Технология Х10 представляет собой одноименный стандарт и коммуникационный протокол, которые используют в системах автоматизированного дома. Для передачи сигналов используют среду силовых электросетей. Главный плюс технологии заключается в простоте реализации: нет необходимости прокладывать новые кабели и провода, достаточно подключить новое оборудование к существующей проводке. Рассмотрим в деталях технологию Х10.
Каждый элемент системы «Умный дом» по технологии Х10 имеет свой адрес, состоящий из двух символов: первый – код дома, второй – код элемента. Каждый из них может обладать 16-тью значениями, а общее число адресатов может достигать 256. Обычно код дома обозначают латинскими буквами, а код элемента – числами от 1 до 16. По электросети код дома и устройства системы передаются в определенной последовательности нулей и единиц, то есть двоичным кодом. Каждая команда протокола Х10 также имеет свой двоичный код. Последний бит двоичного кода, как устройства, так и команд служит для отличия типа кода: если последний бит ноль, то этот код предназначен устройству, если один – то по сети осуществляется передача команды.
Чтобы приемник определил передачу полезного сигнала, передатчик вначале высылает так называемый стартовый код, которому соответствует последовательность – 1110. Далее следует код дома, а потом - код устройства или сама команда. Совокупность передачи сначала стартового кода, потом кода дома и далее кода устройства или команды называется фреймом или кадром Х10. Каждый кадр во время передачи дублируется в целях повышения надежности передачи. Кадр содержит в себе как стартовый код, так и информационный. Последний сопровождается дополняющим битом, который реализуется следующим образом: в коде после 1 идет 0, а после 0 – единица.
Что бы передать команду по технологии Х10 вначале отправляется кадр с кодом устройства, которому предназначается команда, а потом отправляется кадр команды. Исключением являются групповые команды, которые передаются всем устройства. Например, если послана команда "All Units Off", то перед кадром команды код устройства не отправляется.
Если осуществляется непрерывная передача команд и адресов устройств, то между парой передающихся кадров всегда присутствует промежуток, равный трем циклам переменного напряжения. Иными словами между кадрами передается последовательность из шести нулей. К примеру, рассмотрим обычную передачу команды устройству. Для осуществления этой операции нужно вначале передать адрес устройства, а затем и саму команду. Все это осуществляется двумя парами кадров с промежутком в шесть нулей. Пара кадров, как описывалось ранее, необходима для обеспечения надежности передачи. Так как для передачи одного кадра необходимо 11 циклов напряжения, то для осуществления нашей задачи необходимо затратить 22+3+22 = 47 циклов переменного напряжения. Если у нас частота в 50 Гц, то данная операция имеет длительность в одну секунду.
1. Приемники или исполнительные модули. Они принимают и выполняют команды по технологии Х10. Как описывалось ранее, каждое устройство имеет свой адрес: приемник имеет код дома и свой код, например N13. Бывают ситуации, когда несколько исполнительных модулей имеют один и тот же адрес. Это означает, что они обладают одновременным управлением. Приемники классифицируются в зависимости от назначения: ламповые модули, приборно-розеточные модули, настенные выключатели, светорегуляторы, приводной модуль штор и др.
2. Трансиверы – устройства, принимающие сигналы от пультов удаленного управления: инфракрасный порт или радиосвязь. Трансиверы преобразуют сигнал в формат Х10 и передают его в электрическую сеть.
3. Контроллеры или передатчики генерируют или упаковывают и отправляют команды в электрическую сеть. Передатчики могут являться модулями управления, которые формируют команды на выключение/включение и изменение яркости освещения. Контроллеры могут выступать в роли программируемых таймеров, высылающие сигналы устройствам в определенное время. Передатчик можно запрограммировать как контроллер освещенности, взаимодействующий с датчиком контроля интенсивности солнечного света.
4. Пульты дистанционного освещения обеспечивают удаленное управление модулями «Умного дома» Х10 посредством инфракрасных портов и радиоканалов.
5. Модули, увеличивающие производительность и обеспечивающие необходимую устойчивость системы «Умного дома» по технологии Х10. К такому оборудованию относятся усилители и ретрансляторы сигналов, фильтры подавления помех от устройств. В экономичном варианте «Умного дома» можно обойтись от установки данных модулей.
6. Измерительные устройства. Измеряют затухания сигналов в формате Х10 для дальнейшего определения состояния системы.
На основе стандарта Х10 в системе «Умный дом» используют также вспомогательное оборудование, которое не применяет протокол технологии Х10 для передачи и приема сигналов. К примеру, таким устройством могут являться датчики движения, освещенности или разбития стекла. Их работа в системе Х10 осуществляется через трансиверы, на которые вспомогательные устройства передают информацию по радиоканалу или через ИК порт. А трансиверы предают полученные данные исполнительным модулям по стандарту Х10.
Производителями устройств «Умного дома» по технологии Х10 являются PowerHouse, BMB Electronics B.V., Marmitek. В общем смысле одно и тоже устройство одного производителя схоже с устройством другого производителя: одинаковое функциональное назначение, внешний вид и маркировка модуля.
Рассмотрим детально готовые модули технологии Х10.
Исполнительные модули. К этим модулям чаще всего относят устройства, работающие с лампами накаливания и бытовыми электроприборами. Адрес такого устройства определяется либо двумя переключателями, один из которых обозначает код дома, а другой – код устройства; либо задаются непосредственно контроллером по протоколу Х10. Устройства подключаются к общей электросети. Исполнительный модуль может управлять только одним устройством и посылать индивидуальные команды, такие как «On», «Off», «Dim», «Bright». Либо модуль управляет сразу несколькими устройствами с помощью команд «All Lights On», «All Units Off».
Трансиверы. Приведем пример готового решения трансивера на основе модуля ТМ13 компании Marmitek. Данный модуль принимает сигналы на частоте 433,9 МГц по радиоканалу, либо через пульт ДУ, беспроводной контроллер или датчик преобразования сигнала в формат Х10. Данный трансивер поддерживает такие команды как «On», «Off», «All Units Off».
Контроллеры. Рассмотрим готовые решения компании Marmitek. Например, при помощи контроллера МТ10 устройством можно управлять как вручную, так и при помощи таймера. Последний режим позволяет задать время включения и выключения одновременно четырех устройств. Используя такой контроллер, можно имитировать присутствие хозяев в доме или его можно использовать в качестве будильника, который включит свет в комнате в определенное время. Если контроллер находится под ручным управлением, то он способен при помощи команд «On», «Off», «Dim», «All Lights On», «All Units Off» контролировать одновременно до восьми устройств.
Существует также и другое готовое решение контроллера, который управляется через интерфейс ПК посредством USB разъема или COM порта. Например, контроллер СМ11 (Marmitek) управляется компьютером или автономно работает по программному алгоритму макросов.
Описанные устройства являются готовыми устройствами в том понимании, что пользователю требуется только установить их в соответствующие модули, задать адреса устройств и подключить их к модулям, преобразующие сигналы по протоколу Х10. В проектировании системы «Умный дом» существует и другое направление развитие технологии Х10: создание собственных устройств для одной системы сторонними разработчиками и производителей OEM-систем. Такие устройства часто называют микрокомпьютерными системами, которые служат для управления модулями технологии Х10.
Принципы работы Х10
Для передачи сигналов используют пакетный режим: по электросети движутся сигналы с частотой колебания в 120 кГц и длительность в 1 мс. В системе Х10 передача синхронизирована с нулевым напряжением переменного тока в электропроводке. Когда напряжение в сети достигает нулевого значения, то основной приемник сигнала осуществляет мониторинг сети в течении 6 мс («слушает сеть»). Приемником может быть, например, патрон для лампы накаливания. Если в этот момент поступает новый сигнал в виде «пакета» от передатчика, то приемник воспринимает его как двоичную единицу. Соответственно, когда сигнал не поступает, приемник оценивает данную ситуацию в виде логического нуля.Каждый элемент системы «Умный дом» по технологии Х10 имеет свой адрес, состоящий из двух символов: первый – код дома, второй – код элемента. Каждый из них может обладать 16-тью значениями, а общее число адресатов может достигать 256. Обычно код дома обозначают латинскими буквами, а код элемента – числами от 1 до 16. По электросети код дома и устройства системы передаются в определенной последовательности нулей и единиц, то есть двоичным кодом. Каждая команда протокола Х10 также имеет свой двоичный код. Последний бит двоичного кода, как устройства, так и команд служит для отличия типа кода: если последний бит ноль, то этот код предназначен устройству, если один – то по сети осуществляется передача команды.
Чтобы приемник определил передачу полезного сигнала, передатчик вначале высылает так называемый стартовый код, которому соответствует последовательность – 1110. Далее следует код дома, а потом - код устройства или сама команда. Совокупность передачи сначала стартового кода, потом кода дома и далее кода устройства или команды называется фреймом или кадром Х10. Каждый кадр во время передачи дублируется в целях повышения надежности передачи. Кадр содержит в себе как стартовый код, так и информационный. Последний сопровождается дополняющим битом, который реализуется следующим образом: в коде после 1 идет 0, а после 0 – единица.
Что бы передать команду по технологии Х10 вначале отправляется кадр с кодом устройства, которому предназначается команда, а потом отправляется кадр команды. Исключением являются групповые команды, которые передаются всем устройства. Например, если послана команда "All Units Off", то перед кадром команды код устройства не отправляется.
Если осуществляется непрерывная передача команд и адресов устройств, то между парой передающихся кадров всегда присутствует промежуток, равный трем циклам переменного напряжения. Иными словами между кадрами передается последовательность из шести нулей. К примеру, рассмотрим обычную передачу команды устройству. Для осуществления этой операции нужно вначале передать адрес устройства, а затем и саму команду. Все это осуществляется двумя парами кадров с промежутком в шесть нулей. Пара кадров, как описывалось ранее, необходима для обеспечения надежности передачи. Так как для передачи одного кадра необходимо 11 циклов напряжения, то для осуществления нашей задачи необходимо затратить 22+3+22 = 47 циклов переменного напряжения. Если у нас частота в 50 Гц, то данная операция имеет длительность в одну секунду.
Устройства технологии Х10 и их производители
Технология Х10 позволяет решить широкий спектр задач по автоматизации здания. К примеру, существует возможность установить таймер на включение и отключение света в заданное время, удаленно изменять яркость освещения в помещении, управлять бытовой техникой при помощи компьютера, активировать охранную систему и пожарную сигнализацию и многое другое. Для достижения этих задач созданы устройства, поддерживающие технологию. Рассмотрим их в деталях.1. Приемники или исполнительные модули. Они принимают и выполняют команды по технологии Х10. Как описывалось ранее, каждое устройство имеет свой адрес: приемник имеет код дома и свой код, например N13. Бывают ситуации, когда несколько исполнительных модулей имеют один и тот же адрес. Это означает, что они обладают одновременным управлением. Приемники классифицируются в зависимости от назначения: ламповые модули, приборно-розеточные модули, настенные выключатели, светорегуляторы, приводной модуль штор и др.
2. Трансиверы – устройства, принимающие сигналы от пультов удаленного управления: инфракрасный порт или радиосвязь. Трансиверы преобразуют сигнал в формат Х10 и передают его в электрическую сеть.
3. Контроллеры или передатчики генерируют или упаковывают и отправляют команды в электрическую сеть. Передатчики могут являться модулями управления, которые формируют команды на выключение/включение и изменение яркости освещения. Контроллеры могут выступать в роли программируемых таймеров, высылающие сигналы устройствам в определенное время. Передатчик можно запрограммировать как контроллер освещенности, взаимодействующий с датчиком контроля интенсивности солнечного света.
4. Пульты дистанционного освещения обеспечивают удаленное управление модулями «Умного дома» Х10 посредством инфракрасных портов и радиоканалов.
5. Модули, увеличивающие производительность и обеспечивающие необходимую устойчивость системы «Умного дома» по технологии Х10. К такому оборудованию относятся усилители и ретрансляторы сигналов, фильтры подавления помех от устройств. В экономичном варианте «Умного дома» можно обойтись от установки данных модулей.
6. Измерительные устройства. Измеряют затухания сигналов в формате Х10 для дальнейшего определения состояния системы.
На основе стандарта Х10 в системе «Умный дом» используют также вспомогательное оборудование, которое не применяет протокол технологии Х10 для передачи и приема сигналов. К примеру, таким устройством могут являться датчики движения, освещенности или разбития стекла. Их работа в системе Х10 осуществляется через трансиверы, на которые вспомогательные устройства передают информацию по радиоканалу или через ИК порт. А трансиверы предают полученные данные исполнительным модулям по стандарту Х10.
Производителями устройств «Умного дома» по технологии Х10 являются PowerHouse, BMB Electronics B.V., Marmitek. В общем смысле одно и тоже устройство одного производителя схоже с устройством другого производителя: одинаковое функциональное назначение, внешний вид и маркировка модуля.
Элементная база модулей и готовые решения Х10
Стандартный модуль стандарта Х10 состоит из программируемого микроконтроллера и цепей сопряжения. Последние формируют полученные сигналы микроконтроллера из сигналов, которые принимает электрическая сеть. Также они генерируют выходные сигналы, передаваемые в электрическую сеть из сигналов микроконтроллера. А микроконтроллер управляет работой устройства. В качестве микроконтроллеров можно использовать микроконтроллеры с общим назначением, таких фирм как Microchip (тип PIC) или Atmel (тип AVR).Рассмотрим детально готовые модули технологии Х10.
Исполнительные модули. К этим модулям чаще всего относят устройства, работающие с лампами накаливания и бытовыми электроприборами. Адрес такого устройства определяется либо двумя переключателями, один из которых обозначает код дома, а другой – код устройства; либо задаются непосредственно контроллером по протоколу Х10. Устройства подключаются к общей электросети. Исполнительный модуль может управлять только одним устройством и посылать индивидуальные команды, такие как «On», «Off», «Dim», «Bright». Либо модуль управляет сразу несколькими устройствами с помощью команд «All Lights On», «All Units Off».
Трансиверы. Приведем пример готового решения трансивера на основе модуля ТМ13 компании Marmitek. Данный модуль принимает сигналы на частоте 433,9 МГц по радиоканалу, либо через пульт ДУ, беспроводной контроллер или датчик преобразования сигнала в формат Х10. Данный трансивер поддерживает такие команды как «On», «Off», «All Units Off».
Контроллеры. Рассмотрим готовые решения компании Marmitek. Например, при помощи контроллера МТ10 устройством можно управлять как вручную, так и при помощи таймера. Последний режим позволяет задать время включения и выключения одновременно четырех устройств. Используя такой контроллер, можно имитировать присутствие хозяев в доме или его можно использовать в качестве будильника, который включит свет в комнате в определенное время. Если контроллер находится под ручным управлением, то он способен при помощи команд «On», «Off», «Dim», «All Lights On», «All Units Off» контролировать одновременно до восьми устройств.
Существует также и другое готовое решение контроллера, который управляется через интерфейс ПК посредством USB разъема или COM порта. Например, контроллер СМ11 (Marmitek) управляется компьютером или автономно работает по программному алгоритму макросов.
Описанные устройства являются готовыми устройствами в том понимании, что пользователю требуется только установить их в соответствующие модули, задать адреса устройств и подключить их к модулям, преобразующие сигналы по протоколу Х10. В проектировании системы «Умный дом» существует и другое направление развитие технологии Х10: создание собственных устройств для одной системы сторонними разработчиками и производителей OEM-систем. Такие устройства часто называют микрокомпьютерными системами, которые служат для управления модулями технологии Х10.