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核心提示：LonWorks電力線載波技術是智能家居建設的一個重要技術發(fā)展方向，與家電產(chǎn)品的結合，將給智能家居建設帶來極大的便利。
關鍵詞：電力線載波，家電智能化，LonTalk協(xié)議，即插即用
一、概述
在智能家電的解決方案紛繁復雜，在實現(xiàn)各種家庭用電設備網(wǎng)絡化、智能化的互聯(lián)互通建構中，Ethernet解決方案顯然不是一個通用、最佳的方案。試想一下給空調(diào)，冰箱，洗衣機等家用電器都增加一個10M/100M的以太網(wǎng)接口的必要性和復雜性；同樣地，有的廠商采用高速無線通訊模式解決方案，這在帶來組網(wǎng)方便性的同時，增加家庭內(nèi)部的電磁污染，而且也會在不同的家庭之間帶來通信的干擾，因為無線方案共用無線通信頻段，不能實現(xiàn)各個家庭之間通信的有效隔離。另外，有的解決方案是采用一些現(xiàn)場總線技術應用到電器中，但也要解決專門的通信線纜的布線問題。
實現(xiàn)家用電器即插即用的智能化、網(wǎng)絡化能不能采用電力線載波技術來實現(xiàn)呢？這就是本文想要介紹的一種國際上非常成熟的控制網(wǎng)絡技術——LonWorks電力線載波技術。
美國Echelon公司提供的一種基于電力線載波技術的LonWorks控制網(wǎng)絡解決方案，采用這種方案設計的家用電器的優(yōu)勢：
1 、家用電器真正實現(xiàn)即插即用，
2 、使用電力線作為信息交換通道，不需要額外布線。
二、美國Echelon公司的電力線通信技術
美國Echelon公司在過去的十幾年中，在電力線通信領域一直是充當先鋒的角色。其電力線收發(fā)技術，是一種低速的數(shù)據(jù)通信技術，是美國ANSI 709.2標準。Echelon公司在電力線領域持有38項美國專利，是唯一的一家同時掌握擴頻和窄帶收發(fā)器技術的公司。使用電力線載波技術，在現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡上實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸，不需要另外布線。
世界上很多公司在從事電力線載波技術的研究，Echelon公司的LonWorks電力線傳輸技術就是其中的皎皎者，截止到目前為止，采用該技術的電力線載波芯片已有約三千萬片應用在世界各地的電力基礎設施、智能家居、工業(yè)控制和智能建筑中。
1、Echelon公司的PL31x0智能電力線收發(fā)器
Echelon公司的PL31x0智能電力線收發(fā)器是該公司的第四代的產(chǎn)品，其結構如圖一所示。
Echelong公司的電力線載波技術所是是的載波頻率，符合世界范圍內(nèi)的規(guī)定：FCC，Industry Canada，日本MPT和歐洲CENELEC EN50065-1的規(guī)定，因此PL 3120和PL 3150能夠滿足世界范圍內(nèi)的應用。另外，智能收發(fā)器自動管理CENELEC通信協(xié)議，免除了CENELEC EN50065-1所規(guī)定的要用戶開發(fā)復雜時序和訪問算法的需求。
在很多的家庭中，大概有50%采用如圖二所示的接線方法，在這種情況下，墻上的開關盒只有相線連接而沒有零線連接，此時，如果將使用Echelon公司的電力線收發(fā)器，采用該公司獨特的專利技術：switch-leg技術，將智能開關安裝開關盒中，如圖二中所示意的那樣，智能開關仍然能正常工作。
目前世界上有多家廠商生產(chǎn)基于Echelon公司電力線載波技術的家用電器，這些家用電器包括：家庭影院系統(tǒng)、家庭游泳池設備、浴室設備、草坪灌溉設備、智能冰箱、微波爐、洗衣機、電烤箱、洗碗機、消毒柜、熱水器、換氣扇、電視機、鍋爐、空調(diào)、開關、燈光控制器、濾波器、燈光控制器、溫度設定器、燃氣閥門、遙控器，窗簾、門禁安防系統(tǒng)、水龍頭、燃氣探頭、紅外探頭、溫濕度探頭、光照探頭等各種各樣的電器，使用這些產(chǎn)品，可以構建節(jié)能型的智能家庭。如圖三所示。
2、Echlon公司ISI組網(wǎng)方案
當家用電器具備了電力線載波通信能力后，如何實現(xiàn)這些電器的即插即用的自組網(wǎng)方式是一個必須解決的問題，因為家庭電器面對的是家庭用戶，必須要求這些智能家用電器的組網(wǎng)滿足如下要求：
1) 不需要額外的軟件和硬件來對家用電器實施網(wǎng)絡安裝
2) 安裝方式必須簡單易用
3) 在開放的介質(zhì)中安裝方式要保證安全性
4) 保證不同家庭之間通信的有效隔離
5) 不同家電廠商的設備能夠連接在一起
6) 適合各種類型家庭的應用需求
7) 為未來的家庭新的需求提供擴展余地
Echelon 公司的ISI技術，就是專門針對家用電器市場開發(fā)的一種設備智能組網(wǎng)技術。ISI技術稱為互可操作的自安裝技術。該技術的核心是，利用該技術開發(fā)的家用電器，可以對電器本身的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行自動調(diào)整，保證該電器的網(wǎng)絡特性的唯一性，但是不能對其他電器的網(wǎng)絡屬性進行任何修改，這樣一旦發(fā)生通信串擾，對家用電器的安全性能夠提供可靠的保障。家用電器通過內(nèi)置的電力線載波技術與其他電器進行信息交換，最簡單的ISI組網(wǎng)方式最多支持32個家用電器組成智能的家庭控制網(wǎng)絡，復雜的ISI組網(wǎng)方式可以最多將200個家用電器組成智能的家庭控制網(wǎng)絡?；贗SI開發(fā)的不同家電廠商的家用電器，可以直接連接在一起組成家用智能控制網(wǎng)絡，不需要任何的轉換方式，包括硬件的或軟件的轉換。ISI的家用電器可以有效實現(xiàn)不同家庭之間的家用電器的網(wǎng)絡隔離，在各種家用電器之間，可以實現(xiàn)簡單的信息交換，同時也能實現(xiàn)復雜的信息交換，基于ISI的家用電器組成的智能網(wǎng)絡，不要求所有的電器一直保持網(wǎng)絡連接，也就是說，一些電器可以隨使用情況而變，當打開電器的電源時，該電器就連接上家庭智能網(wǎng)，當斷開該電器的電源，該電器就從家庭智能網(wǎng)上斷開，在這個過程中，如果加入新的電器，也不需要對家庭智能網(wǎng)絡進行特殊的處理，ISI能夠管理所有的過程，保證家庭智能網(wǎng)絡的正常工作。
3、使用ISI技術的電器安裝過程如下：
首先，新的電器從家庭智能網(wǎng)絡中獲取一個域地址，該地址用于隔離相鄰家庭的的不同網(wǎng)絡之間的信息交換。
然后，該電器在所接入的家庭網(wǎng)絡中實施注冊，獲取一個唯一的地址，該電器獲取地址后，會對地址在網(wǎng)絡上進行確認，保證該地址的唯一性。
下一步，在需要建立信息交換的電器之間建立信息交換渠道，可以通過簡單的使用按鈕開關來完成不同電器之間的連接過程，比如，智能開關和智能燈具之間，用于區(qū)別不同房間的開關的燈的控制之間關系。
第四步，確認控制關系建立的正確性。
第五步，取消不適當?shù)碾娖髦g已經(jīng)建立的信息連接關系。
第六步，ISI同樣支持電器從家庭控制網(wǎng)絡中移走，用戶按住家用電器的連接按鈕20秒，該電器的連接LED進行6次長閃爍，即表明該電器已經(jīng)從家庭智能網(wǎng)絡中成功移走。
使用ISI對家庭電器構建智能家庭網(wǎng)絡，不需要復雜的開關和撥盤-簡單的按鈕開關就可以，不需要要求所有的設備保持一直在線，不需要控制中心來管理網(wǎng)絡，因此，Echelon公司的ISI技術方案是家庭智能控制網(wǎng)絡的最佳解決方案。
三、Echelon技術智能家電解決方案特點
使用Echelon公司電力線載波技術和ISI自安裝技術組成的家庭智能網(wǎng)絡可以實現(xiàn)以下功能：
a. 實現(xiàn)整個家庭的用電管理，可以根據(jù)積累的實際使用數(shù)據(jù)，合理調(diào)度一些用電量大的電器的工作時間，例如可以在用電高峰避免使用熱水器、洗碗機、消毒柜等，對實行分時計費的區(qū)域，在低電價的時候開啟這些用電量大的設備，這樣做的好處就是能夠節(jié)省家庭的用電支出。
b. 智能家庭網(wǎng)絡可以根據(jù)主人的習慣，合理設置家庭內(nèi)部的溫、濕度、并自動進行調(diào)節(jié)。
c. 自動監(jiān)測家庭內(nèi)能的空氣質(zhì)量，在保持空氣的新鮮的情況下，減少能源的浪費。
d. 安全防護方面，能夠監(jiān)測各種突發(fā)情況，包括燃氣、水泄漏，門窗非法侵入等，同時提供相應的處理手段，如報警，自動采取一些相應的措施等。
e. 在家庭中成功建立基于ISI的電力線載波智能控制網(wǎng)絡后，配合Echelon 公司的NES 網(wǎng)絡化能源管理系統(tǒng)，就可以將各個獨立的家庭連接成一個覆蓋所有家庭的網(wǎng)絡，建立各種服務中心，可以給用戶提供，能源管理、安防、老人照顧，家用電器遠程診斷和監(jiān)控，安防檢測和醫(yī)療診斷報警服務等。如圖四所示。
f. 可以根據(jù)家庭主人的要求自動設置特定房間的場景模式，比如在客廳中，設置客人感覺舒適的溫、濕度，光照，以及背景音樂等，根據(jù)客人的多少調(diào)整空氣流量等等。
四、前景分析
目前，在國內(nèi)、外有很多家庭、便利店等不同程度采用基于Echelon公司的電力線載波技術的智能網(wǎng)絡，它給這些用戶帶來顯著的能源節(jié)省效果，比如對于一些便利店的智能控制網(wǎng)絡的應用，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示能夠實現(xiàn)15%的能源節(jié)約。在家庭中，能夠給用戶帶來更加舒適、更加安全、更加便利的效果。
智能家居的控制網(wǎng)絡技術正處在百花齊放的階段，Echelon公司的電力線通信技術非常適合構建家庭智能控制網(wǎng)絡，特別是可互操作的自安裝技術（ISI）的應用，具有安裝方便、不需要布線、即插即用等特點，是進入千家萬戶的最佳智能網(wǎng)絡解決方案。
