Управління освітленням за протоколом X10
IT-експерти стверджують, що ринок "інтелектуальних" будинків в Україні 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 широкого загалу “розумний дім” залишиться яскравою картинкою на сторінках таблоїдів та інтернет-ресурсів. Чи так це? Вже зараз інфраструктура житла рядового обивателя є досить складною комбінацією різних інженерних систем. Об'єднати в одну мережу без глобальних витрат допоможе стандарт X10.
Можливості "розумного будинку"
Найпоширеніша і найпростіша функція – управління освітленням. Інтелектуальна система дозволяє дистанційно контролювати кожен освітлювальний прилад. Не встаючи з місця, можна ввімкнути або вимкнути освітлення в будь-якій кімнаті або в усьому будинку відразу, відрегулювати яскравість нічного підсвічування коридору, ландшафтних світильників. "Розумний дім", включаючи світло в різних місцях за певним алгоритмом, відлякає зловмисників, імітуючи присутність господарів у разі їхнього від'їзду.
Як все починалося
X10 – один із перших відкритих індустріальних стандартів, розроблений для систем побутової автоматизації компанією Pico Electronics (Шотландія, Гленротс) у 1975 році. Спочатку фірма займалася проектуванням та виробництвом мікросхем та мікрокалькуляторів. Перший досвід розширення сфери виробництва став дуже вдалим у комерційному плані. Платформа X10 швидко набула популярності серед розробників концепції розумного будинку і дала відчутний імпульс розвитку цієї індустрії. Спроби створення такого інтерфейсу робилисята іншими фірмами, але особливого успіху не здобули.
Для свого часу X10 – протокол з гарною перешкодою. Популярності сприяли порівняльна дешевизна обладнання, орієнтація розробників на побутову автоматизацію, супровід та технічну підтримку. На Північноамериканському континенті стандарт досі затребуваний і поширений. Після фірмою-розробником, широкий спектр X10-сумісних пристроїв стали випускати гігантські корпорації IBM і Philips.
В даний час Pico Electronics перетворена на компанію X10 INC (США) з торговою маркою PowerHouse.
Апаратне забезпечення мережі X10 є сукупністю пристроїв, пов'язаних між собою по стандартній електромережі або радіоканалу. До складу базової системи обов'язково входять:
- Передавачі – контролери, що формують та відправляють команди, модулі керування (з комп'ютерним інтерфейсом або автономні), програмовані таймери з різним часовим діапазоном, пульти дистанційного керування (інфрачервоного або радіоканалу).
- Приймачі - виконавчі пристрої, що виконують команди: лампові модулі і патронні світлорегулятори, димерні та розеткові блоки, всілякі приводи.
У разі побудови більш масштабної мережі або розширення наявної часто застосовують допоміжне обладнання:
- Трансівери, що приймають командні сигнали від пультів дистанційного керування з подальшим перетворенням в комунікаційний протокол X10 перед відправкою в електромережу.
- Ретранслятори та підсилювачі сигналів.
- Фільтри, що зменшують вплив електромагнітного перешкод.
- Міжфазні мости, для електромереж 380 (пасивні або активні, для будівель, площею понад 300 м2).
- Вимірювальні пристрої,спрощують монтажні та пусконалагоджувальні роботи, датчики (руху, освітленості тощо).
Обладнання, що випускається різними фірмами, часто мають подібний зовнішній вигляд, функціонал і маркування. Пристрої мають різне виконання залежно від вимог розміщення; для монтажу в лінію, на DIN-рейку в стандартних електрошафах, мікромодулі для розподільних коробок 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 керує функціонуванням електронної схеми пристрою, що подає на його вхід сформовані сигнали, прийняті із зовнішньої електромережі і перетворює вихідні імпульси зворотної передачі в мережу. Як мікрокомп'ютери можуть використовуватися контролери серійного виробництва (наприклад, PIC або AVR компаній Microchip і Atmel, відповідно).
Для керування освітленням у концепції "інтелектуальний" будинок широко застосовуються лампові релейні модулі X10. Розрізняють дві модифікації: вставлені у звичайну розетку для підключення торшерів, настільних ламп (LM12) або виконані у вигляді перехідника між освітлювальним патроном та стандартною лампочкою з цоколем Е27 потужністю до 100 Вт (LM15S).
Управління побутовою електротехнікою здійснюють за допомогою приладових розеткових модулів. Наприклад, модуль AM12 на вигляд нагадує ламповий, але не підтримує команди, специфічні для освітлення (про це трохи нижче).
Реалізувати X10 на комп'ютері допоможуть програмні продукти верхнього рівня.
ActiveHome Software – безкоштовне ПЗ для персональнихкомп'ютерів на базі операційних систем WINDOWS від компанії-розробника платформи X10 Пакет включає величезну кількість утиліт і драйверів пристроїв, а також мобільну версію програми.
ActiveHomePro – програмне забезпечення для комп'ютерного інтерфейсу СМ-15 (радіотрансівера, 433 МГц) із підключенням через порт USB. Дозволяє керувати освітленням та побутовою технікою із завданням необхідних алгоритмів, графіків та таймерів з персонального комп'ютера або автономно з бездротового пульта.
X10. Протокол у подробицях
Фізичне середовище обміну інформацією силових електропроводах являє собою передачу/прийом фрагментів синусоїдальних коливань високої частоти (120 КГц) з амплітудою 5в і тривалістю 1 мс/630 мкс у кожному напівперіоді мережевого напруги, у вікнах, сформованих відразу після перетину нульової від. У трифазних ланцюгах аналогічні вікна формуються в кожній фазі, тобто зі зсувом 60 градусів з подальшим застосуванням міжфазних мостів.
X10 – протокол, у якому стандартний одиночний пакет (кадр, кадр) передається за 11 періодів. Він містить:
- код синхронізації - 2 біти,
- код модуля – 4 біти,
- код будівлі – 5 бітів.
Кожен пакет, без жодного інтервалу, передається двічі поспіль. Перед трансляцією наступного пакетного дубля витримується пауза у 3 періоди мережногонапруги (виняток - команди димування яскравості, що передаються безперервним потоком).
ІЧ-пульти управління в мережах X10 працюють за протоколом X10-IR на несучій частоті 40 КГц. Радіоканал (протокол X10-RF), залежно від регіону, має діапазон від 310 до 434 МГц.
Адресація та система команд
Уявлення про існуючі команди платформи та відповідні їм дії можна отримати з таблиці.
X10 – протокол малобюджетного класу побутової автоматизації, який використовує передачі інформаційних і командних повідомлень вже існуючі електромережі. Відпадає необхідність у прокладанні нових комунікацій, що особливо актуально у будинках з чистовою обробкою або закінченими ремонтними роботами. Можна використовувати мережеву проводку, так і задіяти радіоканал - асортимент обладнання, запропонований виробниками, дозволяє реалізувати обидва варіанти або їх комбінацію. Вартість пристроїв, в порівнянні з більш сучасними платформами, також приємно тішить.
Значно спрощується розподіл освітлювальної інфраструктури на зони. Достатньо привласнити пристроям однієї групи однакову літеру (код будівлі), і при подачі відповідної широкомовної команди, вмикатися або вимикатися буде світло в цій зоні.
Відкритий протокол – ще один плюс платформи, що передбачає легку інтеграцію з будь-якою системою управління, можливість використання під час проектування мережі електроустановочних виробів сторонніх виробників.
Основне достоїнство інтерфейсу X10 – передача інформаційного сигналу по силової проводці – є головним джерелом його проблематики.
Низька швидкість. Передача команди займає близько секунди, т. е. запізнення виконання команди реально відчутно навіть за керування одним пристроєм.А в процесі відпрацювання закладеного сценарію затримка може стати дратівливо неприпустимою. Так як швидкість передачі інформації прив'язана до частоти напруги живлення, підвищити її не представляється можливим.
Розсинхронізація передавального обладнання може призвести до накладання пакетів та виникнення колізій, внаслідок чого жодна з команд не буде виконана. Кардинально виправити ситуацію не можна.
Не передбачено процедур розмежування доступу, немає захисту від несанкціонованих дій сторонніх осіб. І нарешті, неможливе створення складних схем управління побутовими приладами та освітленням з реалізацією функції самодіагностики системи та пристроїв, що входять до неї.
Перераховані недоліки здебільшого виправлені в наступних поколіннях систем побутової автоматизації так званої шинної архітектури (передача сигналів відбувається за спеціально виділеною/прокладеною шиною з низьковольтною напругою живлення).
У свою чергу, розробники та виробники обладнання X10 робили кроки щодо вдосконалення та модифікації існуючої платформи. Результатом став формат X10Extended із розширеною системою команд. Безперечним плюсом модифікованої платформи стало регламентування процедури доступу передавачів до магістралі, що виключає колізій і розширення функцій команди Exteded Code 1 зі зміною формату пакета.
Підбиваючи короткі підсумки, важко погодитися, що перший інтерфейс домашньої автоматизації за минулі, майже п'ятдесят років морально застарів. Спроби модернізації, що нагадують латання покрівлі під час дощів, кардинально виправити ситуацію не в змозі. Але бюджетні характеристики платформи, як і раніше, утримують її на ринку інтелектуальних систем, а обладнання X10 активновиробляється та реалізується.
Вітчизняні фірми прогнозують інтерфейс нову хвилю популярності. Споживачам пропонується широкий спектр як окремих пристроїв, так і готових рішень для інтелектуального будинку на платформі X10.