Управління освітленням по протоколу X10. Протокол X10 : переваги і недоліки. "Розумний будинок"

Додано: 22.01.17

IT-експерти стверджують, що ринок "інтелектуальних" будинків в Росії ніколи не стане масовим і в найближче десятиліття навряд чи вийде за межі елітного житла в Московській області. У перспективі можливим споживачем ринку стане мізерна частина населення з високими доходами і в регіонах, але для широких мас "розумний будинок" залишиться барвистою картинкою на сторінках таблоїдів та інтернет-ресурсів. Чи це Так? Вже зараз інфраструктура житла пересічного обивателя являє собою досить складну комбінацію різних інженерних систем. Об'єднати їх в одну мережу без глобальних витрат допоможе стандарт X10.

Можливості "розумного будинку"

Найбільш поширена і проста функція - управління освітленням. Інтелектуальна система дозволяє дистанційно контролювати кожен освітлювальний прилад. Не встаючи з місця можна увімкнути або вимкнути освітлення в будь-якій кімнаті або у всьому будинку відразу, відрегулювати яскравість нічного підсвічування коридору, ландшафтних світильників. "Розумний будинок", включаючи світло в різних місцях за певним алгоритмом, відлякує зловмисників, імітуючи присутність господарів у разі їх від'їзду. Автоматизоване управління підтримає задані температурні параметри у приміщенні, керуючи опалювальними приладами або системами кондиціонування і вентиляції. Інтелектуальний будинок може контролювати охоронно-пожежне обладнання і, при виникненні нештатних ситуацій, відправити повідомлення на телефон господаря або відповідних структур голосовим або СМС-повідомленням.

Як все починалося

X10 - один з перших відкритих індустріальних стандартів, розроблений для систем побутової автоматизації компанією Pico Electronics (Шотландія, Гленротс) у 1975 році. Спочатку фірма займалася проектуванням та виробництвом мікросхем і калькулятори. Перший же досвід розширення сфери виробництва став дуже успішним в комерційному плані. Платформа X10 швидко придбала популярність серед розробників концепції розумного будинку і дала відчутний імпульс розвитку цієї індустрії. Спроби створення подібного інтерфейсу робилися і іншими фірмами, але особливого успіху не отримали.

Для свого часу X10 - протокол з хорошою завадостійкістю. Популярності сприяли порівняльна дешевизна обладнання, орієнтація розробників на побутову автоматизацію, супровід та технічна підтримка. На Північноамериканському континенті стандарт до сьогоднішнього дня затребуваний і поширений. Слідом за фірмою-розробником, широкий спектр X10-сумісних пристроїв стали випускати гігантські корпорації IBM і Philips. У справжні дні Pico Electronics перетворена в компанію X10 INC (США) з торговою маркою PowerHouse.

Класифікація обладнання

Апаратне забезпечення мережі X10 являє собою сукупність пристроїв, пов'язаних між собою за стандартної електромережі або радіоканалу. До складу базової системи обов'язково входять:

Передавачі - контролери, формують та надсилають команди, модулі управління (з комп'ютерним інтерфейсом або автономні), таймери з різним часовим діапазоном, пульти дистанційного управління (інфрачервоного або радіоканалу).

Приймачі - виконавчі пристрої, що виконують надійшли команди: лампові модулі і патронні світлорегулятори, діммерние і розеткові блоки, всілякі приводи.

У разі побудови більш масштабної мережі або розширення існуючої часто застосовують допоміжне обладнання:

Трансивери, що приймають командні сигнали від пультів ДУ з подальшим перетворенням в комунікаційний протокол X10 перед відправкою в електромережу.

Ретранслятори та підсилювачі сигналів.

Фільтри, що зменшують вплив перешкод електромагнітного характеру.

Міжфазні мости, для електромереж 380 в (пасивні або активні, для будівель, площею понад 300 м 2) .

Вимірювальні пристрої, що спрощують монтажні та пусконалагоджувальні роботи, датчики руху, освітлення тощо).

Обладнання, що випускається різними фірмами, часто мають подібний зовнішній вигляд, функціонал і навіть маркування. Пристрої мають різне виконання в залежності від вимог до розміщення; для монтажу в лінію, на DIN-рейку в стандартних електрошафи, мікромодулі для распредкоробок прихованої проводки.
Автоматизацію побуту можна почати з декількох базових модулів, а потім поступово збільшувати масштаб і розширювати функціонал, додаючи нові апаратні одиниці.

Приклади елементної бази

Основою для типового модуля X10 служить програмований мікроконтролер. За певним алгоритмом він управляє функціонуванням електронної схеми пристрою подачі на його вхід сформовані сигнали, прийняті з зовнішньої електромережі і перетворює вихідні імпульси для зворотної передачі в мережу. Як мікрокомп'ютерів можуть використовуватися контролери серійного виробництва (наприклад, PIC або AVR компаній Atmel, Microchip і, відповідно). Для управління освітленням в концепції "інтелектуальний" будинок широко застосовуються лампові релейні модулі X10. Розрізняють дві модифікації: вставляються в звичайну розетку для підключення торшерів, настільних ламп (LM12) або виконані у вигляді перехідника між освітлювальним патроном і стандартної лампочкою з цоколем Е27 потужністю до 100 Вт (LM15S).
Управління побутовою електротехнікою здійснюють з допомогою приладових розеткових модулів. Наприклад, модуль AM12 по виду нагадує ламповий, але не підтримує команди, специфічні для освітлення (про це трохи нижче).

Програмне забезпечення

Реалізувати протокол X10 на комп'ютері допоможуть програмні продукти верхнього рівня. ActiveHome Software - безкоштовне ПЗ для персональних комп'ютерів на базі операційних систем WINDOWS від компанії-розробника платформи X10. Пакет включає в себе величезну кількість утиліт і драйверів пристроїв, а також мобільну версію програми.

ActiveHomePro - програмне забезпечення для комп'ютерного інтерфейсу СМ-15 (радиотрансивера, 433 МГц) з підключення через порт USB. Дозволяє управляти освітленням і побутовою технікою із завданням необхідних алгоритмів, графіків і таймерів з персонального комп'ютера або автономно з бездротового пульта. Х10 Commander (Melloware Inc) - вільно поширюваний софт під будь-яку ОС, дозволяє на базі ПК створити багатофункціональний сервіс управління та інтегрувати протокол X10 на телефон і будь-які мобільні пристрої (iOS/Android). Російське ТОВ "Лабораторія домашніх технологій" пропонує споживачам зручний девайс на платформі X10 - повнокольоровий сенсорний VGA-панель XTS-36. Автономний пристрій має зручний графічний інтерфейс. Управління протоколом X10 і контроль системи інтелектуального освітлення залишається комфортним, з прекрасною візуалізацією, але виключається необхідність у постійній роботі комп'ютера у фоновому режимі. У комплекті поставляються драйвера і програмне забезпечення для прописування адресації пристроїв X10 і основних параметрів початкової конфігурації, для складання різних сценаріїв.

X10. Протокол у подробицях

Фізична середовище обміну інформацією в силових електропроводах являє собою передачу/прийом фрагментів синусоїдальних коливань високої частоти (120 КГц) з амплітудою 5в і тривалістю 1 мс/630 мкс у кожному полупериоде мережевої напруги, у вікнах, сформованих відразу після перетину нульової позначки. У трифазних ланцюгах аналогічні вікна формуються в кожній фазі, тобто зі зрушенням в 60 градусів з подальшим застосуванням міжфазних мостів.

Якщо пристрій у вікні прийому отримує посилку, в якій не менше 48 коливань, розглядає її як логічну "одиницю", в зворотному випадку - як логічний "нуль". Передача біта інформації займає два напівперіоду мережевої напруги. Причому у другому транслюється інверсне значення, що не тільки покращує стійкість, але і служить для ідентифікації коду синхронізації при пакетної передачі. X10 - протокол, у якому стандартний одиночний пакет (кадр, фрейм) передається за 11 періодів. Він містить:

код синхронізації - 2 біта,

код модуля - 4 біта,

код будівлі - 5 бітів.

Кожен пакет, без всякого інтервалу, передається два рази поспіль. Перед трансляцією наступного пакетного дубля витримується пауза в 3 періоду мережевої напруги (виняток - команди керування яскравістю дисплея, що передаються безперервним потоком). ІК-пульти управління в мережах X10 працюють по протоколу X10-IR на несучій частоті 40 КГц. Радіоканал (протокол X10-RF), в залежності від регіону, має діапазон від 310 до 434 Мгц.

Адресація і система команд

Максимальна кількість модулів в мережі X10 - 256. На кожному модулі розташовані два селекторних перемикача з 16 фіксованими положеннями.

Перший перемикач - код вдома (Home code) служить для вибору категорії або групи пристроїв. Має літерні позначення положень від A до Р. У другому фіксовані положення позначаються цифрами від 1 до 16 і вказують на конкретний модуль в мережі (Unit code). Таким чином, кожному пристрою задається унікальний номер, що складається з літер і цифр. Наприклад; А5 М14 і т. д. Контролери системи, на відміну від виконавчих модулів, як правило, не вимагають настройки адресації. Уявлення про існуючі командах платформи і відповідних їм діях можна отримати з таблиці. Команди протоколу X10

Команда (англ.)

Команда (рос.)

Тип

Дія

All units off

Вимкнути всіх споживачів

Групова

Відключаються всі пристрої з вказаним кодом будинку, що підтримують команду.

All ligths on/off

Включити/виключити всі освітлення

Групова

Переклад в стан включено/вимкнено всіх освітлювальних модулів з заданим кодом будинку.

On/off

Увімкнути/вимкнути

Адресна

Переклад в стан включено/вимкнено конкретного модуля.

Dim/Brigth

Підвищити/понизити яскравість

Адресна

Управління диммерами. Кількість пакетів для діапазонів регулювання яскравості освітлення на різних пристроях різному.

Pre-Set Dim 1/2

Завдання певного рівня яскравості.

Адресна

Дозволяє вибрати будь-яку з 32 ступенів регулювання яскравості.

Status request

Запит статусу

Адресна

Запит стану комутуючого модуля.

Status on/off

Відповідь на запит

-

Відповідь про стан модуля.

Hail Request/Acknowlege

Запит/надсилання відгуку

Групова

Технологічна команда для визначення насиченості адресного простору системами інших будівель.

Основні переваги

X10 - протокол малобюджетного класу побутової автоматизації, що використовує для передачі інформаційних і командних повідомлень вже існуючі електромережі. Відпадає необхідність в прокладанні нових комунікацій, що особливо актуально в будинках з чистової обробкою або закінченими ремонтними роботами. Можна використовувати мережеву проводку, так і задіяти радіоканал - асортимент обладнання, пропонований виробниками, дозволяє реалізувати обидва варіанти або їх комбінацію. Вартість пристроїв, у порівнянні з більш сучасними платформами, також приємно радує. Наступна перевага - гнучкість застосування і простота монтажу, що не вимагає спеціальних навичок і вмінь. Система характеризується прекрасною розширюваність і масштабованість. Модулі підключаються за принципом Plug & Power (включив і керуй). Вся настройка полягає в тому, щоб встановити новому компоненту унікальний адресу. Далі автоматика все зробить сама. Значно спрощується поділ освітлювальної інфраструктури на зони. Достатньо присвоїти пристроїв однієї групи однакову літеру (код будівлі), й при подачі відповідної широкомовної команди, включатися чи виключатися буде світло в цій зоні.

Відкритий протокол - ще один плюс платформи, що передбачає легку інтеграцію з будь-якою системою управління, можливість використання при проектуванні мережі електроустановочних виробів сторонніх виробників.

і недоліки

Основна перевага інтерфейсу X10 - передача інформаційного сигналу по силовій проводці - є головним джерелом його проблематики. Низька швидкість. Передача команди займає близько секунди, тобто запізнювання виконання команди реально відчутно навіть при керуванні одним пристроєм. А в процесі відпрацювання заставленого сценарію, затримка може стати дратівливо неприпустимою. Так як швидкість передачі інформації прив'язана до частоті живлячої напруги, підвищити її не представляється можливим. Низька завадостійкість. Велика кількість побутових приладів у сучасному житлі різко підвищує рівень перешкод в силовій мережі, негативно відбивається на співвідношенні сигнал/шум, що, в свою чергу, позначається на якості інформаційного обміну між модулями X10. Звідси і слідства - невиконання команд або помилкова комутація. При будівництві великих мереж проблемою може стати обмеженість адресного поля, так як підключитися до протоколу X10 зможуть тільки 256 пристроїв. Асинхронність передавального обладнання може призвести до накладення пакетів, і виникнення колізій, в результаті чого, жодна з команд не буде виконана. Кардинально виправити ситуацію не можна. Не передбачені процедури розмежування доступу, немає захисту від несанкціонованих дій сторонніх осіб. І нарешті, неможливе створення складних схем управління побутовими приладами і освітленням з реалізацією функції самодіагностики системи і вхідних в неї пристроїв.

Модифікації X10

Перераховані недоліки в більшості своїй виправлені в наступних поколіннях систем побутової автоматизації так званої шинної архітектури (передача сигналів відбувається по спеціально виділеній/прокладеної шині з низьковольтним годує напругою).

У свою чергу, розробники і виробники обладнання X10 робили кроки щодо вдосконалення та модифікації існуючої платформи. Результатом став формат X10Extended з розширеною системою команд. Безсумнівним плюсом модифікованої платформи стало регламентування процедури доступу передавачів до магістралі, що виключає виникнення колізій і розширення функцій команди Exteded Code 1 із зміною формату пакета. Подальша модифікація X10Extended призвела до створення формату А10 в якому істотно розширили адресне поле (до 4096 модулів) і додали кілька сервісних функцій (доступних тільки на пристроях, що випускаються фірмою-розробником). Протоколи А10 і X10 абсолютно сумісні, що робить можливим експлуатацію в одній системі модулів обох типів. Підводячи короткі підсумки, важко не погодитися, що перший інтерфейс домашньої автоматизації за минулі, без малого, п'ятдесят років морально застарів. Спроби модернізації, що нагадують латання покрівлі в сезон дощів, кардинально виправити ситуацію не в змозі. Але бюджетні характеристики платформи, як і раніше утримують її на ринку інтелектуальних систем, а обладнання X10 активно виробляється і реалізується. Вітчизняні фірми прогнозують інтерфейсу нову хвилю популярності. Споживачам пропонується широкий спектр як окремих пристроїв, так і готових рішень для "інтелектуального" будинку на платформі X10.