智能家居系统基础概述

1、1行业分析系统分析总结说明KNX/EIBModbusRS-485CAN-busZigBeeWi-FiBluetoothPLCAppleGoogle2行业分析系统分析总结说明2目录页Contents Page行业 分析系统 分析总结 说明123行业分析系统分析总结说明3行业分析1.1 智能家居概述智能家居Smart Home, SH. 智能家居是以住宅为平台，利用 综合布线技术、网络通信技术、 智能家居-系统设计方 案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生 活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事 务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺 术性，并实现环保节能的居住环境。

2、行业分析系统分析总结说明4行业分析1.2 行业状况国外：KNX/EIB：KNX号称是家居和楼宇控制领域为的开放式国际标准。优势：采用总线方式，并且总线可 通电源，稳定可靠，不同KNX厂家之间的设备可互用。弱点：只能使用KNX协议设备，价格相对较高。快思聪：专业智能家居强项：采用综合布线形式，稳定，功能强大 。弱点：需要专业的人员安装调试，调试难度大，价格相当昂贵。control4：无线控制，无需布线，擅长影音，灯光控制等。 弱点：无线控制的不稳定性，价格贵。霍尼韦尔：擅长安防，全球第一，稳定 ，价格适中弱点：影音控制相对较弱。ABB：擅长工业领域，已开始重视家用领域，但价格昂贵。国内：品牌多而

3、杂，功能倒是花哨，没有引领的大品牌，但有一些品牌在稳定性方面做得还是不错。把可靠性与使用的便利性放在重要位置；很多国产品牌都是融合Zigbee无线通信，在此上面开发出来的。行业分析5行业分析系统分析总结说明1.3 国内发展之思智能家居发展的昨天那个冬天有点冷！从80年代就开始的智能家居概念到本世纪初，二十年的时间，其发展始终处于一种尴尬的位置，想像无限却问津寥寥。究其原因，无非下列4种：人们只听说智能家居的美好，这也能实现，那也能实 现，但实际上没几个人见到过成功的样板。1、理论多于实物受制于当时的技术水平以及制造成本居高不下，国内 品牌从几万到几十万不等，国外品牌动辄便是几十万 以上，寻常人

4、家怎么可能用买房的钱去玩智能家居。2、量少价高智能家居源于欧美，国外住宅以单体独栋为主，在智 能灯光控制方面有实际需要。彼时国内生活不富裕， 又是小户型，没有必要花代价去添置智控功能。3、实用性低网络做为智能家居必备基础，那个时候还在用每秒几 K的猫；手机也是从当时的大砖头只能接打电话。较 少能做远程控制。4、技术硬伤行业分析系统分析总结说明6行业分析1.4 行业前景都说”有唐僧走过的地方会吸引妖精“，有巨 大商机的行业自然迎来众多业内外巨头觅食。智能家居蕴含清新明朗的广阔市场，引来微软、谷歌、苹果、京东、小米等众多知名企业争相涉足，一时间将智能家居推至舆论顶端。巨头的大手笔进军，对在智能家居

5、领域企业，是坏事也是好事。一方 面，这些企业必须忍受自己坚守的领域被巨头攻破的酸楚；另一方面， 巨头涌入带来的是更大的盘子。中国智能家居市场规模：7行业分析系统分析总结说明7目录页Contents Page行业 分析系统 分析总结 说明123行业分析系统分析总结说明8系统分析系统主要分类系统类型总线KNX/EIBModbusRS-485CAN无线ZigBeeWi-Fi蓝牙电力载波Apple google9行业分析系统分析总结说明总线技术KNX/EIBModbusCANRS-485行业分析系统分析总结说明10系统分析2.1 KNX/EIB分析KNX是Konnex的缩写。1999年5月，欧洲三大总

6、线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex协 会，提出了KNX协议。该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范，并吸收了BatiBus和 EHSA中配置模式等优点，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案。KNX 总线是独立于制造商和应用领域的系统。 通过所有的总线设备连接到 KNX 介质上 ( 这些介质包括双绞线、射频、电力线或 IP/Ethernet), 它们可以进行信息交换。总线设备可以是传感器也可以是执行器，用于控制楼宇管理（如： 照明、遮光 / 百叶窗、保安系统、 能源管理、 供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面及楼宇控制系统、远程控制、

7、计量、视 频 / 音频控制、大型家电等）。所有这些功能通过一个统一的系统就可以进行控制、监视和发送信号，不需要额外的控制中心。行业分析系统分析总结说明11系统分析2.1 KNX/EIB分析系统巡检系统具有故障检测功能.系统内若有设备故障或断线可及时上报.结构简单用2芯双绞线作为总线与电力线.24V安全低电压，设备之间只用一根总线连接.通讯效率高采用分层结构，分成支线、干线和区域.支线信号经耦合器过滤掉不必要的信号后借入干线.独立性强系统内传感器和驱动器都需要有独立的CPU.其中一个模块坏了不会影响其它模块的使用.稳定可靠KNX符合国际标准、欧洲标准、中国标准，以及美国标准，是目前世界上唯一符合

8、四大标准的协议.分布广泛KNX协会有来自37个国家和地区的340个会员.7,000多个认证产品，ETS销售超过120个国家.KNX/EIB特 点行业分析系统分析总结说明12系统分析KNX 总线电源供应器灯光调光模块光线感应器智能面板带遥控调光灯开关模块220VAC遮阳/百叶窗220VAC百叶窗模块风机盘管模块风机盘管多功能带温控面板移动感应器气象感应器彩色触摸屏2.1 KNX/EIB分析系统构架主要基于KNX总线协议， 所有传感器（智能面板、感应器、 触摸屏等），驱动器（开关模块、 调光模块等），以及系统元件（系 统电源、干接点模块等）全部接入 KNX总线。再由驱动器对灯光、百叶窗等设备进行控

9、制。行业分析系统分析总结说明13系统分析2.1 KNX/EIB分析采用分布式总线分层结构，系统最小单元为支线，一条支线可连接64个原件，最多15条支线连接到 干线上，由支线和干线组成的机构为区域，整个系统可以做到15个区域。所以说，整个系统可以连 接14400台总线设备。支线、干线之间的传输速率均为9600bit/s。系统结构可以任意布设成线型、星型、树形结构，但不可以形成环形。行业分析系统分析总结说明14系统分析2.1 KNX/EIB分析使用EIB通讯总线专用电缆 BUS EIB 2*2*0.8，电缆有屏蔽层，且有 PVC混合料外护套保护；每一条支线的总和长度不超过1000米；任何2个元件之

10、间总线电缆长度不超过700米；电源到任何元件的总线电缆长度不超过350米；总线电缆可与220V供电电缆并行敷设；行业分析系统分析总结说明15系统分析2.2 Modbus分析Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用 于工业现场的总线协议。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网 络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控 制设备可以连成工业网络，进行集中监控。Modbus总线广泛应用于仪器仪表、智能高低压电器、变送 器、可编程控制器、人机

11、界面、变频器、现场智能设备等诸多领域。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。在Modbus系统中有2种传输模式可选择：一种模式是ASCII（美国信息交换码），另一种模式是RTU（远程终端设备）。行业分析系统分析总结说明16系统分析2.2 Modbus分析设备通讯 Modbus协议建立了主设 备查询的格式，主设备可 单独和从设备通信，也能 以广播方式和所有从设备 通信。简单易用 Modbus的帧格式 简单、紧凑，用户 使用容易，厂商开 发简单.标准开放用户可以免费使用 Modbus协议，不需 要交纳许可证费.多种电气接口物理接口可以是RS23

12、2、RS485、RS422、RJ45，还可以在各种介质上传送.通用性目前支持Modbus的厂家 超过400家，产品超过600 种，节点安装数超过1000 万个。行业分析系统分析总结说明17系统分析2.2 Modbus分析Modbus标准物理层可以采用RS-232 串行通信方式，但在长距离通信中常采 用RS-422或RS-485代替。在多点通信情况下只采用RS-485方式， RTU模式下的Modbus系统采用屏蔽双 绞线，通信距离可达1000m。一条总线上最多可配置31个从站设备。行业分析系统分析总结说明18系统分析2.2 Modbus分析Modbus主要是电子控制器上控制协议，涉及智能家居品牌

13、的主要是大金空调、东芝空调、日立空调 等智能空调品牌。 但是像智能电表等与智能家居相关的电子控制器中也是有很多使用该项协议。行业分析系统分析总结说明19系统分析2.3 RS-485分析电子工业协会于1983年制订并发布RS-485 标准，经通讯 工业协会（TIA）修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯地称之 为RS-485 标准。RS-485采用差分信号负逻辑，-2V-6V表示“0”，+2V+6V表示“1”。其最大特点就是点对点的双向通信方 式，并且可以实现联网功能。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对 点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式。我们系统通

14、过485总线（A端、B端）进行数据传输，所以 集成第三方485设备只需两芯线即可。1、RS-485双向通讯信号行业分析系统分析总结说明20系统分析采用平衡驱动器和差分接收器的 组合，抗共模干扰能力强最大传输速率可达到10Mbps最大的通信距离约为1219m，传输速率与传 输距离成反比，在100Kbps的传输速率下， 才可以达到最大的通信距离总线一般最大支持30个节点，如 果使用特制的485芯片，可以达 到128个或者256个，最大的可以 支持到400个2.3 RS-485分析行业分析系统分析总结说明21系统分析在低速、短距离、无干扰：普通双 绞线；（常规项目用此种线缆就行）在高速、长线传输时：

15、120 RS485专用电缆；干扰恶劣的环境下：铠装型双绞屏 蔽电缆。另：在要求比较高的地方，485总线 需要单点可靠接地。2.3 RS-485分析行业分析系统分析总结说明22系统分析2.4 CAN分析CAN 是Controller Area Network（控制器局域网络）的缩写，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司于1986年开发的。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且 拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。CAN 的高性

16、能和可靠性已被认同，由于其本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控 制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感 器等领域发展。行业分析系统分析总结说明23系统分析2.4 CAN分析1、国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高2、传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1Mbps）3、单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数4、多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高5、实时性高，非破坏总线仲裁技术，优先级高的节点无延时6、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯7、报文为短帧结

17、构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低8、自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高9、硬件报文滤波功能，只接收必要信息，减轻CPU负担，简化软件编制10、通讯介质可用普通的双绞线，同轴电缆或光纤等11、CAN总线系统结构简单，有极高的性价比24行业分析系统分析总结说明无线技术Wi-Fi蓝牙ZigBee行业分析系统分析总结说明25系统分析2.5 ZigBee分析ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee又称紫蜂协议，来源于蜜蜂的八字舞。其特点是近距离、低复杂度、自

18、组织、低功耗、高数 据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜 的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。Z-wave是由丹麦公司Zensys所一手主导的无线组网规格，Z-wave联盟虽然没有ZigBee联盟强大， 但是Z-wave联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产品的厂商，该联盟已经具有160多家国际知 名公司，范围基本覆盖全球各个国家和地区。行业分析系统分析总结说明26系统分析2.5 ZigBee分析在待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点 工作624个月。蓝牙能工作数周、Wi-Fi可 工作数小时。ZigBee工作在20250kbps

19、的速率，分别提 供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz) 和20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率。ZigBee的响应速度较快，从睡眠转入工作状 态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms。 相比较，蓝牙需要310s，Wi-Fi需要3s。提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用 访问控制清单，以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。全功能的主节点只需32KB代码，子功能节点 少至4KB代码，；并且ZigBee免协议专利费。 每块芯片的价格大约为2美元。传输范围一般介于10100m之间，在增加发 射功率后，亦可增加到13km。这

20、指的是相 邻节点间的距离。采用星状、片状和网状结构，最多一个主节点 可管理254个子节点；主节点还可由上一层网 络节点管理，最多可组成65000 个节点。使用工业科学医疗(ISM)频段，915MHz(美 国), 868MHz(欧洲), 2.4GHz(全球)。行业分析系统分析总结说明27系统分析2.5 ZigBee分析ZigBee是一个由可多到 65000个无线数传模块组成 的一个无线数传网络平台， 在整个网络范围内，每一个 ZigBee网络数传模块之间 可以相互通信，每个网络节 点间的距离可以从标准的 75m无限扩展。行业分析系统分析总结说明28系统分析2.7 Wi-Fi分析无线网络技术由澳洲

21、政府的研究机构CSIRO在90年代发明并于1996年在美国成功申请了无线网技术 专利。在1999年IEEE官方定义802.11标准的时候，IEEE选择并认定了CSIRO发明的无线网技术是世界上 最好的无线网技术，因此CSIRO的无线网技术标准，就成为了2010年无线保真的核心技术标准。无线网络是一种能够将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。 Wi-Fi（无线保真）是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善 基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网

22、就称为 Wi-Fi，甚至把Wi-Fi等同于无线局域网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）。无线网络在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线 联网技术，以前通过网线连接电脑，而Wi-Fi则是通过无线电波来连网；常见的就是一个无线路由器，那 么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网，如果无线路由器连接了 一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为热点。行业分析系统分析总结说明29系统分析2.7 Wi-Fi分析Wi-Fi技术传输速度非常快，最低也可支持54Mbps， 已有芯片支持多个数据流，传输速率可达到600Mbps。

23、802.11n在功耗和管理方面进行了重大创新，不仅能够 延长电池寿命，还可以嵌入到其它医疗、楼控设备中。802.11w标准，它能保护无线管理帧，可切断利用伪造 MAC地址进行的攻击，使无线链路更好地工作。802.11n具有：低密度奇偶校验码，提高纠错能力；空间时分组编码(STBC)，利用多重天线提高信号可靠性。带宽更宽信号更强功耗更低安全性增强行业分析系统分析总结说明30系统分析2.8 蓝牙分析蓝牙（Bluetooth），是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等之间进行无线信息交换。蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王

24、哈拉尔蓝牙王，因为国王喜欢吃蓝莓，牙龈每天都是蓝色 的所以叫蓝牙。1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技 术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的 2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传 输。行业分析系统分析总结说明31系统分析2.8 蓝牙分析当今市场上支持范围最广泛且安全的无线标 准。总共有超过4000多家公司成为成员，安 装的基站数量在 20

25、05 年底已经达到5 亿个。易于使用Bluetooth 技术是一项即时技术，它不要求固 定的基础设施，且易于安装和设置，不需要电 缆即可实现连接。集成该技术的产品从手机、汽车到医疗设备等 等。低功耗，小体积以及低成本的芯片解决方 案使得该技术可以应用于极微小的设备中。设备丰富全球可用32行业分析系统分析总结说明电力载波行业分析系统分析总结说明33系统分析2.9 电力载波分析电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。 电力载波是电力系统特有的通 信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。 最大特点是不需要重新

26、架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。系统分析34行业分析系统分析总结说明2.9 电力载波分析电力线载波通讯因为有以下缺点，导致PLC主要应用未能大规模应用：配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送；三相电力线间有很大信号损失（10 dB -30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输；不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同，耦合方式有：线-地耦合，和线-中线耦合。线-地耦合方 式与线-中线耦合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地耦合方式不是所有地区电力系统都适 用；电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和60HZ，其周期为20ms和16.7ms，在每 一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ 脉冲干扰，干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输 的方法，但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比