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摘要： BACnet（A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network）是一种为楼宇自动控制网络所制定的数据通信协议，于2003年1月被正式采纳为国际标准。X-10 是一种国际通用的智能家居电力载波协议。文章分析了将x-10接入基于BACnet的家庭信息中心的意义和可行性，并且提出了设计方案。
Abstract: A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network was adopt as an Iternational standard by OSI in January 2003.x-10 is an widely used protocol which send the data over the existing electrical wiring. This article has analyzed the possibility and the significance of accessing the x-10 into HIC.
关键词：X-10 BACnet 智能家居 家庭信息控制中心
1、 引言
家庭信息控制中心(简称HIC)是21世纪智能家居中重要的设施，通过家庭信息控制中心我们可以选择上网或者现场遥控的方式实现家电、照明、物业、安防等各个方面的智能化管理。HIC可以基于各种智能建筑的通信协议来设计例如Lontalk、BACnet等，在本文中我们的HIC是基于BACnet协议的。利用现有的电力线和x-10协议我们可以控制家庭中所有的家电和照明设备，并设计一个网关把x-10系统接入家庭信息控制中心并由HIC统一控制。
2、可行性分析
2.1 基于BACnet协议的家庭信息控制中心
BACnet标准的诞生，结束了楼宇自动化领域众多厂家各自为政的局面。BACnet作为一种标准的开放式数据通信协议，使不同厂家的楼宇设备能够实现互操作，也就是说，在一个系统中，允许混用不同厂家的设备，并能为这些设备提供统一的数据通信的服务和协议的操作平台。这个不仅给用户提供了更大的选择空间，而且给系统的升级、维护提供了灵活性。BACnet标准是针对暧通空调、给水排水、消防、保安等楼宇系统设计的，它提供广种描述各种楼宇设备的模型，使得各种设备能互操作和协同工作。BACnet定义了在异种不同LAN环境下网络工作站之间的通信规程，由于它利用以太网实现BACnet协议，所以其传输性能较传统的控制网络有较大提高。
在一个智能家庭中，信息控制中心（HIC）有着重要的作用。主人不但可以通过控制HIC来实现对整个家居的控制，而且还可以通过Internet远程访问HIC来对房屋内的任何家电进行操作以及对房间的安全进行监控。之所以选择BACnet作为HIC的主要通信协议是因为BACnet是开放协议，只要通信原语符合BACnet协议我们就可以在不同厂家的产品之间进行互联和实时互操作。
2.2 X-10协议
X-10 是一种国际通用的智能家居电力载波协议（即一种通讯“语言"）。用这种"语言"的兼容产品可以通过电力线互相说话，无需布线，安装便捷。将发射控制器插到一个房间的插座上，按动按键发出控制信号（开、关、变暗、变亮等），信号通过原有的电线传播，另一个房间的接收开关就可以接收指令并相应动作。使用简单的拨码盘你就可以设置256 路地址。如果你想让两个产品同时开或同时关，你可以给它们设置相同的地址。所有的X-10 兼容产品都可以自由组合，S-10 的产品与X-10、Levition、Stanley、IBM、ACT、Homepro 等公司的产品都可以互相自由组合。 目前许多美国的家庭自动化产品制造商，均采用X-10控制规格来生产其产品，X-10控制规格遂成为当今美国家庭自动化控制规格的主要领导者。
2.3 Linux嵌入式开发x-10接入HIC的网关
嵌人式系统是面向用户、面向产品、面向应用的。如果独立于应用自行发展，则会失去市场。与通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统。目前，正在开发的嵌入式系统中，49％的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。Linux遵循GPL，用法律保障了用户免费获得内核源代码的权利；由于嵌入式系统下差万别，往往需要针对应用修改和优化系统。这时能否得源代码就至关重要。Linux是自由的操作系统，它的开放源代码使用户获得丁最大的白由度。Linux上的软件资源十分丰富，每一种通用程序在Linux上都可以找到，并且每天都在增加。在Linux下开发程序往往不需要从头做起，而是先选择一个类似的自出软件，进行二次开发。这就大大节省广开发工作员，缩短了开发时间。
我们在Linux嵌入式系统下开发我们的网关，该网关的作用是将BACnet报文实时的转换成x-10数据。在Linux操作系统下面开发数据处理的软件并不是很困难的事情，因为在Linux上可以免费获得很多GNU的现成开发工具例如GCC、gdb等强大的软件开发工具，而且开发语言可以是C、C++、Java等时下很流行的语言。
3、 设计方案
3.1 HIC的体系结构
HIC选择是以太口作为上行接入,用户可以通过Internet远程访问他。下行选择RS485总线接入，家电控制选择X-10或其他。手持终端采用无线接入。如图1：
图1
家庭信息中心（HIC）：综合了路由器、网关、操作台、WWW服务器的功能。对内连接家庭BACnet网络，对外接入小区局域网。提供Web服务，以便通过浏览器进行远程操作。
目前许多智能家电产品、安防设备、电话、三表、控制开关等大多数属于非BACnet设备，为了用统一的总线互联，需要针对每一类设备开发BACnet网关，完成私有协议与BACnet之间的转换。通过具有BACnet网关功能的HIC，可以把所有设备连接到BACnet网络上，网络类型可采用MS/TP，BACnet/IP。对于视频点播等速率比较高的业务，建议采用BACnet/IP网络，也可以两种类型的子网共存。
3.2 BACnet/X-10网关网络体系结构
为了分析BACnet/x-10网关软件结构我们必须先了解BACnet网络结构。
BACnet建立在包含四个层次的简化分层体系结构上，这四层相当于OSI模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层，如图2所示。BACnet标准定义了自己的应用层和简单的网络层，对于其数据链路层和物理层，提供了以下五种选择方案。
第一种选择是ISO 8802-2类型1定义的逻辑链路控制（LLC）协议，加上ISO 8802-3介质访问控制（MAC）协议和物理层协议。ISO 8802-2类型1提供了无连接（Connectionless）不确认（Unacknowledged）的服务，ISO 8802-3则是著名的以太网协议的国际标准。
第二种选择是ISO 8802-2类型1定义的逻辑链路控制协议，加上ARCNET（ATA/ANSI 878.1）。
第三种选择是主从/令牌传递（MS/TP）协议加上EIA-485协议。MS/TP协议是专门针对楼宇自动控制设备设计的，同ISO 8802-2类型1一样，它通过控制EIA-485的物理层，向网络层提供接口。
第四种选择是点对点（PTP）协议加上EIA-232协议，为拨号串行异步通信提供了通信机制。
第五种选择是LonTalk协议。
这些选择都支持主/从MAC、确定性令牌传递MAC、高速争用MAC以及拨号访问。拓扑结构上，支持星型和总线型拓扑。物理介质上，支持双绞线、同轴电缆、光纤。
在BACnet的软件结构的基础之上我们来开发x-10应用级网关。软件设计图如下：
3.3 BACnet/X-10网关的实现
BACnet/X-10网关采用Linux嵌入式系统设计成小芯片植入HIC.在网关两边分别传送和接收的是BACnet数据和x-10数据，网关实现的功能就是实现两种数据的转换，通俗的说就使x-10和BACnet“互相认识”。从BACnet应用层发送一个控制灯光或家电二进制输出（BACnet应用报文的一种）控制信号，此报文通过BACnet路由器到达网关，这时候报文仍然是BACnet报文，必须通过我们设计的BACnet/x-10网关才能转化成符合x-10协议的控制信号，最后是通过这个x-10控制信号来控制所有的灯光和家电。
BACnet报文转换成x-10报文主要是通过“隧道技术”，所谓“隧道技术”就是把用做传输的协议网络（这里是BACnet网络）看作单纯的传输通道，被传输的协议包（这里是指x-10报文）在进入传输网络时，当作无结构的数据块封装在传输网络的协议数据段中（这里指传送的BACnet报文的数据段）；在到达网关的时候从传输协议的数据段中取出封装的数据块，恢复为原来的数据报文（即x-10报文），这种技术称为“隧道技术”。
网关硬件可有多种选择，只要是Linux嵌入开发板、合适的cpu、有足够的RAM和FLASH、比较合适的适配接口。在开发板芯片里所移植的Linux是经常于工业控制的uclinux。
4 结束语
智能住宅在我国正飞速的发展着，BACnet标准的诞生，让我们对真正意义上的智能住宅有了新的希望，在这个标准之上我们能实时的实现互操作，互相联动。X-10协议有着不可抗拒的优势，他能通过电力线来实现家电、灯光智能化，无需重新布线，不要求家电是智能家电这符合中国的国情。把BACnet标准和x-10协议结合起来我们可以非常简单的实现家电、灯光的智能化控制。本课题组正对此项目进行开发，开发完成将投入市场。相信能收到不错的市场效应。
参考文献：
1． ANSI/ASHRAE Standard135-1995 BACnet (A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks)。
2. Steven T.Bushby “BACnet- A standard communication infrastructure for intelligent buildings” Automation in Construction，Vol.6 No. 5-6，1997。
3. H.Michael Newman “Control Networks and Interoperability”。
4. “BACnet楼宇自动控制网络数据通信协议” 广东经济出版社。
5. 刘贤德，石岩，惠晓实 “BACnet的体系结构 BACnet协议标准技术系列讲座1”。
6. Uncle Phil “数码x-10”。 |
