Но следующий недостаток может серьезно ограничить время жизни стандарта-долгожителя. Речь пойдет о крайне низкой помехозащищенности устройств, работающих с протоколом Х10. Со времен изобретения протокола мир разительно изменился. Если в семидесятые годы основным бытовым источником помех были газоразрядные лампы и фены с коллекторным двигателем, то сегодня этот перечень значительно расширился.

Практически в каждом доме или квартире есть телевизоры и компьютеры с импульсным блоком питания. Импульсное питание используют современные экономичные лампы. Даже обыкновенное зарядное устройство содержит нелинейный ограничитель тока – конденсатор. Такое обилие нелинейных нагрузок «загрязняет» электрические сети.

Степень «загрязненности» электрических сетей настолько высока, что ее трудно сравнить даже с зашумленностью в радиодиапазонах. Там давно действуют жесткие правила, регламентирующие работу радиоаппаратуры. Требования к качеству электрических сетей приняты в США и европейских странах (евронормали), но и они не могут гарантировать работу аппаратуры стандарта Х10 без сбоев. О качестве энергии в сетях стран СНГ лучше вообще не говорить – оно удручающее.

В этих условиях передача информации по электрическим сетям возможна только при изощренной системе кодирования помехоустойчивыми алгоритмами. А в протоколе Х10 используется в командах только один контрольный бит и амплитудная модуляция. Поэтому большинство пользователей устройств, работающих в стандарте Х10, жалуются на сбои в выполнении команд.

Для борьбы с внешними помехами и не санкционированным доступом к системе, устанавливают фильтры, например модуль FM10, входящий в состав линейки блоков Х10. Но с ростом числа источников помех внутри дома, таких модулей может потребоваться несколько. Все это усложняет и перегружает систему вспомогательными блоками.

Вообще, анализируя обилие устройств, совместимых с Х10, возникает крамольный вопрос: «Не проще ли отказаться от стандарта, имеющего столько недостатков и перейти на построение системы, основанной на современном протоколе?».

Современный набор пультов, работающих с использованием радиоканалов, вполне справляется с задачами домашней автоматизации автономно. Поэтому встраивать в них дополнительную функцию поддержки Х10 – это скорее дань традиции, чем необходимость.

Ведь для ввода управляющего сигнала в силовую сеть требуются трансиверы, что усложняет как сами пульты, так и систему в целом. Еще нужно добавить ретрансляторы информационных сигналов, фильтры перепадов напряжения, блокираторы сигналов, мосты для связи с разными фазами и т.д. Перечень вспомогательного оборудования, повышающего надежность системы, давно превысил сложность базовых устройств самой системы.

Для кого же тогда все это выпускается? Дело в том, что только в США около 5 миллионов домов оборудовано системами автоматизации протокола Х10. Не меньшее количество систем функционирует в Европе. С момента появления стандарта реализовано более 100 миллионов изделий. На этих потребителей и ориентируются производители, непрерывно расширяя перечень.

Но для тех, кто только думает заняться увлекательной проблемой создания «умного дома», ориентироваться на стандарт Х10 и оборудование, его поддерживающее, не стоит. Сегодня на рынке предлагается современные изделия для домашней автоматизации, выполняющие обширный круг задач: измерение температуры и влажности, управление нагрузками непосредственно и таймером, и много другого. При этом они гораздо надежней, а зачастую и дешевле.

И еще одно: при всех своих недостатках и почтенном возрасте, изделия стандарта Х10 сегодня далеко не из дешевых. Простейший базовый набор, состоящий из пульта и приемника, стоит от 200 долларов, а каждый дополнительный блок еще в среднем 30 долларов. А продукция «солидных» изготовителей, например, бельгийской фирмы Xanura, обойдется в 2300 долларов за многофункциональный контроллер и 300 за ИК-трансивер.

Поэтому те, кто отдаст предпочтение этому стандарту, должны быть очень осторожны как в определении задач, которые будет решать система вашего «умного» дома, так и выборе поставщиков устройств. Лучший вариант – это купить продукцию фирмы «Х10 Inc», которая широко представлена на рынках СНГ, но возможны и другие варианты, зависящие от ваших финансовых возможностей.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Развернутое описание протокола X10

Для начального уровня автоматизации помещения не требуется никаких специальных знаний и навыков. Тем не менее, можно получить широкие возможности по управлению освещением и электроприборами:

Х10 – это надежная и проверенная технология, получившая широкое распространение на рынках США и Европы.

Технология Х10 была изобретена и запатентована в конце 70-х годов инженерной фирмой PICO Electronics, со штаб-квартирой в Англии. Инженеры PICO впоследствии перебазировались в Нью-Йорк, и продолжили свои работы по развитию методов дистанционного управления проигрывателями, используя готовую электропроводку для передачи сигналов. После выполнения девяти экспериментальных проектов именно десятый оказался наиболее успешным (отсюда название Х10) и именно его результаты определили стандарт передачи сигналов по силовой электропроводке. Группа разработчиков Х10 назвала свою новую компанию по автоматизации домов X10 USA (X10 Inc).

Сегодня, много компаний производят Х10–совместимые устройства: X10 Inc., Leviton, Marmitek, IBM, SmartLinc, PowerHouse и другие. Сайт X10.com входит в число самых посещаемых ресурсов Интернета.

Что такое Х10?

С точки зрения логики организации внутрисетевого взаимодействия все устройства X10 можно разбить на две большие группы: контроллеры и исполнительные модули.

Контроллеры отвечают за генерацию команд X10 и, помимо ручного кнопочного управления, могут иметь встроенный таймер или специализированное устройство ввода внешнего воздействия (датчик освещенности, фотоприемник инфракрасного излучения от пульта дистанционного управления и т.д.).

Исполнительный модуль, выполняя команды, передаваемые тем или иным контроллером, управляет коммутацией электропитания бытового или осветительного прибора, играя роль «умного» выключателя. Наиболее распространены модули двух типов: ламповые (lamp module) и приборные (appliance module).

С функциональной точки зрения сеть Х10 включает следующие компоненты:

Технология передачи сигналов Х10

Х10 – протокол взаимодействия передатчиков и приемников, путем передачи и приема сигналов по силовым линиям (бытовая сеть электропитания). Этими сигналами являются ВЧ – импульсы, которые кодируют цифровую информацию.

Импульсы представляют собой пакеты переменного напряжения амплитудой 5 В, частотой 120 КГц и длительностью 1 мс, что определяет бинарную единицу (единичный бит); бинарный ноль – отсутствие импульса.

Единичный бит передается в виде трех импульсов с интервалом 3,33 мс (для сети с частотой напряжения 50 Гц), которые соответствуют нулям трех фаз трехфазной электрической сети.

Для передачи команды Х10 требуется одиннадцать циклов (периодов) силового напряжения. Первые два цикла передают стартовый код, следующие четыре цикла представляют код дома (с А по Р) и последние пять циклов передают код прибора (с 1 по 16) или код функции (ВКЛ, ВЫКЛ и т.д.), т.е. ключевой код.

Такой полный код (стартовый код + код дома + ключевой код) всегда передается дважды непрерывным блоком. Между блоками разных команд всегда должен быть перерыв в три цикла силового напряжения. Исключением из этого правила являются блоки команд ЯРЧЕ/ТЕМНЕЕ, которые передаются последовательно (минимум два блока) без задержек.

Внутри каждого блока, код дома и ключевой код должны передаваться с дополняющими до единицы кодами в смежных полупериодах силового напряжения. Например, если единичный импульс передан в первой половине периода, то во второй не должно быть никакого сигнала (нулевой бит).

Стартовый код – это уникальный код, всегда равный 1110 и не имеющий дополняющих бит в смежных полупериодах, т.е. значащие биты передаются на каждый переход силового напряжения через ноль:

Функция Extended Code эквивалентна Extended Data: последовательность байт (без пауз), которые представляют дополнительные коды. Это позволяет разработчикам использовать больше 256 имеющихся кодов.

Первые 16 из ключевых кодов определяют номер модуля, который в дальнейшем будет принимать и выполнять команды (ВКЛ, ВЫКЛ, ЯРЧЕ, ТЕМНЕЕ) до переопределения управляемого модуля. Бит D16 называется «функциональным битом», если он равен 1, то передается функция, иначе код модуля.

Приведем пример. Чтобы включить 5-ый модуль в «доме К», нужно послать по электросети следующую строку бит:

111001011010010101100 11110010110100101011001000 0001110010110100101100 1101110010110100101100110.

Эта посылка содержит 94 бита, и займет 47 циклов силового напряжения или 0,94 с (почти секунда!). Поэтому, когда вы нажимаете на кнопку ВКЛ, свет включается с запаздыванием. Реакция на команды «Весь свет ВКЛ» или «Все модули ВЫКЛ» заметно быстрее, т.к. не передается код модуля.

Работа модулей X10 с различными типами нагрузок

Линейные нагрузки имеют только активное сопротивление и практически не имеют реактивного (индуктивного или емкостного). Примерами могут служить лампы, включаемые непосредственно в осветительную сеть и электронагревательные приборы (ТЭНы).

Нелинейные нагрузки имеют значительное реактивное сопротивление. К такому типу нагрузок относятся, например, электродвигатели и трансформаторы.

Следует помнить, что ламповые модули с опцией диммера (LM12, LD11, LM15S…) предназначены для управления только линейными нагрузками! Управление электронными устройствами (например, телевизорами) может приводить к выходу этих устройств из строя!

Для управления электронными устройствами можно применять только приборные модули Х10, имеющие релейный выход (AM12, AM12W, AD10). Таким образом, для каждого типа нагрузок предназначены определенные модули X10.

Передача управляющего сигнала Х10 между разными фазами электропроводки

Если внутри дома используется проводка с несколькими фазами, то возникает вопрос о передаче управляющего сигнала Х10 от одной фазы к другим. Для решения этого вопроса имеется специальное устройство – соединитель или мост (coupler).

Существуют различные варианты таких соединителей. Один из них – пассивный соединитель (passive coupler). Примером может служить устройство FD10, выполняющее дополнительно функции фильтра. Внутри такого устройства содержатся конденсаторы (для разделения низкочастотного напряжения осветительной сети и высокочастотных сигналов Х10) и высокочастотные трансформаторы. В принципе, устройство симметрично в том смысле, что входы и выходы могут быть поменяны местами; то есть, термины «вход» и «выход» применяются лишь для удобства объяснения. Вход пассивного соединителя присоединяется к той фазе, к которой подключен источник управляющего сигнала Х10; выход – к другой фазе, к которой присоединены устройства, управляемые Х10.

Пассивный соединитель просто «копирует» принятый им сигнал Х10, не анализируя его содержание и правильность. При подключении пассивного соединителя амплитуда сигнала Х10 в той фазе проводки, к которой подключен вход пассивного соединителя, естественно, несколько уменьшается.

Управляющий сигнал Х10, создаваемый устройствами-источниками, в соответствии с протоколом Х10, содержит дважды повторяемый адрес приемника и дважды повторяемую команду, подлежащую исполнению. Например, сигнал Х10, который будет включать устройство E7, будет:

[E7] [E7 (повторно)] [E-On] [E-On (повторно)].

Устройство-приемник сигнала Х10 должно выполнить команду после однократного приема своего адреса и команды и не нуждается в повторной передаче этих данных.

Изменения, вносимые соединителем-повторителем, сводятся к ретрансляции только вторых пакетов адреса и команды, т.е. сигнал:

[E7] [E7 (повторно)] [E-On] [E-On (повторно)]

[ничего] [E7] [ничего] [E-On].

Такая последовательность будет включать устройство Х10, имеющее адрес E7.

Вход и выход соединителя-повторителя не взаимозаменяемы, если их поменять местами, то соединитель-повторитель просто не будет передавать сигналы от передатчиков.

Требования к качеству напряжения электросети.

Микроконтроллер внутри устройств Х10 должен иметь стабильное питание. Для этого сетевое напряжение не должно «просаживаться» мощными нагрузками. В частности, нежелательна работа электросварки от той же фазы, на которой установлены устройства Х10. Особенно это актуально для сельской местности.

Кроме того, не должно создаваться помех для управляющих сигналов Х10. Эти сигналы передаются в интервалах времени, следующих после перехода сетевого напряжения через ноль, длительностью около одной миллисекунды. Тиристорные регуляторы (кроме устройств Х10), могут создавать помехи именно в эти моменты времени, если мощность, подводимая к нагрузке от тиристорного регулятора, составляет от 95% и до 100% его номинальной мощности (регулирующий тиристор в этом случае переключается именно в названные интервалы времени). Таким образом, при использовании устройств, снабженных тиристорными регуляторами, следует избегать режима «почти 100%-ной нагрузки».

В устройствах Х10 с функцией диммера этот эффект учтен – конструктивно предусмотрено, что при плавной регулировке мощности участок 95%..100% обходится скачком. Сделано это именно ради уменьшения создаваемых помех для «соседних» устройств Х10.

Симмисторные ключи (триаки) в диммерных модулях Х10 чувствительны к скачкам напряжения в сети, что может вывести симмисторы из строя или произвольно включить их.

Перегрузка же диммерного модуля приведет к перегреву симмистора, управляющего нагрузкой. Выход из строя такого симмистора может произойти по причине превышения его максимального прямого тока или перегрева кристалла.

Недостатки протокола Х10 и борьба с ними

Низкая скорость передачи информации.

Передача импульсов синхронизирована с переходом через ноль напряжения электросети, например, команда «ВКЛ», содержащая 94 бита, займет 47 циклов силового напряжения или 0,94 сек. (почти секунда!). Но если после этого послать команду «ВЫКЛ» на этот же модуль, то она выполнится в два раза быстрее, т.к. не надо передавать код устройства.

Низкая помехозащищенность

Помехоподавляющие конденсаторы электробытовых приборов также могут фильтровать высокочастотный 120 КГц сигнал X10.

Для преодоления проблем с помехозащищенностью необходимо соблюдать следующие рекомендации:

Без выполнения этих рекомендаций сеть X10 тоже работать будет, но иногда возможны неожиданные неприятные эффекты.

Проблема ложного срабатывания

Ложные срабатывания от помех в электросети, вызванных бытовыми электроприборами маловероятны.

Более вероятны ложные срабатывания, если, например, два устройства Х10 одновременно подают в электрическую сеть свои управляющие сигналы. Так как проблема «столкновений» в протоколе Х10 практически никак не решена, то такие ситуации возможны. Хотя вероятность таких коллизий и мала (длительность одной посылки управляющих сигналов порядка одной секунды), но ненулевая.

Преодолеть эту проблему, не меняя сам протокол Х10, невозможно. Просто следует иметь в виду, что, когда в доме работают два или более передатчика управляющих сигналов Х10, такие ситуации возможны, и уменьшать их вероятность путем организационных, а не технических решений.

Отсутствие обратной связи приемника с передатчиком

В X10 нет сигналов квитирования (квитков), которые бы подтверждали принятие и исполнение приемниками команд от передатчиков. Хотя команды повторяются дважды, существует вероятность того, что если помехи электросети «съедят» сигнал, то ожидаемого действия не произойдет.

В современных модулях существует возможность запрашивать статус модуля, тем самым контролировать выполнение команд.

Возможны конфликты устройств X10 разных производителей

Изначальное несовершенство протокола Х10 потребовало внесения в него различных дополнений. Одно из таких дополнений – extended codes (расширенные или дополнительные коды). В силу того, что каждый производитель разрабатывал эти коды самостоятельно, устройства разных фирм-изготовителей не всегда корректно ретранслируют и выполняют управляющие сигналы, передаваемые устройствами других фирм. Вывод очевиден.

Возможен несанкционированный доступ к устройствам X10 по электросети

Если в двух соседних квартирах, использующих одну и ту же фазу осветительной сети, используются устройства Х10, то, естественно, возникает вопрос о том, как избежать попадания управляющих сигналов Х10 из одной квартиры через электрическую сеть в другую квартиру.

Безусловно, такая задача типична для случаев применения устройств Х10, и в силу этого, она решена путем создания отдельного устройства. Так как управляющие сигналы передаются по электрической сети на частоте порядка 120 кГц, отличающейся от основной частоты сети (50 Гц) на три порядка, то посредством фильтрации они могут быть легко подавлены.

Такая фильтрация выполняется штатными устройствами Х10 – фильтрами типа FD10. Такой фильтр устанавливается на вводе электрической сети в жилое помещение (там, где в России принято устанавливать электрические автоматы после электросчетчика). Поскольку «атака» через электросеть с физической точки зрения эквивалентна созданию взаимных помех между соседними квартирами, то FD10 полностью решит вопрос отражения подобной «атаки».

Возможна внешняя атака на домашнюю сеть X10 посредством «чужого» радиопульта

Таким образом, технически возможен умышленный или неумышленный несанкционированный доступ по радиоканалу к устройствам Х10. Диапазоны частот 310 МГц и 433МГц, применяемые в радиоканалах Х10, широко используются в системах охранно-пожарных сигнализаций, в автомобильных сигнализациях и т.п.

Известно, что существуют серийно выпускаемые комплекты (передатчик + приемник) устройств X10, обеспечивающие устойчивую передачу информации на расстояния порядка 100 метров, причем часть этого расстояния – по открытому воздуху, а другая часть – внутри помещения. Очевидно, увеличивая мощность, излучаемую передатчиком, можно добиться того, что приемник радиосигнала Х10 начнет их принимать (чувствительность радиоприемников Х10 не очень высока, т.к. для передачи сигналов внутри жилого помещения очень высокой чувствительности не требуется).

Возможны как минимум два варианта «атаки» на устройства Х10 посредством радиоканала:

Каким образом можно уменьшить вероятность эффективной «атаки» по радиоканалу? Только за счет уменьшения эффективной чувствительности радиоприемника Х10 (например, путем расположения его наиболее далеко от периметра домашней территории – вблизи ее геометрического центра; для случая коттеджа – в том месте строения, которое ближе всего к геометрическому центру участка). Кроме того, если потенциальная угроза атаки по радиоканалу рассматривается как неприемлемая, то можно отказаться от радиопультов и использовать только инфракрасные пульты управления.

Источник

Что такое протокол x10

Первоначально фирма Pico Electronics занималась разработкой калькуляторов и микросхем для них (проекты с 1-го по 8-й). Затем в сферу ее внимания попали системы дистанционного управления проигрывателями грампластинок, воплотившиеся в проект номер 9. От него оставался один шаг до проекта дистанционного управления домашними электроприборами по электросети, который получил номер 10, откуда и десятка в названии платформы. Попытки аналогичных разработок предпринимались другими компаниями и ранее, но они не имели коммерческого успеха. В то же время X10, едва появившись, приобрела большую популярность, несмотря на ряд ощутимых недостатков, и дала мощный толчок развитию индустрии «умного» дома. Успеху платформы способствовали несколько обстоятельств, в т.ч. повышенная, по сравнению с аналогами того времени, помехоустойчивость за счет синхронизации информационного обмена с моментом перехода сетевого напряжения через нуль, относительная дешевизна, первоначальная ориентация на домашних умельцев, и продвижение через торговую корпорацию Radio Shack Corp., продававшую бытовую электронику и товары для радиолюбителей по всему миру. Кроме того, для реализации протокола информационного обмена данной платформы фирма Pico Electronics разработала серию микросхем 785XX, которая существенно сокращала аппаратные затраты, упрощала проектирование и обеспечивала гарантированную взаимную совместимость устройств. Дополнительную информацию по истории платформы X10 можно найти здесь и здесь.

Рис.1 Некоторые компоненты первого поколения платформы X10

Со временем на рынке появилось большое число более современных платформ домашней автоматизации, превосходящих X10 по совокупности технических характеристик, в т.ч. и с передачей информации по стандартной электропроводке. Тем не менее, платформа X10 до последнего времени продолжала пользоваться огромной популярностью, особенно на североамериканском континенте, где ею оснащены миллионы домов и квартир. Однако, несмотря на такой успех, компания X10 WTI в середине 2013 года обанкротилась (см. здесь) и права на бренд и сайт X10.com перешли к ее дилерской компании Authinx Inc.

2. АРХИТЕКТУРА

Вводные сведения

Указанным выше патентом GB-1592971 кроме собственно самого протокола определены и схемотехнические решения для его реализации, на базе которых была разработана серия использовавшихся в компонентах X10 микросхем 785ХХ.

Стандартный протокол X10 для силовой электропроводки.

В силовой электропроводке обмен информацией на физическом уровне организуется с помощью передачи / приема посылок синусоидальных высокочастотных колебаний в окнах, формируемых после каждого пересечения нуля сетевым напряжением, т.е. в каждом полупериоде (см. рис.2).

Рис.2 Окна приема и передачи протокола X10

Данная диаграмма относится к однофазной сети. В случае использования трехфазной сети информационный обмен осуществляется по всем фазам в аналогичных окнах приема-передачи, сдвинутых друг относительно друга на 60 градусов. Для этой цели в комплектах модулей X10 предусматриваются специальные трехфазные ретрансляторы.

Если количество периодов сигнала посылки, принятых в окне приема, больше или равно 48, то такой сигнал идентифицируется как единица. Меньшее значение соответствует нулю. На передачу 1 бита данных отводится два полупериода питающего напряжения, при этом в следующем полупериоде передается инверсное значение. Это не только повышает помехоустойчивость кода, но и обеспечивает возможность выделения пакетов с помощью стартового кода (кода синхронизации) 1-1-1-0, поскольку такая последовательность сигналов в принципе не может встречаться в информационной части пакетов.

Кроме стандартных пакетов есть еще расширенные, используемые командами Extended code (расширенный код команды) и Extended data (расширенные данные), у которых в конце добавляются дополнительнеы байты, а также пакеты групповых команд (см. ниже).

Рис.3 Формат стандартного одиночного пакета X10

Адреса зданий и устройств задаются 4-мя битами (в коде адреса устройства пятый бит D16 всегда имеет значение логического нуля). Принцип кодирования определяется схемой и расположением контактных ламелей вращающихся переключателей на 16 положений, используемых для установки указанных адресов (см. ниже описание компонентов). В коде команд пятый бит D16 всегда имеет значение логической единицы. Собственно, бит D16 как раз и служит для того, чтобы отличать пакет с кодом адреса устройства от пакета с кодом команды. Схемы кодирования адресов и команд для базовой версии протокола (X10 Standard) приведены в таблице.

Рассмотрим назначение и использование команд.

Модификации протокола X10 и его отдельных команд.

Описанная выше система команд протокола X10 была заложена на начальной стадии разработки платформы. Впоследствии и ее разработчиком, и производителями устройств она в определенных пределах развивалась и модифицировалась. Имеется информация по следующим версиям протокола и модификациям отдельных команд:

Отличия X10 Extended от X10 Standard заключаются в следующем:

• Вместо команды Extended Code с кодом 01111 предусмотрена команда Extended Code 1 с тем же кодом. Формат пакета данной команды отличается от стандартного и имеет вид:

Для команд формата Extended Code 1 также регламентированы коды сценариев (LifeStyle Codes), освещенности (Ambient Light Data) и температуры (Temperature Data). Следует также отметить, что данный формат стандартные устройства X10 не поддерживают.

• Вместо команды Extended Data с кодом 11001 предусматривалась команда Extended Code 2 с тем же кодом, которая предназначалась для опроса счетчиков и работы с системами управления энергоресурсами (DMS), при этом имела свой собственный формат пакетов переменной длины с идентификатором, позволяющим отличать их от стандартных пакетов X10. Однако документов, регламентирующих формат данной команды, равно как и ее поддержку какими-либо устройствами, не обнаружено.

• Вместо команды Pre-Set Dim 1 с кодом 1010 предусматривалась команда Extended Code 3 с тем же кодом, которую планировалось использовать для задач безопасности. Однако ее формат так и не был разработан и команда не нашла применения.

• Переведена в разряд неиспользуемых команда Pre-Set Dim 2 с кодом 1011.

Т.о. фактически X10 Extended только расширяет возможности команды Extended Code и регламентирует усовершенствованную процедуру доступа к магистрали Access Protocol.

Команду Extended Code 1 поддерживают ламповые модули LM14A, LM465, выключатели-диммеры WS467, интерфейсный модуль CM11A и ряд других.

Приписывание авторства протокола A10 разработчикам модулей Xanura, которое кочует из публикации в публикацию, является ошибочным. Также является ошибочным утверждение, что размах напряжения на выходе передатчика по протоколу A10 (6В) в два раза больше, чем по протоколу X10 (3В), т.к. согласно документации на интерфейсные модули PL513/TW523 для X10 она составляет не 3В, а 5В.

Замечание: В некоторых источниках иногда в качестве еще одной модификации протокола X10 для силовой электросети упоминается некий протокол S10. Однако никаких сведений о его существовани на момент опубликования данного обзора не обнаружено.

Протокол X10-IR для ИК-канала.

Рис.4 Формат пакета базовой версии протокола X10-IR

В базовой версии, реализованной в панели IR543, предусмотрено использование кода адреса устройства и кода команды в полном соответствии с системой кодирования проводного X10, однако перечень команд ограничен командами On/Off, All Lights On/Off, Dim/Bright. Получив от пульта ДУ пакеты адреса и команды, IR543 преобразует их в проводной формат и отправляет в электросеть, при этом адрес здания формируется в соответствии с установленным на панели. В панелях IR543AH и IR7243W реализован расширенный вариант протокола, который дополнительно к пакетам адреса устройства и команды позволяет транслировать в сеть пакет адреса здания, задаваемого с пульта ДУ, команды Pre-Set Dim 1/2, а также пакеты команд расширенного формата.

Протокол X10-RF для радиоканала.

Рис.5 Формат пакета протокола X10-RF

3. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И СХЕМОТЕХНИКА

Для реализация протокола X10 фирмой Pico Electronics Ltd была разработана серия микросхем 785ХХ, базовая функциональная схема которых и алгоритмы функционирования описаны в упомянутом выше основополагающем патенте GB-1592971. В настоящее время данные микросхемы не производятся, в программе поставок производителей не значатся и какая-либо официальная техническая информация по ним (даташиты) в сети Интернет отсутствует. Ниже приводятся примеры схемотехнических решений устройств платформы X10 с использованием данных микросхем.

Рис.6 Микросхема серии 78570 (приемник) в составе модуля AM486

Рис.7 Микросхема 78542 (передатчик) в составе панели управления HR12A

Со временем микросхемы серии 785ХХ стали заменяться на PIC-контроллеры, которые обеспечивали большую гибкость и более широкую функциональность. В настоящее время их использование для реализации протокола X10, особенно в категории «сделай сам», является стандартом «де-факто», что нашло отражение в рекомендациях фирмы Microchip AN236: X-10 Home Automation Using the PIC16F877A, под которые были разработаны соответствующие программные библиотеки.

Рис.8 PIС-контроллер в составе модуля TM751

Рис.9 Схема включения микросхемы PLIX

4. КОМПОНЕНТЫ И ПРОИЗВОДИТЕЛИ

Компоненты X10 также разрабатывались и выпускались другими компаниями по лицензии фирмы X10. К наиболее известным, выпускавшим и выпускающим полную гамму устройств, относятся следующие:

Рис.10 Микромодуль Xanura (позднее Marmitek/Haibrain)

Marmitek (www.marmitek.com). Первоначально занималась дистрибуцией линеек X10 Power House, X10 Active Home и X10 Pro, а также освоила OEM-производство X10 с оформлением в собственном конструктиве. В середине 2000-х годов Marmitek приобрела указанное выше подразделение компании Holec по разработке и производству устройств A10 Xanura, которое в 2013 году было преобразовано в дочернюю компанию Haibrain (www.haibrain.com), при этом бренд Marmitek был заменен на бренд Haibrain. Полную информацию по продукции Marmitek/Haibrain можно найти в разделах Haibrain X10 Home Automation и Haibrain X10 RF Home Automation, в т.ч. и по модулям в миниатюрном исполнении Haibrain Micromodules

Рис.11 Новые интерфейсные компоненты X10 Haibrain

Примечание: В настоящее время судьба компании ACT неизвестна. Указанный сайт, включая все его разделы, за исключением страницы www.act-solutions.com, с 10.03.2015 недоступен. Ранее на этой странице был дан анонс, что фирме предстоит разделение на три компании по профилю деятельности, а складские остатки продукции были выставлены на распродажу. При прояснении ситуации в данный параграф будут внесены соответствующие добавления.

Рис.12 Модули A10 фирмы ACT

Рис.13 Модули X10 (RD) (изображения взяты с сайта www.razumdom.ru)

Рис.14 X10-совместимые устройства серии TDXE фирмы Taiyito Technology

В документации на модули PL513/TW523 в качестве OEM-производителей устройств X10 указан ряд компаний, в т.ч. Leviton Manufacturing Co, C & K Systems, Shlage Lock Co, Zenith Co. Однако в настоящее время устройства X10 данными фирмами не производятся.

Интерфейс X10 имеют многие аппаратные средства платформ верхнего уровня. В этой категории наиболее популярны контроллеры Ocelot и Leopard фирмы Applied Digital Inc, поддерживающие как протокол ADNET той же фирмы, так и протокол X10. Более подробно X10-совместимые контроллеры верхнего уровня будут рассмотрены в отдельно.

5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Для X10 наработано достаточно много ПО верхнего уровня. Его рассмотрение и анализ является предметом отдельного обзора. Здесь же отметим, что наибольшей популярностью пользуются два специально разработанных для платформы X10 программных продукта:

Кроме того, платформу X10 поддерживает ряд программных пакетов платформ верхнего уровня, например, HomeSeer, Omni (Hai Leviton), Universal Devices и др.

6. ПРАВОВАЯ ЗАЩИТА

Как было сказано в самом начале, архитектура платформы X10 была защищена фирмой Pico Electronics патентами GB-1592971/US-4200862, срок действия которых истек в 1998 году. Позднее патентами также были защищены технические решения по реализации входного каскада приемника (патенты GB-2215892/US-5005187) и репитера для трехфазной сети (патент US-4638299). Сроки действия данных патентов также истекли.

Фирмой ACT был защищен патентом US-5491463 модифицированный вариант архитектуры и протокола X10 (см. протокол A10). Срок действия данного патента также истек. Других патентов, определяющих решения платформы X10 и ее модификаций, не обнаружено.

В связи с этими обстоятельствами в настоящее время технические решения платформы X10 и ее улучшенной модификации A10 не имеют ограничений в использовании и могут свободно тиражироваться.

7. ПРОБЛЕМАТИКА

Платформа X10, хотя и пользуется до сих пор огромной популярностью, обладает целым рядом недостатков, к числу которых относятся:

Ограниченность адресного пространства. Протоколы X10 Standard и X10 Extended предусматривают всего 16 адресов зданий и 16 адресов устройств. Этого для больших систем явно недостаточно. Одним из направлений решения данной проблемы является использование в пределах одной системы нескольких адресов зданий, как, например, в модификации протокола RCS bi-directional X10 Protocol. Однако такой подход всего лишь переносит проблему на другой уровень.

Ослабление уровня полезного сигнала. Результатом ослабления является ухудшение соотношения сигнал-шум, что приводит к усилению влияния помех. Источником данной проблемы является емкостная составляющая входного сопротивления подключенных к сети потребителей, в основном вносимая конденсаторами их сетевых фильтров.

Возможность конфликта передатчиков. Обмен в сетях X10 происходит по инициативе передающих устройств, работа которых друг с другом не синхронизирована. В результате возможно наложение пакетов, приводящее к сбоям. Частично, но не кардинально, эта проблема решается процедурами разрешения конфликтов и процедурами подтверждения приема и выполнения команд протокола X10 Extended, однако многие устройства их не поддерживают.

Описанная проблематика весьма актуальна и ей посвящено достаточно большое число исследовательских работ и разработок. Их содержание и результаты являются предметом отдельных обзоров и в настоящей работе не рассматриваются.

8. КРАТКОЕ РЕЗЮМЕ

Платформа X10 по нынешним меркам, безусловно, морально устарела. Более того, в ней ощущается много непродуманного, необоснованного, «радиолюбительского», вследствие чего ее архитектуру можно с полным основанием назвать «корявой», Эта «корявость» является причиной целого ряда недостатков платформы. Попытки улучшить ее привели к появлению различных «заплаток», которые не только не смогли принципиально изменить качество данного продукта, но и придали ему еще большую степень несовершенства.

Тем не менее, несмотря на принципиальные ограничения и недостатки, платформа X10 до сих пор пользуется большой популярностью, что обусловлено, в первую очередь, ее относительной дешевизной, простотой инсталляции, а также большим объемом внедрения на заре домашней автоматизации. Более того, в то время, как ряд производителей снимает X10 с производства, рядом фирм, в т.ч. отечественных, предпринимаются попытки придать X10 «второе дыхание». Возможно, X10 еще не сказала своего последнего слова. Поэтому задачей наших дальнейших исследований будет разобраться с проблематикой X10 и определить, имеет ли данная технология какие-либо скрытые резервы.

Другие статьи проекта «Умный Дом в разрезе», имеющие отношение к теме «платформа X10»:

Источник