基于KNX總線的智能家居控制系統

任洪海

摘 要：如今，智能家居成為了一個熱詞，我們在生活中經常聽到有人說買了很多智能設備、智能電氣，或者看到有人買小米的智能電器和配合小愛音箱進行隨時隨地的控制，但是什么是智能家居，有人說能夠解放雙手，通過語音控制設備就是智能家居，也有人說智能燈或者智能開關就是智能家居，甚至有人把背景音樂當做智能家居。

智能家居其實是利用先進的計算機技術、網絡布線技術，結合人體工程學加上一些定制化的需求，將家庭中各個組成部分進行智能化的控制，比如：燈的控制、窗簾的控制、紅外報警的控制、家用電器的控制等。從而實現“智能控制”的全新居家體驗。

本文以 KNX 總線技術作為研究對象，重點研究KNX應用在在哪些方面，在不同的地方所起到的作用，改變原有的控制方式，節省時間、布線簡單，在給用戶提供需求的時候節約資源。

關鍵詞：智能家居;KNX;控制系統

1.引言：

在智能家居中，最重要也是最核心的就是中央處理系統，也就是系統的集成能力，它可以將我們的窗簾模塊、燈光模塊、安防模塊、音樂模塊等完美的結合在一起。在這個過程中就需要制定一個標準，這個標準主要由系統的開放性決定的。也就是說需要找到一個大家都認可的語言環境，在這個語言下進行控制，這就是控制協議。我們在學習自動控制技術中學到“現場總線技術”，我們稱之為 Field Bus。這種自動的控制技術需要將智能的控制要求進行“本地化”“模塊化”，從而使得各個控制器和傳感器之間都有各自獨立的運算處理能力，有中樞系統進行統一的調配，從而達到最佳的控制要求。

2.KNX系統

（1）KNX系統簡介

KNX 總線是在應用的領域以及供應商以外獨立存在的。我們將所有需要控制的設備與KNX總線系統進行關聯（主要是射頻、電力線等介質），總線的設備既包括傳感器還包括控制器，可以用來控制智能家居中的燈、窗簾、家用電器、報警系統、監控系統等設備。

KNX是唯一的全球公認的控制準則。在該系統下，系統整個允可以有15個區域，也就是有15條總線區域，而每個區域的總線還可以連接15條的總線，這15條總線都可以連接不同的設備，彼此既有不同又有聯系，每個設備是通過變壓器來提供電力，通過不同的隔離器來分開。每個設備都有各自的物理地址，通過總線進行通訊，可以由控制器或者傳感器來傳遞命令，傳遞給不同的物理地址，從而傳遞給需要控制的設備上。

（2）KNX 的發展

a? 已安裝數百萬個產品。

b已注冊 KNX 和獲得認證的產品數達數千個（含老的解決方案）。

c KNX 會員數超過 200 家。

d 認證培訓中心的數量超過 150 個。

e 個歐洲測試中心。

f 已經設施的項目達數萬個。

（3）KNX 的優勢

a 安全性更高。

b 樓宇更加節能。

c 電氣設施調整簡便，輕松適用用戶需求的變化。

d 方便程度更高。

e 設施具備高投資保護性。

f 支持眾多制造商豐富的成品組件。

g 強大的服務網絡，可以為承建商/規劃者/集成商提供專業服務。

3.KNX 在智能家居中的應用

在該領域內，KNX 技術作為新興的技術為我們的生活帶來了更高的品質。KNX系統主要由各種傳感器、執行器和系統元件三大部分組成，主要應用于智能照明、電動窗簾、紅外遠程監控、以及其他智能控制中。其控制方式多種多樣， 例如各種智能面板控制、人體感應控制、光線感應控制、溫度感應控制電話遙控、定時控制、遠程網絡控制等。

KNX 在智能家居中最重要的是以下兩個：

（1）燈光照明控制

對于不同場合、不同時間的照明，我們可以利用KNX智能按鍵的面板進行設置，通過應用軟件對相應的調光模塊進行控制，比如我們可以設置晚上7點開燈、早上7點關燈，燈光的亮度也可以調節。從而非常快捷的對室內各種燈泡、鹵素燈、LED燈等進行控制。對于不同的場景，我們也能進行設置，我們可以設置回家模式、會客模式、晚餐模式、休息模式等。同時，我們還可以利用各種人體傳感器進行燈光控制，如：有人經過時燈亮，沒人經過時燈滅，這種情況就比較方便我們在家晚上去廁所找不到燈的開關的情況。或者我們可以利用電話控制等實現對家庭燈光的控制。因此，對于燈的控制多種多樣，我們要根據不同的場景或者不同的時間結合用戶的需求進行控制。

（2）電動窗簾控制

我們在家總是對拉窗簾或者關窗簾感到麻煩，我們也在網上看到過很多智能的窗簾能夠用手機進行控制，對于KNX系統來說，窗簾的控制也是很重要的一部分，對于窗簾的開和關其實原理很簡單，就是電動機的正轉和反轉，我們可以利用 KNX /RS-232 轉換接口連接電動窗驅動模塊逐一對窗簾電機進行單向控制。控制指令通過軟件可以下載到我們所需硬件的內部，通過KNX不同的指令來實現窗簾的開和關。對于我們常見的百葉窗我們還能利用KNX來實現百葉窗的角度控制或者是遮光柵的升降，同時結合放到戶外的傳感器來開或關窗簾。

（3）紅外報警控制

在家庭中，對于低樓層的用戶我們發現這些家庭中會安裝紅外報警系統，當有人從窗戶私自進入家里時會報警。對于KNX系統中的紅外控制其實不僅局限于報警系統，我們也可以設置有人來時燈亮，當然我們主要是應用于報警系統，通過安裝相應的傳感器，利用軟件進行必要的設置可以滿足不同用戶的需要，從而實現定制化的服務。

4.系統硬件設計與選擇

針對以 KNX 為核心智能家居控制系統，其結構如圖，我們可以看出，該控制模塊主要由電源模塊、開關模塊、調光模塊、智能面板、感應模塊等相關部分構成。系統上的所有元件，可以一對一的獨立工作，也可以相互組合工作。 例如 KNX 傳感器向外發出的數據包，在總線上的每個元件都可以接收到，但是只有目標地址與自己的地址匹配時，其元件才會進行相應的指令。當然，有些額外的功能也是可以的。

5.ETS4軟件

ETS4 軟件是KNX系統控制的核心部分之一，我們在獲得相應服務時只能通過KNX網上商城獲得，從網上下載并完成已下載文件的解壓、獲得安裝程序 ETS4Setup.exe 之后就可以開始安裝過程。安裝結束之后，使用桌面上的圖標 或者在新建 KNX 程序組中可以啟動 ETS。啟動界面如下：ETS僅能通過互聯網上的KNX網上商城從KNX協會獲得。從互聯網下載并完成已下載文件的解壓、獲得安裝程序ETS4Setup.exe之后就可以開始安裝過程。安裝結束之后，使用桌面上的圖標或者在新建KN程序組中可以啟動ETS。

6.總結

本文提到的控制系統，雖然目前成本較高，但是前景廣闊，在今后的智能家居中會發揮很大作用。我們可以根據各自的需要，通過手機、電腦、攝像頭、觸摸屏等進行操作，使得操作的管理上非常便捷，同時，我們還可以設置各種各樣的控制模式，類似于現在的智能手機有老年模式、省電模式等對KNX進行模式的設置，如回家模式、離家模式、省點模式、晚飯模式、睡覺模式等，極大的滿足生活品質的需要。

參考文獻：

[1]夏長鳳.基于 KNX 總線智能家居控制系統的設計[J].電氣自動化.2016，01 87-90.

[2]謝永華.KNX 在智能家居中的應用[J]..儀表技術.2015，09. 47-50.