际电工委员会标 准i e c 6 0 9 2 9 ，1 9 9 9 年p h i l i p s 公司对d a l i 协议作了进一步完善工作。d a l i 由欧洲 著名照明设备厂商p h i l i p s 、o s r a m 、t r o d o n i c 、t r i l u x 、v o s s l o n s c h w a b e 等联合起 草，得到发达国家主要电子镇流器生产厂商的广泛支持，设在德国的非营利机构 d a l i - a g 负责日常管理和产品认i 正 9 1 。d a l i 是一种开放的标准协议，协议不涉 及专利保护，其目的是保证不同厂家生产的调光镇流器之间具有互换性，代表了 当前照明技术朝着数字化、简单、可靠方向发展的总趋势。每个d a l i 标准控制 系统可通过双绞线连接最多6 4 + 电子镇流器，两个或两个以上的d a l i 系统又可 以通过级联的方式构成更大范围的控制系统。控制协议支持每只灯和电子镇流器 的工作状态信号反馈回d a l i 控制中心，因此d a l i 系统具备照明控制领域多年来 4 浙江人学工学硕：l 学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 力求实现的理想三状态( 系统控制单元状态、执行器状态、受控对象状态) 反馈 机制可能性，体现了照明控制技术领域的最高水准。发达国家的电气设备制造商 纷纷推出各自的d a l i 系列产品，并取得不俗的业绩，如p h i l i p s 公司的t r i o s d a l i 。国内首篇介绍d a l i 协议的文章发表于2 0 0 3 年，其后陆续发表论文的研究 内容大多限于d a l i 协议的描述和系统构成特点的介绍。直至2 0 0 6 年，除本课题 组发表的论文外，只有一篇文章探讨了d a l i 通信模块的设计，但该设计方案源 于国外芯片公司的公版设计。迄今为止，尚无国内厂家推出自主研发的d a l i 产 品。引进的d a l i 系统在国家大剧院，深圳机场等场所获得成功应用，因此目前 推出自主品牌的d a l i 系统恰逢其时，毕竟用户的认同是研究成果产业化的前提。 高效节电照明系统的节电效果因使用场合的不同，统计数据存在较大的差别，根 据国外相关资料和课题组多年的实践经验，节电1 0 2 0 是比较客观的。 本课题就是在这种研究背景下开展起来的，采用开放式d a l i 协议，开发符 合中国国情的智能照明系统，为用户提供结构简洁、安装灵活、操作方便，但功 能丰实的智能照明产品，提高人民的生活水平，目前本课题已经列入浙江省2 0 0 8 年度科技攻关项目。 1 3 论文的组织结构 本文从智能照明控制网络的主流协议d a l i 入手，详细介绍了d a l i 智能照 明系统的通讯机制和系统架构，并重点阐述了系统的设计与实现，论文结构如下： 第一章对本论文的研究背景、选题意义和论文结构进行阐述。 第二章简要介绍目前智能照明领域的主流协议，并对它们的发展历史和特色 进行分析和比较，重点介绍了d a l i 协议的基本内容。 第三章研究d a l i ( 数字可寻址照明接口标准) 智能照明系统的设计与实现， 重点论述主控单元和从控单元的软硬件设计，以及上位机监控界面的实现。 第四章根据传统d a m 系统控制规模偏小的缺点，提出d a l i 智能照明系统 的多系统级联扩展技术，重点论述了u s b 接口的实现和接口扩展技术。 第五章根据传统d a l i 系统很难实现本地控制的缺点，提出了基于d a l i 协 议智能照明系统的传感器接入方式和三状态反馈的解决方案。 第六章总结本文的研究工作，并对智能照明系统的未来提出展望。 5 浙江大学t 学硕i ：学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 第二章智能家居的发展及其主流协议介绍 目前，在楼宇自动化、智能家居领域已经有几种比较成熟的协议和标准，熟 悉这些协议，对于开发基于d a l i 协议的智能照明系统有相当大的借鉴作用。因 此，下面会对一些知名度较高的协议作简单的介绍。 国际上对家庭自动化的研究起于2 0 世纪7 0 年代，。主要集中在北美、欧洲和 日本等一些经济比较发达的国家。目前国际上已有一些比较成熟的协议、标准， 较有影响的包括：美国的x 1 0 ，l o n t a l k ，d l n a ，c e b u s ( c o n s u m ee l e c t r o n i cb u s ) 及b a c n e t ；欧洲的k n x ( 即原来的e i b ( e u r o p e a ni n s t a l l a t i o nb u s ) ) ；日本的 e c h o n e t 和h b s ( h o m eb u ss y s t e m ) 等。国内知名的家庭网络协议有以中国电 信为首的家庭网络标准( c c s a ) ，以联想为首的闪联( i g r s ) 和以海尔为首的 e 家佳( i t o p h o m e ) 【1 仉1 。 2 1 智能家居的现状和发展 在2 0 0 1 国际消费类电子产品展上，比尔盖茨向r r 专业人士展示了”微软智 慧之家”：门口的保安装置使用了虹膜扫描技术，室内温度、家电娱乐、上网和 防盗监视器全部由电脑自动进行控制，并预言，消费者在不远的将来还可以通过 个性化的网络聆听音乐、阅读新闻、开展娱乐活动、管理家政、收发电子邮件1 1 列。 至今为止，智能家居的概念在中国的推广时间已有6 、7 年之久，但是国内 智能家居市场刚刚进入导入期，并没有达到预期那样的发展速度。目前，其生产 厂商主要集中在深圳、广州、上海和北京等这些经济发达地区，虽然传统的安防 生产厂家，比如说门禁、对讲、监控、防盗、三表抄送、综合布线、信息家电等 各类厂家，以及智能化系统分销商、集成商，有很多家，但是如果用完全意义上 的智能家居来衡量这些厂家的话，可能就寥寥无几了。智能化家居的应用在中国 并没有得到良好的推广和发展。那么，是什么原因阻碍了它的成长呢? 第一，缺乏规范的、统一的行业标准。没有规矩不成方圆，在任何一行都不 例外。多年前，发达国家就有了智能家居的概念和标准，并随着通信技术和网络 技术的发展，使传统的建筑产业和n 业有了更深的融合，推动了智能家居的前 7 浙江大学工学硕上学位论文 基于d a l i 的智能照明系统设计 进步伐。而中国的行业管理与发达国家不同，建设部、公安部和信息产业部对住 宅小区的定位各有侧重，实际上存在着行业管辖权之争，所以很难整合出一套让 大家都满意的标准，因此也直接影响了智能家居市场，导致市场上出现了几十个 甚至上百个互不兼容的产品标准，而最终受害的将是用户，同时也给厂商在生产、 推销自己的产品时带来很大的困扰。所以，应尽快出台一套行业标准，规范智能 家居的产品和市场。 第二，安装、调试复杂，成本费用高。一套功能比较完善的智能家居系统相 当复杂，综合布线的施工过程以及后期的调试都必须要专业的工程师进行，假如 在使用中出现故障的话，维修起来也是一件相当麻烦的工程，加上动辄几万、几 十万的成本费，一般的老百姓根本承受不起这个高档的奢侈品。 第三，功能华而不实。目前大家比较关心的是安防报警、对讲、灯光控制和 空调控制等功能，对一些超前的控制功能好像并没有引起广泛的兴趣。总之，一 般对智能家居有需求的用户还是把家庭安防放在了首要位置。另外，现在市场上 智能家居产品的稳定性和靠性还较差，有待进一步提高。 第四，缺乏资金支持。一方面，”智能家居”只是某些房地产开发商为增加卖 点采取的促销手段。随着社会消费水平的提高，开发商们自觉的把智能家居考虑 进来以增强自身的竞争力，同时又出于保护自身的经济利益，他们会最大限度的 节省成本，因此在选择产品时不会投入太大的资金；另一方面，研发新产品、新 技术需要有雄厚的资金支持，但又要担很大的风险。因此，一些企业在经多方寻 求投资合作后，仍被拒绝在智能家居的大门外。 第五，缺乏完善的社会合作体系。前几年r r 业内提出一个信息化家电的概 念，并且也推出了一些信息化家电( 本课题组也做过一些相应的尝试) ，但是很 快就在市场上销声匿迹了。为什么呢? 比如说一台可以接入i n t e r n e t 的”智能”电 冰箱，当内部的储存食物不足时，可以通过网络向商场或超市发出采购信息。如 果商场或超市有物品购送的服务，那就可以足不出户的享受信息化带来的便捷 了，如果对方缺乏相应的服务，那让家用电器上网的实际意义何在? 不过是一句 空话罢了。显而易见：在中国这样一个尚未完善的社会服务体系中，少了任何一 个环节，网络家电也只是一个头脑发达、四肢简单的摆设。 第六，跨产业的合作困难重重。智能家居的发展自然少不了安防、家电、1 1 r 8 浙江人学工学硕，l ：学位论文基于d a l i 的智能照叨系统设计 和系统集成商的密切合作，只有这样才可以整合各自特有的优势，尽快打出一片 新天地。但是这又谈何容易! 在市场经济的残酷竞争和经营观念的双重影响下， 各行各业的人们都想在本行业以及相关的行业占领上风，抢占市场，有着各自的 经济追求。所以，要让跨产业的生产厂家在一起配合，就好比让很多饥饿的猛兽 共享一个猎物，它们之间竞争的残酷性自然不言而喻。跨产业的合作、结盟鲜有 成功的范例，其中闪联( i g r s ) 是为数不多的竞合典范。 随着我国城市社区建设和智能化小区建设的不断推进，如何营造一个舒适安 全、管理科学的家居生活环境，是摆在房地产开发单位、物业管理部门和相关的 国家管理部门面前的一道严峻课题。所以，需要行业管理部门、生产厂家和工程 商互相合作，共同推动智能家居市场的良性发展。 2 2 国内外主流智能家居协议介绍 智能家居( s m a r th o m e ) 的概念始于7 0 年代，各公司自定标准，导致不同 公司的产品互不兼容，从而极大地阻碍了市场的开拓和技术的进步。近1 0 年来， 制定并遵循统一标准已成为不可逆转的共识。目前，国际上流行的家庭总线标准 主要有：美国的x 1 0 、c e b u s ，日本的e c h o n e t 和h o m eb u s 家庭总线，欧洲 的电气安装总线e i b 等。 2 2 1 x 1 0 电力线载波通信 x - 1 0 是世界上最早出现的，也是最简单的智能家庭网络系统，x 1 0 在7 0 年 代就开始在美国流行，成为当时最具代表性的家庭自动化产品【1 3 1 。 x 1 0 采用电力线作为其网络通讯介质，系统中的设备直接挂在电力线上就可 以相互通讯，所以x 1 0 系统不需要另外再铺设信号总线，这为系统组网带来了 很大的方便1 1 4 】。 x - 1 0 系统主要由发送器和接收器组成，发送器和接收器都编有地址。x 1 0 的地址分为房间地址和设备地址，房间地址有1 6 个，设备地址也有1 6 个，所以 x 1 0 最多可支持2 5 6 个设备i 瑚。 发送器和接收器的控制关系是由它们的地址来决定的，即当发送器a 的地址 与接收器b 的地址相同时，发送器a 就可控制接收器b 。发送器和接收器的地 o 浙江人学工学硕士学位论文 基于d a l ! 的智能照明系统设计 址是可设置的，当发送器a 和接收器b 两者中的某一个的地址改变后，它们之 间的控制关系就不再存在了。根据不同需要，发送器有多种类型，有的可进行灯 光亮度调节，有的可实现定时控制等l l6 。 x 1 0 系统的低廉价格使其得到了一定的发展。美国大概有6 0 0 万户家庭装备 了x 1 0 模块。但是，由于只支持电力线传输，而电力线容易受到干扰，所以系 统的抗干扰性能比较差，这点在国内表现得尤为明显。另外，寻址空间小、对模 拟量支持不够也限制了x 1 0 的可扩展性和应用范围。 2 2 2 c e b u s 家庭消费总线 1 9 8 4 年，为解决x - 1 0 技术上的不足，美国电气工业协会的消费电子小组开 始制定家用消费产品的网络通讯标准，也就是消费总线，并为此成立了一个技术 指导委员会( t e c h n i c a ls t e e r i n gc o m m i t t e e ，t s c ) 全面负责和监督标准的制定。不 久这个委员会又组织了分委员会和工作小组，分别负责制定该标准的各部分：通 讯介质、通讯协议和传输语言等。各小组制订好相关标准后，再提交技术指导委 员会评审通过1 1 7 1 。 1 9 8 9 年，t s c 发布了消费总线协议的部分草案；到1 9 9 2 年，发布了较完整 的e i a 6 0 0 系列消费总线的规格说明书，其后仍不断补充修改；于1 9 9 8 年，补 充了重要的家电即插即用规范( h o m ep l u ga n dp l a y , h o m e p n p ) 。1 9 9 4 年，成立了 消费总线委员会( c e b u si n d u s t r yc o u n c i l ，c i q ，这是一个非盈利性组织，由生产 制造消费总线兼容产品和提供相应服务的公司组成，c c 会负责监督市场、保证 产品的互操作性、以及认定产品是否符合标准【1 8 1 。 2 0 0 0 年，c i c 将c e b u s 标准完全开放，微软公司联合众多公司开始在c e b u s 基础上开发s c p ( s i m p l cc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，作为与u p n p ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ) 搭配的一项家电控制技术眇冽，该技术可使制造商更轻松地开发出支持u p n p 的家电并通过低速网络进行连接。 c e b u s 作为一种较新和较完备的家庭网络标准，是目前家庭网络研究的基 础。从技术上考虑，消费总线具有以下优势： 1 网络拓扑结构简单，可用于分布式或集中式的家庭控制。消费总线中每个 节点的地位是平等的，因此不需要主控设备。消费总线通过“绑定来联系不同 1 0 浙江大学t 学硕：j ：学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 的节点，使整个家电系统成为一个智能的整体。 2 安装简单，对一些功能单一的产品，用户无需专门的培训，安装后产品即 可按照即插即用规范实现相互控制。 3 廉价，对原有的产品只要稍加改造，不会增加太多成本，就能够使其成为 消费总线的兼容产品。 4 支持多种传输介质，消费总线目前已定义了五种传输介质，大部分是利用 原有的走线或无线方式，而不需要另外布线，因而对于现有住宅的改造非常方便， 而且也能满足不同设备对通讯量的不同要求。 5 响应迅速，消费总线的数据帧有三种优先级，可满足不同信息对时间的要 求。 6 公平性，任何一个设备都不会长时间占有通讯媒介，采用c s m a c d c r 技 术实现多重访问，具有冲突检测和冲突解决措施。 7 安全性，设备的交互语言公共应用语言( c o m m o n a p p l i c a t i o nl a n g i l a g e ， c a l ) 能够满足这个要求，对安防设备的控制有加密算法，只有授权的设备才能 访问这些安防设备。 2 2 3e c h o n e t 和h o m eb u s 日本家庭总线 e c h o n e t ( e n e r g yc o n s e r v a t i o na n dh o m e c a r en e t w o r k ，能源节约与家庭医疗 组织) 主要是由日本厂商组成，该组织的宗旨是通过开发e c h o n e t 系统达到节 约家庭能源和照料家庭的目的。通过e c h o n e t 系统，每个节能的家庭可以间 接地减少二氧化碳的排放，减缓温室效应，并且通过对家庭设施的控制改善家庭 的居住条件从而达到减少医疗费用，增加社会效益的目蒯2 1 1 。 e c h o n e t 认为目前家庭网络无法广泛推广的一个原因是在家庭中重新布线 的成本太高，因此该组织开发的标准体系对于设备的物理互连没有特殊规定，希 望可以应用于已存在的家庭布线系统中，并可以广泛地适用于各种设备。 e c h o n e t 有严格的组织结构，包括指导委员会、技术委员会和推进委员会， 目前已经发布了e c h o n e t 规范3 0 版。 h b s 已经被纳入e c h o n e t ，成为它的一个子集。h b s 的全称为家庭总线系 统，是由日本电子工业联合会无线工程电子协会( e l e c t r o n i ci n d u s t r ya s s o c i a t i o n 浙江人学- 丁学硕 ：学位论文 基于d a l ! 的智能照明系统设计 o fj a p a n r a d i oe n g i n e e r i n g & e l e t r o n i c sa s s o c i a t i o n ，e i a j r e e a ) h b s 标准委员会 于1 9 9 7 年制定的，得到了日本政府和商会的支持。h b s 以双绞线和同轴电缆为 通讯介质，介质的最大长度为2 0 0 m 。h b s 由控制通道和信息通道两部分组成， 控制通道用于低速数据的传输，信息通道用于高速数据的传输。控制通道最多可 支持2 5 6 个节点，传输速率为9 6 k b p s 。 h b s 对开放系统o s i 七层模型作了精简，由四层结构组成，分别为物理层、 数据链路层、网络层和应用层，类似现场总线。在介质访问子层，h b s 采用带 碰撞检测的载波侦听多路访i h - ( c s m a c d ) 协议。根据网络层的规定，h b s 的子 网之间由路由器连接，h b s 网和其它网之间用网关连接。图2 1 是h b s 的典型 连接图。 图2 - 1h b s 的典型连接图 2 2 4 e i b 欧洲电气安装总线 欧洲安装总线e i b ( e u r o p e a ni n s t a l l i n gb u s ) 是在欧洲占主导地位的楼字家 庭自动化标准。截至2 0 0 2 年6 月，全球有3 0 0 余家制造厂商生产5 0 0 0 余种e i b 兼容产品i 捌，占据欧洲楼宇、家庭自动化设备销售总额的8 0 。e i b 协议由中 立的非盈利组织e l b a 统一管理，任何愿意遵守e i b 协议的制造厂商均可以申请 并通过e i b 认证后生产e i b 产品。1 9 9 9 年，e i b 进入中国。目前，e i b 在中国 浙江大学工学硕j j 学位论文基于d a l i 的智能照明系统设计 设有两个培训中心，3 0 余家代理集成商。厦门国际会展中心、大连国贸中心、 上海新国际博览中心、浙江省人民大会堂都是e i b 的成功应用案例。鉴于其优 异表现，该协议已被美国消费电子制造商协会列为e 认一7 6 6 标准i 酬。 e i b 系统是一个二线制的总线型智能控制系统，主要用于对照明系统、家电 设备的控制，也可用于安防系统。系统中所有单元器件( 电源除外) 均内置微处 理器和存储单元，由一对信号线( 双绞线) 连接成网络。每个单元均设置唯一的 物理地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过组 地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为e i b 总线信 号在e i b 总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 在e i b 通信网络中有两种寻址方式，物理地址和组地址。物理地址是e i b 总 线通信单元的唯一标志。物理地址由2 个字节组成，用十进制表述成如下格式： x x x x x x x ，其最大值为1 5 1 5 2 5 5 。物理地址中的不同段分别代表e i b 网络拓 扑中的域、线和设备。 组地址在e i b 通信机制中扮演了关键角色。e i b 设备之间的相互通信主要是 通过组地址而不是物理地址实现的。组地址使得一控多、多控一、场景控制等方 式变得非常方便。组地址也占用2 个字节，其首位永远是0 ，有效的组地址是1 5 位。组地址通常有两种十进制表述方式，分别是两段式和三段式，格式分别为： m s 和m m s 。不同的分段方式只是功能概念上的划分，其比特数据本身没有任 何区别。例如两段式的组地址1 2 5 7 和三段式的1 1 1 是完全一样的，用二进制 表示都是0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 。组地址的分段与物理地址不同，表述的不是网络 拓扑的结构，而是网络设备在功能上的逻辑划分。例如用第一段区分“开关”和 “调光两种功能，第二段区分不同的灯。不同的设备可以属于同一个组地址。 ，。图2 2 给出了一个实例，说明了物理地址和组地址的