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一、KNX 系统概论 1.智能家居的概念 目前关于智能家居的定义又重新成为热门话题，有人把灯光和窗帘的控制看作是智能家居，也有人把背景音乐看作智能家居，有厂家偏重于安防和对讲，有厂家炒作家庭影院为智能家居等等。现在，我们从发展的眼光，站在生活者的平台上去看，以一个新的主题表达出来，算是对智能家居新定义的补充。 智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。 智能家居中，核心在于系统的集成能力，即把灯光、遮阳系统、窗帘系统、HVAC 暖通空调系统、中央背景音乐系统、家庭影院系统、安防系统等完美的融合起来的能力。而这个能力，很大程度上取决与该系统的开放性。这就需要一种标准，或者有一个大部分设备厂家都能认可并采用的“语言”，即控制协议。这就牵涉到自动控制领域中的“现场总线技术”，我们称之为 Field Bus。这种技术要求控制与智能“本地化”与“模块化”，让控制系统的传感器与控制器都具有独立的运算、处理、发送信号的能力，相互独立又相互联系，构成一个控制网络的“Internet”。 例举：传统的灯光控制方式与智能的灯光控制方式： 2.KNX 标准简介 KNX 是家居和楼宇控制领域唯一的开放式国际标准，是由欧洲三大总线协EIB、BatiBus 和 EHS 合并发展而来。KNX 标准目前已被批准为欧洲标准 (CENELEC EN 50090 & CEN EN 13321-1)、国际标准(ISO/IEC 14543-3)、美国标准 (ANSI/ASHRAE 135)和中国指导性标准 (GB/Z 20965)，已经为“HBES 技术规范-住宅与楼宇控制”的国家标准化指导性技术文件。KNX 协议以 EIB 为基础，兼顾了 BatiBus 和 EHS 的物理层规范，并吸收了 BatiBus 和 EHS 中配臵模式等优点，提供了家居和楼宇自动化的完全解决方案 。KNX 拥有可由厂家独立设计和测试工具 (ETS)；提供多种通信介质 (TP, PL, RF 和 IP)；提供多种系统配臵模式（A, E, S 模式）。通过 KNX 总线系统，对家居和楼宇的照明、遮光 / 百叶窗、安防系统、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、计量、视频/音频控制、大型家电等进行控制。 KNX 标准的优势： 不同性能、不同厂家生产的产品可以实现互操作，而且通过了严格的质量控制和第三方的 KNX 认证，这样就进一步保证了产品质量。KNX 标准功能丰富，有广泛的适用性： 适用于各种类型的建筑物，包括：住宅建筑、功能性建筑和工业建筑。 可使用多种通信介质，包括：双绞线、电力线和无线通信。 可采用多种系统配臵模式，包括：S 型、E 型和 A 型三种系统配臵模式。 3.KNX 协会简介 KNX 协会成立于 1999 年，总部位于布鲁赛尔。KNX 协会是在全球推广 KNX 技术和标准的国际组织，1999 年由 EIBA (欧洲安装总线协会) 、EHSA (欧洲家用电器协会) 和 BCI (BatiBUS 国际俱乐部)三大协会联合成立。KNX 协会有来自 19 个国家的 125 个会员；74 个国家 11,700 个 KNX 合作伙伴；23 个国家的 120 个培训中心；18 个国家的 57 个技术合作伙伴；8 个用户俱乐部；3 个协作机构；20 个国际分会。目前，72 个国家颁发 15,000 个 ETS 资格认证；7,000 个 KNX认证产品。 KNX 协会是家居和楼宇控制系统国际标准的创造者和拥有者。会员是开发家居和楼宇控制系统设备的制造商。后来集成商或服务供应商也可成为 KNX 会员。 KNX 协会的目标如下： · 由工作组及专家组制定检测标准和质量标准（KNX 技术规范）。 · 为 KNX 兼容设备制造商提供技术支持服务。 · 基于 KNX 认证规范授权 KNX 商标。 · 组织国家和国际标准化活动 · 推广认证培训中心的培训课程 · 促进国家组织成立 · 推进与技术机构的科研合作 · 老系统的进一步规范化/推广/认证工作 · 此外，KNX 协会还将继续为 Batibus，EIB 和 EHS 等老系统提供技术支持，也提供按照以前标准进行的认证服务。EIB 向后兼容 KNX，因此，大多数设备即可以标贴 KNX 又可以标贴 EIB 标志。 扫码关注并加入“智能家居集成商联盟”微信群，获取更多智能技术学习课件，与24500智能集成商友人同行！ 4. KNX 技术简介 ⑴．传输技术特点 · KNX/EIB 是一个基于事件控制的分布式总线系统。 · 系统采用串行数据通讯进行控制、监测和状态报告。 · KNX/EIB 的数据传输和总线装臵的电源共用一条电缆。 · 报文调制在直流信号上。 · 一个报文中的单个数据是异步传输的，但整个报文作为一个整体是通过增加起始位和停止位同步传输的。 · KNX/EIB 采用 CSMA/CA（避免碰撞的载波侦听多路访问协议〕，CSMA/CD 协议保证对总线的访问在不降低传输速率的同时不发生碰撞。 ⑵．拓扑结构 · 系统最小的结构称为线路，一般情况下（使用一个 640mA 总线电源）最多可以有 64 个总线元件在同一线路上运行。如有需要可以在通过计算线路长度和总线通讯负荷后，通过增加系统设备来增加一条线路上总线设备的数量，最多一条线路可以增加到 256 个总线设备。 · 一条线路（包括所有分支）的导线长度不能超过 1000m，总线装臵与最近的电源之间的导线距离不能超过 350m。为了确保避免报文碰撞，两个总线装臵之间的导线距离不能超过 700m。 ⑶．KNX 传输介质 鉴于 KNX 技术的灵活性，KNX 设施可以轻松适应用户环境的变化。目前可以使用四种解决方案，即 1 类双绞线（TP1）、无线电（KNX射频传输介质）和以太网（KNX IP），均可以部署 KNX。借助合适的网关，也可以在其它介质（例如光纤）上传输 KNX 报文。 各种介质的应用领域： 在无线 KNX 系统中一般采用频率调制法或移频键控（FSK）进行调制。以载波频率（或中间频率）为基础，正反两个方向发生偏移的频率分别代表逻辑“0”和逻辑“1”。无线 KNX 系统的中间频率为868.30MHz，信息的传输速率为 16,384bit/s，并按照曼彻斯特编码方式调制，即从“0”到“1”（或相反）的变化沿位于调制脉冲的过零点。采用这种编码方式可以调整同步信号，使得发放设备和接收设备比较容易同步。无线 KNX 系统的传输频率处于工业、科学和医学应用频道（ISM频段），在这个频段对不同应用领域的频率范围有严格的规定。无线KNX 设备最大的发送功率为 12mW。每一台设备发送信号的时间（或称负载周期）为 1%，即每分钟有 0.6 秒的发送时间。由于有严格的发送时间限制，不可能有某台设备连续发送信号而造成无线通信网络的阻塞。 5.KNX 的发展 已安装数百万个产品 已注册 KNX 和获得认证的产品数达数千个（含老的解决方案） KNX 会员数超过 200 家 认证培训中心的数量超过 150 个 6 个欧洲测试中心 已经设施的项目达数万个 6.KNX 的优势 安全性更高 楼宇更加节能 电气设施调整简便，轻松适用用户需求的变化 方便程度更高 设施具备高投资保护性 支持众多制造商丰富的成品组件 强大的服务网络，可以为承建商/规划者/集成商提供专业服务从客户或者设施用户的角度出发，对上述优点的评价会各不相同， 例如，功能型楼宇与住宅不同、健全人与残疾人不同，年轻人与老年人不同，等等。 示例 1：中央功能——在人离开楼宇时，可以关闭全部照明灯、关停水阀并切断特定插座（如电烤箱插座）；每天可以按时激活 KNX 报警系统、控制百叶窗等。 示例 2：根据活动类型启用会议厅、戏剧院和客厅的不同照明方案，并且，用户可以随时对其进行调整。例如，对于行政楼来说，在其每一侧安装一个亮度传感器对照明进行不间断的控制，就可以节约高达75%的照明能源。 示例 3：使用高亮度文本显示单元显示并控制房间的各种状态。借助PC 机和可视化软件，采用与大型设施中使用的同样方式，就可以实现该功能。 示例 4：借助电话网络接入 KNX 装臵，用户通过移动电话就可以控制或查询楼宇管理功能（例如，取暖）。报警信号可以按需自动地发送给任意一部电话。使用任何可用介质（例如，互联网），安装商也可以远程维修或者配臵 KNX 施。据此，可以显著地减少楼宇管理系统的必要维护时间。 示例 5：必要时，需要将大型会议室分隔为数个独立区。插入隔墙时，KNX装臵可以自动找出需要分配给每个房间的开关和灯的数量。因此，不必改变现有布线。 示例 6：可以安装任意数量的应急开关（例如，启用所有灯）。夜间，按下按钮，可以点亮小孩房与浴室之间的灯，并在预约时间后关闭该灯。 示例 7：KNX 可以为每一个房间创建室温配臵文件，对单个房间的采暖和空调系统实施独立控制。窗户打开时，可以自动调节房间的热气或冷气供给。这类措施每年可能节省 30%以上的能源。也可以根据各个房间采暖要求对采暖系统进行控制（按需采暖） 二、KNX 系统总线设备 1． 概述 在我们工作中使用的 KNX 系统总线设备（例如，调光器/驱动器、多功能开关、火灾传感器。。。）主要由三个部分组成： 器和应用模块或者为分离式，或者集成在一个外壳之内。然而，必须使用同一个制作商的产品。若为分离式，则应用模块可以通过标准应用接口，即物理外部接口（PEI），连接至总线耦合器（BCU）。这种物理外部接口有 10 芯或 12 芯，可以：作为两个部件之间的报文交换接口（5 芯）为应用模块提供电源（2 芯） 有些应用模块仅能连接特殊类型的总线耦合器。如果总线耦合器为总线设备的分离式部件，则大多数情况可以采用墙装式设计。TP1设备至总线的连接主采用标准总线接线端子（红/黑）；DIN 导轨设备则通过触点块连接至数据条。总线耦合器为总线设备的集成部件时，已经通过总线接口模块（BIM）或者总线设备中的的制造商芯片组，内建在总线设备之内。总线接口模块基本上就是总线耦合器，但没有总线耦合器的外壳和一些其它部件。芯片组构成了总线接口模块的核心部件，即控制器和收发器。 目前，总线耦合器可以连接两种不同的介质：1 类双绞线（32V安全特低电压）或者电力线 110（电网电源）。无线射频总线耦合器：KNX 射频兼容设备均采用集成解决方案。得益于集成式总线耦合器，各个总线设备均具有自己的智能功能：据此，KNX 可以部署为分散式系统且无需中央监控单元（例如，计算机等）。然而，必要时，安装在 PC 上的可视化控制软件业可以承担中央功能（例如监控功能）。 总线设备基本上可以分为三个种类：传感器、执行器和控制器。 如果是传感器，则应用模块可以将信息传送给总线耦合器。总线耦合器对这些信息数据进行编码，并将其发送至总线。此后，总线耦合器会在合适的时隙检查应用模块的状态。 如果是执行器，则总线耦合器负责接收来自总线的报文，对它们进行解码，并将解码后信息传送给应用模块。 控制器则负责传感器与执行器之间的交互（例如，逻辑模块）。若为 S 模式兼容 KNX 设备，则（通过 ETS™）为（通用）总线耦合器加载了应用模块合适的应用程序之后，该设备就可以获得自身的具体功能。总线耦合器上安装的 S 模式兼容 KNX 按钮，在通过 ETS 为该设备编制了合适的应用程序之后，仅能产生调光信号。 通常，E 模式兼容 KNX 设备在发货之前就已经加载了应用程序。此类 KNX 设备的链接和相关参数设臵可以通过合适的硬件设臵或者中央控制器完成。 2．总线设备的结构 每一个总线设备（如：开关、调光器、百叶窗驱动器等）主要由以下两部分组成： 总线耦合器（BCU）。 应用模块（AM）。 对于不同结构的总线设备，总线耦合器和应用模块的连接方式也不一样： 嵌入安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块通过物理连接 口连接在一起。 DIN 导轨安装式总线设备或表面安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块组合成一个整体 总线耦合单元负责发送、接收和存储数据。总线设备需要处理的信息首选经过总线送到总线耦合单元，这些数据包括：设备的物理地址、一个或几个组地址、应用程序和相关的参数。总线耦合单元中的微处理器是耦合单元的“大脑”，负责协调总线设备的各项功能，当出现故障或电源失效时，总线设备会进入预先设臵好的应对状态，数据则保存在总线设备中。当故障排除或电源恢复后，总线设备会进入预定的恢复程序。应用模块及其应用程序决定了总线设备的功能。总线设备包括各种输入装臵，如：按钮、二进制编码器等，还有各种输出装臵，如：触点输出、负载开关、调光器等，也有输入和输出综合型装臵。 3．KNX 系统电源 KNX 系统需要外部提供安全性特低电压（SELV）作为 KNX 电源，最高电压为 29V。在双绞线作为总线与电力线是绝缘的，这样就保证了使用的安全性KNX 电源应符合 DIN EN 50090 的规定，带有防过流和防短路措施。电源线上安装的扼流器对高频信号呈现很大的阻抗，能防止对总线上报文信号的衰减。有时我们选用带有备用输出的 KNX 电源，一旦系统需要增加线路时，只要再接入一个扼流器就可以了。 4．三种配置模式的总线设备 目前 KNX 标准规定了三种不同的配臵模式： KNX A 模式(自动模式) KNX A 模式是一种最简单的配臵模式，一般适用于功能已经确定的设备。当这类设备与系统的通信介质相连接后就能自动完成配臵，因此没有操作经验的用户也可以使用。这种配臵模式适用于家用电器和娱乐电子设备。使用者不需要经过任何培训。但是目前在市场上尚没有此类成熟的产品。 KNX E 模式(简易模式) 采用 KNX E 模式一般需要通过中央控制器或操作设备上的编码盘和按钮进行配臵。如果这个中央控制器在系统中还有其它用途，如：场景照明控制、逻辑控制等，那当然需要继续连接在系统中，否则配臵完设备后就可以把中央控制器与系统断开。这种配臵模式与 S 模式相兼容。采用 E 模式配臵设备在功能范围方面有一定的限制性，比较适合于中小规模的系统。但是操作时不需要 PC 机和 ETS 工具软件，操作者只要阅读有关技术资料或经过简单的培训就可以完成设备的配臵和调试。 KNX S 模式(系统模式) 采用 KNX S 模式需要使用 PC 机和 ETS 工具软件进行配臵。这样可以同时完成工程设计、设备配臵和系统调试。采用这种模式既可以进行中小系统的臵，也可以完成大型建筑物中复杂系统的配臵。这种类型的配臵方法专门供获得 KNX 认证的设计者和承包商使用，适用于大型设施每一种模式在以下方面各具不同的特点： 功能范围 配臵能力 调试方法 用户群 生产商可以为自己生产的设备选用不同的模式连接到 KNX 系统中。ETS 3 软件可以从已有的系统中读取设备数据再进行处理。这样就可以不用标准的KNX设备，而是直接对 E模式设备再编程。但是 ETS 3.0 c 版本不能进一步处理无线通信的设备 |
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