智能家居通讯协议基础

串行通信的基本概念
• 串行通信资料是一个bit 一个bit地送出,且每个bit表示不 是0就是1
1 bit
并行通信的基本概念
• 一次发送和接收多个Bit, 传输一次就可以完成 一个Byte 的容量。传输的效率高
1bit 1 1bit 2 3 4 5 6 7 8 1bit 1bit 1bit 1bit 1bit 1bit 1 2 3 4 5 6 7 8
1.2KM@9600bps
TxA, TxB, RxA, RxB, GND 中等 (5 线) 两台 或 十台 强 难
1.2KM@9600bps
TxA, TxB, RxA, RxB, GND 中等 (5 线) 32台 强 难
1.2KM@9600bps
信号定义
DataA, DataB, GND
接线成本 连接设备数 抗干扰能力 故障诊断
• 速度：10M
• 节点：32、256(加中继器) • 线缆类型：2线+GND
D0 D7
……
Stop Parity Data
5V
0V
Start Stop Parity Data Start
收发器
TxB TxA
并行
TTL
RS-232
通信方式 采用主机“轮询”，从机“应答”的点对点通信方式，变频器为从机。 主机使用广播地址发送命令时，从机不允许应答。 从机在最近一次对主机轮询的应答帧中上报当前故障信息。 通信准备 用从机键盘设置变频器串行接口通信参数：本机地址、波特率、数据格式。 具备RS232的主机可以使用通信接口转换器（ OCI－6A）完成到RS485的转换。
无线协议
•Wi-Fi、ZigBee、Bluetooth、Z-wave、 RFID、NFC、GPRS
4.1 KNX协议
01
1990
EIBA(欧洲安装总线协会）成立
02
1999
EIBA协会与EHSA（欧洲家用电器协 会）和BCI（Batibus国际俱乐部） 合并成立 KONNEX, EIB亦发展成为 KNX协议
项目
应用范围 通信方向 协议 波特率 一主多从
DM512
舞台灯光 单向,485总线 简单 250K bit/s 512台从机地址
Dali
室内照明 双向,低压载波 200多条 1200 bit/s 64台从机地址
DMX512协议规定LED调光信号数据包的传输方式 是异步通信方式。一个DMX512数据包包括起始码 和512个数据帧。数据帧内包含1个起始位（低电 平）、8个数据位和2个停止位（高电平），没有奇 偶校验。如图所示。DMX512的信号数据传输率为
串行通信 通信距离 远
并行通信 近
搞干扰能力
传输速度 成本
高
慢 低
低
快 高
类型 信号类型 通讯方式
RS-232 单端 全双工
RS-422 差分 全双工
RS-485 4线 差分 全双工
RS-485 2线 差分 半双工
距离
15M@9600bps
TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND 高 (8 线) 两台 弱 容易
通常具有一个或多个直 接接入强电的无线接入点， 通过交流强电做为载波传输 控制信号。
信号，通过预布的信号总线
来传输控制信号。
干扰。
【
总线技术
】
【
无线技术
】
【
电力载波
】
总线技术
优点：系统采用强弱电 分离的机制，系统比较 稳定，对负载的适应性 很强。可靠、不易受干
无线技术
优点：本地（网络）互
电力载波
优点：布线相对简单， 可利用现有强电线路， 改造成本低。
KNX S模式(系统模式)
用KNX S模式需要使用PC机和ETS 工具软件进行配置。 这样可以同时完成工程设计、设备配置和系统调试。 这种类型的配置方法专门供获得KNX认证的设计者和承 包商使用，适用于大型设施。
线路
KNX系统的最小结构单元。每个线路最多包括4 个线段（line segment），每个路段最多可连 接64台设备，每一个线段实际所能连接的设备 数量取决所选KNX电源的容量和该线路段设备 的总耗电量。
如何理解协议？
不同协议的区别 部分协议之间可以相互转换 区别协议的要素：介质、速率、成本
KNX
智能家居
Bluetooth Dali DM512
ZigBee
RS485 WiFi
Z-wave LonWorks
智能家居和物联网
RFID Ethernet USB C-Bus GPRS UWB
物 联 网
BACnet
通信距离
刷新率 分组
1200mwenku.baidu.com
44帧/秒 根据主机决定
300m
没有 16
250 kbps，数据帧每位宽度为4 us，发送一帧需要
44 us。一个数据帧代表一路通道的调光数据，理 论上可以支持512路控制通道
无线ZDMX512-E协议是将有线DMX512信号通过 可靠与安全转化处理为无线信号，并实现ZIG组网 功能，在任何节点实现DMX512信号的无损还原输 出。 解决远距离问题
应用程序（AP）
KNX A模式(自动模式)
最简单的配置模式，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 置，因此没有操作经验的用户也可以使用。
KNX E模式(简易模式)
需要通过中央控制器或操作设备上的编码盘和按钮进行 配置。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 。
智能家居通讯协议基础
P O W E R P O I N T
讲师：左韵
2019年4月
前 言
智能家居与物联网的关系
理解协议在智能家居系统承担的角色和作用
互联网与OSI七层模型
物联网三大传输技术
智能家居系统主流协议的技术分析
01
物联网传输协议
目 录
02
03 04
OSI七层模型 物联网三大传输技术
低 (3 线) 32台 强 难
4.3 Lonworks协议
Lonworks的诞生 LonWorks是由美国Echelon公司研制，于 1990年正式公布的现场总线网络。应用于 电梯、能源、环境、污水、火灾、楼控、 交通等控制领域 Lonworks的组成 LonWorks技术的核心是具有3位CPU的神经 元芯片（Neuron Chip），同时具备通信 与控制功能，并且固化了LonTalk协议， 以及34种常见的I/O控制对象。
03
2007
GB/Z 20965-2007 控制网络HBES技 术规范住宅和楼宇控制系统
04
2008
KNX协会中国分会成立，至2018年全 球450家会员
传输技术
•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 置的电源共用一条电缆。
智能家居主流协议分析
01
物联网传输协议
联系 基本要素
包装、分装、集装、分 拣、分拨与配送、信息 处理 集中体现了物流系 统和物流技术的实 际应用状况 快件的传递，就是 实物流通的一种形 式。有着特定的运 输流程和方式。
交互
能够及时的反馈物 流信息，并传回送 达回执
协议的概念
协议的概念 物与物之间交换信息需要准守的规范
缩写，是一个数据传输协议。
•特点是单个灯具具有独立地址，可通过 DALI系统对单灯或灯组进行精确的调光控
制。
LED是一个二极管，它可以实现快速开关，它可 允许的开关速度可以高达微秒以上，是任何发光 器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成脉冲 恒流源，用改变脉冲宽度的方法，就可以改变其 亮度，这种方法称为脉宽调制（PWM）调光法。
NFC CAN Infrared DSI
RS232
M-bus
Mod bus
02
OSI七层模型
OSI的诞生 1997年国际标准化组织提出了OSI模型， 把网络通信分为7层，标记着计算机网络 进入到第三个阶段。
什么是OSI（开 放系统互联）？
OSI的作用 OSI模型的设计目的是成为一个所有硬件 商都能吸纳的开放网路模型，来克服使用 众多私有网络模型所带来的困难和低效。
控之间无需布线，使众
多控制单元（开关、面 板）之间，任意互联互 控。 缺点：易受同频干扰， 稳定性差，隔墙或远距 离传输容易出现延时。
缺点：稳定极易受外界
干扰，在应用中表现出 很大的地区差异性，特 别是中国目前的电网规 范性较差。
扰。
缺点：需要预布控制线、 装修好的房屋无法使用、 进场的时间比较早。
域
一般情况下，可以有15个线路分别经过线路耦 合器（LC）与主线路相连接，组成一个域。
每个线段的最大长度：1000m 电源与总线设备之间最大距离：350m 两个电源之间的最小距离（包括扼流器）：200m 两个总线设备之间的最大距离：700m
线 路
域
多个域
总线传输速率为9600bit/s，一份报文发送和确认的 周期大约为25ms。 每一个字符有11位组成，即8位数据位、1位起始位、 1位偶校验位和1位停止位。字符与字符间还插入了 2个暂停位，单个字符（13位）的总传输时间为 1.35ms。
(4)电平标准，如后面图所示；
(5)通信传输由主控单元控制； (6)共可连接64个从控单元，且均可独立编址。
DMX512是英文Digital Multiplex with 512 pieces of information （即多路数字传输）的简称。它是由美 国剧场技术协会制定的数字多路复用协议, 是一种 用于发送器和调光设备之间的调光协议。是灯光 行业数字化设备的通用信号控制协议。
传输介质
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。
基本拓扑
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。
发展优势
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
总线耦合器（BCU）
应用模块（AM）
根据净负荷长度的不同，报文可能包含8至23个字
符。确认信息仅需要一个字符。考虑到总线空闲 时间t1（50位）和确认等待时间t2，单个报文占用 的总线时间为20至40ms。
按事件控制
只有在事件发生时和需要传输信息时才传输 报文。.
附加优先权
01
03
可以使某些信息（如：故障信息）附加优先 权，优先处理。
解决障碍物问题
数据传输可靠传输 抗干扰、稳定性
4.2 RS485协议
• EIA于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准
• • • • 多点双向通讯能力 增加发送器的驱动能力和冲突保护特性 扩展了总线共模范围 命名为TIA/EIA-485-A标准
• 由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业 领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。 • 平衡传输方式 • 长度：1200米
确保一个系统的应用层发送 的消息可以被另一个系统的 应用层读取
会话层
提供包括访问验证和会话管 理在内的建立和维护应用之 间通信的机制
03
物联网三大传输技术
强电和弱电分离，整 套系统中有一个（或多个） 无线接入点来统一接收无线
通过无线信号传输，安 装方便，可拆分性特别强能 更好的适应各种应用环境的 需要。每一个智能模块都是 一个无线接入点彼此互不
PWM(脉宽调制)调光方式不改变输入LED PN结的
瞬间电压及瞬间电流，改变的是输出电流的占空 比，从而改变其亮度。
一个单段DALI数据控制线上可对64个镇流器分别 编址，每个镇流器内最多可设置16个灯光场景，同 一个镇流器还可以编在一组或在多个组，最大编
数组为16。
DALI协议的主要电气特征如下： (1)异步串行通信协议； (2)信息传送速率为1200 b/s，采用半双工方式，数 据的传送采用曼彻斯特编码方式； (3)双线差分驱动方式；
总线技术：北京物与、罗格
品 牌 介 绍
朗、路创、快思聪、莫顿、 ABB、奇胜、尼科、安明斯、 普力特、科力屋 无线技术：金通慧、安居宝、 波创、美格数码、GKB数码 屋、开创、欧璐
电力载波技术：上海索博； 天津瑞朗；慧居智能；泰益 通
04
智能家居主流传输协议
有线协议
智能家居主流 传输协议
•KNX、Dali、RS485、Lonwork、DM512、 CAN、Ethernet
多路访问和冲突避免技术
避免信息冲突，保证信息不丢失，使总线工 作在最安全的状态。.
串行方式传输
02
04
在任何一个时刻，只可能有一个总线设备的 信息在总线上传输。
4.2 Dali与DM512
• DALI(Digital Addressable Lighting
什么是Dali
•Interface)是“数字可寻址照明接口”的
物理层
为数据端设备提供传送 数据的通路
数据链路层
在不可靠的物理介质上 提供可靠的传输
网络层
选择合适的网间路由和交换 结点，确保数据及时传送
传输层
负责获取全部信息，它跟 踪数据单元碎片、乱序到 达的数据包和其它在传输 过程中可能发生的危险。
应用层
为操作系统或网络应用 程序提供访问网络服务 的接口
表示层