«Умный дом» собственными руками. Часть 5. Технологии Х10

В прошлой статье мы прикрутили к нашей системе «умный дом» небольшой веб-интерфейс. Самое время обратиться к той части дела, ради которой все это и затевается — управление нагрузкой. Под нагрузкой подразумевается любое электроустройство, которым есть смысл управлять.
За подробностями реализации прошу под кат.

Небольшое вступление или что-же такое Х10

Протокол связи Х10 и основанный на нем стандарт известны миру достаточно давно. Стандарт был разработан в 1975 году компанией Pico Electronics для управления домашними электроприборами. Так в чем же его преимущество, по сравнению с протоколом 1-wire? Все дело в том, что для связи с приемниками, контроллер Х10 использует обычную электропроводку, что позволяет избежать лишних проводов и добраться до труднодоступных мест (например, кому-то не захочется портить ремонт 😉

Что внутри?

Каждая команда х10 также имеет свой двоичный код. Последний бит в двоичных кодах устройства и команды служит для различия типа кодов: 0 соответствует коду устройства, 1 – коду команды. Для того чтобы приемник знал, когда начинается передача полезного сигнала, передатчик сначала посылает так называемый стартовый код – ему соответствует последовательность 1110. За ним следует код дома, а потом – код устройства или команда. Последовательность стартового кода, кода дома и кода устройства или команды называется кадром (или фреймом) Х10. Каждый кадр передается два раза подряд – для большей надежности. Каждый информационный бит кадра, за исключением битов стартового кода, сопровождается комплементарным (дополняющим) битом – после 1 идет комплементарный 0, после 0 – единица. Таким образом, для передачи одного кадра необходимо 11 циклов переменного напряжения.

Для передачи команды Х10 нужно сначала отправить кадр с кодом устройства, которому предназначена команда, а за ним – кадр с самой командой. Исключение составляют групповые команды, например «All Units Off» – они отправляются всем устройствам, поэтому код устройства перед ними передавать не нужно.

При передаче последовательности адресов и/или команд между каждой парой кадров должен быть промежуток в три цикла переменного напряжения – то есть последовательность 000000. Например, адрес устройства и команда для него передаются двумя парами кадров с указанным промежутком. Для передачи такой последовательности необходимо 22+3+22=47 циклов напряжения. При частоте 50 Гц такая операция занимает примерно одну секунду. Пожалуй, в этом и заключается самый большой минус данной технологии по сравнению с 1-wire, где команды передаются практически мгновенно. Отмечу, что команды «Bright» («Ярче») и «Dim» («Темнее») следуют друг за другом без промежутка между кодами. Это пример передачи сигналов в однофазной сети. В трехфазных сетях передача сигнала происходит аналогично, но «приурочена» к нулю каждой фазы. X10 команды, как правило, не проходят между разными фазами. Это означает, что необходимо либо подключать все устройства на какую-то определенную фазу, либо использовать специальные устройства — репитеры, которые далеко не всегда доступны в продаже. Кроме того, репитеры вносят свою лепту в задержки, связанные с передачей команд, фактически удваивая их. Это на самом деле большая проблема, так как обычно при 3-х фазном электроснабжении стараются развести фазы так, чтобы нагрузка на них была равномерна, а значит велика вероятнось того, что одна группа розеток или комната будет запитана от первой фазы, а другая от второй.

Оборудование

Что же нужно для организации умного дома на такой технологии? Для начала, прежде всего — контроллер. Это голова всей сети Х10. Именно он посылает в сеть управляющие команды.

Наконец, существуют устройства, которые можно программировать или они могут использоваться программой, работающей на компьютере. Эти системы могут выполнить различные синхронизированные события, реагировать на внешние датчики и команды, выполнять, сценарии, включать и выключать освещение, выравнивать его яркость и так далее.

Именно последний тип контроллеров нас и интересует. Небольшой сеанс гугла подсказал, что наиболее адекватной моделью в моем случае является CM11A. Выглядит сие чудо примерно так:

Как можно видеть, с одной стороны вставляется в обычную розетку (лучше не в фильтр), с другой — в COM-порт нашего компьютера. Для тех у кого нет COM, есть вариант контроллера с переходником USB-COM — CM11USB.
Поставляется с программкой ActiveHome, которая, впрочем, нас не интересует 😉

С контроллером разобрались, теперь перейдем к тому, чем он управляет.

Стоит заметить, что на рынке есть множество исполнительных модулей, используя которые, можно решить практически любую задачу по автоматизации дома. Я же, для пробы, я взял исполнительный модуль в виде лампового патрона под названием LM15S. Модуль подкупил простотой монтажа (вкрутить, как обычную лампочку), так и относительной дешевизной. Модуль стал дополнительным отдельным источником освещения в моей люстре, когда хочется приглушенного света. Стоит отметить, что им достаточно неудобно управлять с помощью обычного выключателя.

Что же нам нужно сделать, чтобы получить возможность управления нашим модулем с помощью компьютера? Для начала, установить необходимый софт. Есть несколько систем для общения с контроллером под Linux. Я остановился на HEYU (офсайт).

Установка проста и назамысловата: скачиваем исходники, смотрим содержимое INSTALL, выполняем по инструкциям 😉

$ heyu on a1
nix@nix-boss:

$ heyu on a1
nix@nix-boss:

После этого нашему модулю присваивается адрес А1 в сети Х10. Достаточно просто.
На некоторых устройствах адрес можно выставлять с помощью джамперов. Например, на устройствах, производимых фирмой Marmitek.

Теперь мы можем управлять нашей лампой нехитрыми командами:

$ heyu on a1
nix@nix-boss:

$ heyu off a1

Соответственно, первая — включение лампы, вторая — выключение. Некоторые модули позволяют плавно менять освещенность:

heyu dim a5 10

Что выставит яркость лампы на 10 ступеней из 22.
С управлением разобрались, перейдем к интеграции в наше ПО.

Интегрируем Х10

Добавим в подпрограмму checkcmd() скрипта srv.pl после строк:

Все просто 😉 Теперь, если вы можете сказать: «Система, включить лампу» или «Система, выключить лампу» и увидеть результат. Тут конечно не хватает проверки, если ламп будет много или включить можно будет не только лампу. Просто добавим еще одно условие:

Тут можно добавлять и экспериментировать бесконечно. Дальше все зависит только от вашей фантазии и возможностей.

Я же хочу выразить благодарность тем, кто интересовался данными постами. Пожалуй, я описал, все что хотел. Если у кого-то возникнуть вопросы — милости прошу, постараюсь ответить всем.

Источник

Умный дом — теория и реализация на базе стандарта X10

В предыдущих статьях мы рассматривали стандарты KNX и 1-WIRE, теперь рассмотрим X10 — он более продвинутый, чем 1-WIRE, но все же более простой для обычного человека, чем KNX. Стандарт X10 был разработан в 1975 году компанией Pico Electronics (Гленротес, Шотландия) для управления домашними электроприборами. Однако изначально эта компания занималась проектировкой и производством микросхем и микрокалькуляторов. Первый же опыт расширения сферы производства стал очень удачным в коммерческом плане. Платформа X10 быстро приобрела популярность среди разработчиков концепции умного дома и дала ощутимый импульс развитию этой индустрии.

Техническое описание протокола

Для связи модулей сети X10 используется обычная домашняя электрическая сеть. Закодированные цифровые данные передаются c помощью радиочастотного импульса частотой 120 кГц и длительностью 1 мс, и синхронизированы с моментом перехода переменного тока через нулевое значение:

Передача сигнала посредством электрической сети, с одной стороны, позволяет избежать лишних проводов, однако с другой — относительно высокая несущая частота не позволяет сигналу распространяться через трансформаторы или между фазами в многофазных сетях и сетях с расщеплённой фазой. Это проблема решается покупкой активного повторителя, и в рамках одной квартиры обычно не встречается. Однако в случае с многоквартирным домом появляется другая проблема — так как в доме общая электрическая сеть, сигналы модулей одной сети X10 могут влиять на другую, и чтобы этого не было для блокирования сигнала вне квартиры нужно использовать индуктивный фильтр.

Классификация устройств в сети и адресация

Источник

Протокол Х10 в «умном» доме: жить ли дальше ветерану?

В статье рассмотрены устройства «умного» дома, работающие с использованием протокола Х10.

История протокола связи Х10 для управления бытовыми электроприборами с центрального пульта насчитывает почти четыре десятилетия. Он был разработан еще в 1975 году компанией «Pico Electronics» и быстро приобрел статус стандарта «де-факто». Произошло это благодаря остроумному инженерному решению: использовать электрическую проводку дома для передачи управляющих сигналов.

Развитие идеи получило в промышленных модемах PLC, используемых сегодня для передачи данных от электрических счетчиков по силовой электропроводке. Примером могут служить счетчики «Меркурий» московской фирмы «Инкотекс». Но, в отличие от своего прародителя, этот протокол передачи данных является закрытым, поскольку использует фирменный алгоритм кодировки данных для достижения высокой помехоустойчивости.

Сегодня только фирм, выпускающих изделия, совместимые с протоколом Х10, насчитывается десятки, если не сотни. К ним добавились китайские производители изделий домашней автоматизации с протоколом S10, который является если не клоном, то уж точно родным братом Х10. Но обилие изделий на рынке и огромная былая популярность вовсе не означает, что у этого стандарта нет проблем.

Для начала коротко познакомимся с особенностями передачи данных через силовую сеть протокола Х10. Все изделия, удовлетворяющие протоколу, можно разделить на передатчики (источники управляющих сигналов) и приемники, или исполнительные схемы. Управляющие сигналы передаются в момент пересечения напряжением нулевого значения.

Передатчик, определив момент нулевого перехода, с запаздыванием не более 200 микросекунд выдает управляющий сигнал продолжительностью 1 мс в виде пакета (цуга) колебаний частотой 120 кГц и амплитудой до 5В. Приемники сигналов на это время «открывают» временное окно и «слушают» сеть. При появлении сигнала в разрешенное время он обрабатывается. В изначальной версии можно было управлять 256 приемниками. Более подробно описание протокола можно найти в многочисленных источниках. Нам для обсуждения более детальная информация не понадобится.

Особенностью протокола Х10 является последовательная передача двоичных кодов команд. За один переход через нулевое значение передается только один бит информации. Поэтому это очень медленный протокол: передача стандартной команды на включение или выключение устройства занимает около секунды. С подобным неудобством еще можно мириться.

Но следующий недостаток может серьезно ограничить время жизни стандарта-долгожителя. Речь пойдет о крайне низкой помехозащищенности устройств, работающих с протоколом Х10. Со времен изобретения протокола мир разительно изменился. Если в семидесятые годы основным бытовым источником помех были газоразрядные лампы и фены с коллекторным двигателем, то сегодня этот перечень значительно расширился.

Практически в каждом доме или квартире есть телевизоры и компьютеры с импульсным блоком питания. Импульсное питание используют современные экономичные лампы. Даже обыкновенное зарядное устройство содержит нелинейный ограничитель тока – конденсатор. Такое обилие нелинейных нагрузок «загрязняет» электрические сети.

Степень «загрязненности» электрических сетей настолько высока, что ее трудно сравнить даже с зашумленностью в радиодиапазонах. Там давно действуют жесткие правила, регламентирующие работу радиоаппаратуры. Требования к качеству электрических сетей приняты в США и европейских странах (евронормали), но и они не могут гарантировать работу аппаратуры стандарта Х10 без сбоев. О качестве энергии в сетях стран СНГ лучше вообще не говорить – оно удручающее.

В этих условиях передача информации по электрическим сетям возможна только при изощренной системе кодирования помехоустойчивыми алгоритмами. А в протоколе Х10 используется в командах только один контрольный бит и амплитудная модуляция. Поэтому большинство пользователей устройств, работающих в стандарте Х10, жалуются на сбои в выполнении команд.

Для борьбы с внешними помехами и не санкционированным доступом к системе, устанавливают фильтры, например модуль FM10, входящий в состав линейки блоков Х10. Но с ростом числа источников помех внутри дома, таких модулей может потребоваться несколько. Все это усложняет и перегружает систему вспомогательными блоками.

Вообще, анализируя обилие устройств, совместимых с Х10, возникает крамольный вопрос: «Не проще ли отказаться от стандарта, имеющего столько недостатков и перейти на построение системы, основанной на современном протоколе?».

Современный набор пультов, работающих с использованием радиоканалов, вполне справляется с задачами домашней автоматизации автономно. Поэтому встраивать в них дополнительную функцию поддержки Х10 – это скорее дань традиции, чем необходимость.

Ведь для ввода управляющего сигнала в силовую сеть требуются трансиверы, что усложняет как сами пульты, так и систему в целом. Еще нужно добавить ретрансляторы информационных сигналов, фильтры перепадов напряжения, блокираторы сигналов, мосты для связи с разными фазами и т.д. Перечень вспомогательного оборудования, повышающего надежность системы, давно превысил сложность базовых устройств самой системы.

Для кого же тогда все это выпускается? Дело в том, что только в США около 5 миллионов домов оборудовано системами автоматизации протокола Х10. Не меньшее количество систем функционирует в Европе. С момента появления стандарта реализовано более 100 миллионов изделий. На этих потребителей и ориентируются производители, непрерывно расширяя перечень.

Но для тех, кто только думает заняться увлекательной проблемой создания «умного дома», ориентироваться на стандарт Х10 и оборудование, его поддерживающее, не стоит. Сегодня на рынке предлагается современные изделия для домашней автоматизации, выполняющие обширный круг задач: измерение температуры и влажности, управление нагрузками непосредственно и таймером, и много другого. При этом они гораздо надежней, а зачастую и дешевле.

И еще одно: при всех своих недостатках и почтенном возрасте, изделия стандарта Х10 сегодня далеко не из дешевых. Простейший базовый набор, состоящий из пульта и приемника, стоит от 200 долларов, а каждый дополнительный блок еще в среднем 30 долларов. А продукция «солидных» изготовителей, например, бельгийской фирмы Xanura, обойдется в 2300 долларов за многофункциональный контроллер и 300 за ИК-трансивер.

Поэтому те, кто отдаст предпочтение этому стандарту, должны быть очень осторожны как в определении задач, которые будет решать система вашего «умного» дома, так и выборе поставщиков устройств. Лучший вариант – это купить продукцию фирмы «Х10 Inc», которая широко представлена на рынках СНГ, но возможны и другие варианты, зависящие от ваших финансовых возможностей.

Источник

Интерфейс X10

Международный и открытый стандарт для связи устройств, используемый для домашней автоматизации

X10 был разработан в 1975 Шотландской компанией Pico Glenrothes, для дистанционного контроля домашних устройств и оборудования. X10 была первой технологией домашней автоматики и до сих пор остается очень популярной.

Цифровые данные состоят из адреса и команда, посылаемые контроллерами управляемым устройствам. Некоторые контроллеры могут запрашивать у устройств их статус, если устройства поддерживают эту функцию. Этот статус может быть, например, «Вкл» или «Выкл» или текущее значение яркости диммера.

Высокочастотный сигнал не может пройти через силовой трансформатор или через фазы трехфазной системы. Кроме того, поскольку сигналы синхронизированны с пересечениеми током нуля, они не будут правильно передаваться с фазы на фазу в трехфазной системе. Для работы в трехфазной системе разработаны специальные устройства, которые корректно передают сигнал с фазы на фазу.

Может понадобиться блокировать сигналы X10, например, элементы управления X10 в одном доме не должны быть связаны с элементами управления X10 в соседнем доме. В этой ситуации, могут быть использованы индуктивные фильтры, которые не пропускают входящие и исходящие сигналы X10.

Протокол X10 описывает передачу пакетов данных по электропроводке и радиоканалу. Каждый пакет состоит из четырех бита «кода дома», потом передаются один или несколько 4 битовых кода устройства, в конце следуют 4 бита команды.

При установке системы каждому устройству назначается 1 из 256 возможных адресов (16 кодов дома * 16 кодов устройства) и устройства реагируют на команды только со своими адресами.

Протокол может передать сообщение, которое сообщает: «выбрать код дома A», «выбрать устройство 3», и «включить» и устройство с адресом «A3″ включиться. Возможно передать команду нескольким устройствам сразу. Например, » выбрать код дома A «, » выбрать устройство 3″, » выбрать устройство 5″, » выбрать устройство 3″, и наконец, «включать». Это заставит устройства A3, A4, и A5 включиться.

Отметьте, что нет ограничения (кроме возможно соображения соседей), на использования нескольких кодов дома в пределах единственного дома. Команда «включить все освещение» и команды «выключить все устройства» влияет только один код дома, по этому, используя несколько кодов дома, можно эффективно разделить устройства на зоны.

Описание протокола передачи данных по электропроводке

Каждый сигнал также посылается 2 раза, уменьшить влияние помех в электрической сети (для целей избыточности, надежности, и, чтобы использовать повторители ).

Используется для работы к беспроводных клавиатуры, дистанционных выключателей и т.п. Радиоканал работает на частотах 310 МГц в США и 433 МГц в Европе, в том числе и в России. Беспроводные устройства X10 посылают пакеты, подобные обычным пакетам протокола X10, посылаемым по электропроводке. Трансивер обеспечивает мост, который принимает радио пакеты и передает их по электропроводке.

Устройства, поддерживающие протокол X10

Недостатки и ограничения протокола X10

Первой проблемой является то, что сигналы X10 не проходят через трансформатор. Это значит, что если устройства находятся на разных фазах, то управлять ими невозможно. Этоа прблема решается установкой специальных устройств, которые называются повторителями фаз. Эти устройства подключаются сразу к нескольким фазам и транслируют сигнал на все фазы.

Некоторые устройства, такие как холодильник, электродвигатель, пылесос могут создавать в электросети сильные помехи, которые «забьют» сигналы X10. Для решения этой проблемы такие устройства надо включать в сеть через специальные фильтры, которые не пропускают помехи.

Протокол X10 не обрабатывает коллизии, т.е. если два передатчика начнут одновреммено передавать команды, то ни одна команда не будет принята верно.

Протокол X10 также медленный. Пересылка адреса и команды занимает чуть меньше секунды. Это связанно с особенностями протокола.

Источник

Интерфейс X10

Международный и открытый стандарт для связи устройств, используемый для домашней автоматизации

X10 был разработан в 1975 Шотландской компанией Pico Glenrothes, для дистанционного контроля домашних устройств и оборудования. X10 была первой технологией домашней автоматики и до сих пор остается очень популярной.

Цифровые данные состоят из адреса и команда, посылаемые контроллерами управляемым устройствам. Некоторые контроллеры могут запрашивать у устройств их статус, если устройства поддерживают эту функцию. Этот статус может быть, например, «Вкл» или «Выкл» или текущее значение яркости диммера.

Высокочастотный сигнал не может пройти через силовой трансформатор или через фазы трехфазной системы. Кроме того, поскольку сигналы синхронизированны с пересечениеми током нуля, они не будут правильно передаваться с фазы на фазу в трехфазной системе. Для работы в трехфазной системе разработаны специальные устройства, которые корректно передают сигнал с фазы на фазу.

Может понадобиться блокировать сигналы X10, например, элементы управления X10 в одном доме не должны быть связаны с элементами управления X10 в соседнем доме. В этой ситуации, могут быть использованы индуктивные фильтры, которые не пропускают входящие и исходящие сигналы X10.

Протокол X10 описывает передачу пакетов данных по электропроводке и радиоканалу. Каждый пакет состоит из четырех бита «кода дома», потом передаются один или несколько 4 битовых кода устройства, в конце следуют 4 бита команды.

При установке системы каждому устройству назначается 1 из 256 возможных адресов (16 кодов дома * 16 кодов устройства) и устройства реагируют на команды только со своими адресами.

Протокол может передать сообщение, которое сообщает: «выбрать код дома A», «выбрать устройство 3», и «включить» и устройство с адресом «A3″ включиться. Возможно передать команду нескольким устройствам сразу. Например, » выбрать код дома A «, » выбрать устройство 3″, » выбрать устройство 5″, » выбрать устройство 3″, и наконец, «включать». Это заставит устройства A3, A4, и A5 включиться.

Отметьте, что нет ограничения (кроме возможно соображения соседей), на использования нескольких кодов дома в пределах единственного дома. Команда «включить все освещение» и команды «выключить все устройства» влияет только один код дома, по этому, используя несколько кодов дома, можно эффективно разделить устройства на зоны.

Описание протокола передачи данных по электропроводке

Каждый сигнал также посылается 2 раза, уменьшить влияние помех в электрической сети (для целей избыточности, надежности, и, чтобы использовать повторители ).

Используется для работы к беспроводных клавиатуры, дистанционных выключателей и т.п. Радиоканал работает на частотах 310 МГц в США и 433 МГц в Европе, в том числе и в России. Беспроводные устройства X10 посылают пакеты, подобные обычным пакетам протокола X10, посылаемым по электропроводке. Трансивер обеспечивает мост, который принимает радио пакеты и передает их по электропроводке.

Устройства, поддерживающие протокол X10

Недостатки и ограничения протокола X10

Первой проблемой является то, что сигналы X10 не проходят через трансформатор. Это значит, что если устройства находятся на разных фазах, то управлять ими невозможно. Этоа прблема решается установкой специальных устройств, которые называются повторителями фаз. Эти устройства подключаются сразу к нескольким фазам и транслируют сигнал на все фазы.

Некоторые устройства, такие как холодильник, электродвигатель, пылесос могут создавать в электросети сильные помехи, которые «забьют» сигналы X10. Для решения этой проблемы такие устройства надо включать в сеть через специальные фильтры, которые не пропускают помехи.

Протокол X10 не обрабатывает коллизии, т.е. если два передатчика начнут одновреммено передавать команды, то ни одна команда не будет принята верно.

Протокол X10 также медленный. Пересылка адреса и команды занимает чуть меньше секунды. Это связанно с особенностями протокола.

Источник