基于HBS的分布式智能照明及安防系统的研制

摘 要： 介绍了基于HBS(Home Bus System)协议的分布式智能照明及安防系统，并详细描述了系统各部分的硬件结构和软件设计思想，简单地介绍了HBS协议。
关键词： 智能 照明 载波 调光

自从1983年座带有智能化观念的建筑物在美国落成以来，智能化已经成为当今建筑物发展的主流技术，涵盖了从空调系统、消防报警系统到综合保安管理系统(包括闭路监控、保安巡更、防盗报警、门禁系统)以及完善的计算机网络和通信系统。目前，绝大多数建筑物仍然沿用传统的照明控制方式。部分智能大厦采用楼宇自控(BA)系统来监控照明，但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能，无法用调光、场景控制等功能来灵活自如地管理照明设备。
就照明系统而言，它不仅要通过控制照明光源的发光时间、亮度来满足不同应用场合的需求，而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以适应未来照明布局和控制方式变更的要求。笔者研制的基于HBS协议的分布式智能照明系统可以满足以上要求。

HBS协议规定了如何通过双绞线或同轴电缆实现家庭电器、电话、音频－视频装置的互连，着眼于家用电器的综合自动化。同时，HBS协议也考虑了如何在家庭内获得远程服务，如在家购物、远程医疗和远程教学等。协议主要用于电器开关量以及简单模拟量的控制，采用专用总线，具有抗干扰强、响应速度快、开发成本及风险较低的特点。

主控器 是系统的控制者，负责总线上信号的仲裁和传递，同时负责总线的供电。它是系统中的部件，每个系统必须有一个主控单元。
控制器 是系统信息的输入通道，控制指令由用户或传感器经它发出，控制指令执行的结果也在控制器上显示。目前控制器基本上以按键的形式出现，包括普通开关(Switch)(有单键、双键、三键以及四键几种规格)、调光开关(Dimmer Switch)、电机开关(Motor Switch)、无线接收器(Wireless Receiver)和主控开关(Master Switch)(16~40键)几种类型。另外还有电话模块，实现远程监控。其中无线接收器的功能是将无线遥控按键发出的信号转发到总线上。此外，传感器单元也归入控制器部分，不同类型的传感器单元有着不同的触发条件，一旦触发条件满足，传感器单元自动发出控制指令。
执行器 是具体的驱动单元，系统的信息输出通道，它根据控制指令去驱动具体的对象，如灯、电源开关、警灯、警铃等。目前系统中包括开关驱动器(有单通道、双通道、四通道几种规格，负责开关类对象的驱动，如灯、电源插座、电器等)、调光驱动器、报警驱动器等几种类型。
系统主要功能有：
·一对一控制：一处的开关控制一处灯光
·一对多控制：一处的开关同时控制多处灯光
·多对一控制：多处的开关控制一处灯光
·场景控制：一个开关让多处灯光达到预设的状态
·定时控制：提供开启保持和关闭延时功能
·状态显示：开关面板上可以观察到所控灯光的状态
·红外遥控：通过红外遥控器操作灯光
·安全监控：防盗、煤气泄漏、防火报警通过电话远程监控(语音提示)
系统主要技术指标为：
·网络结点间通讯距离600米
·通讯速度4800比特／秒
·网络通讯节点数多256点
·网络节点可编程可记录
·具有软件校验错误功能
·供电电压：直流24V

程序总体上分命令层处理、链路层收发、数据处理等几个模块。其中链路层收发模块负责将主控器发出的命令组成数据帧后发出，以及接收来自执行器和控制器的响应和命令，并将其送给命令层处理。命令层负责系统静态扫描和动态扫描的处理，以及系统状态的维护。
程序中的数据分两块：动态数据和静态数据。其中静态数据是放在EEPROM中的，内容是地址包含关系，如组地址和场景地址包含了哪些单独或调光地址。这些内容是用户设定的控制关系，在系统断电后也能保持。动态数据放在RAM中，它又划分成两块，一块记录系统运行时各个地址的状态，可以通过运行时的查询动态填写；另一块是静态数据的镜像，在主控器上电启动时，从EEPROM中读出填写入RAM，供程序运行时查询控制关系。系统的控制关系可以在运行中动态修改，所有的修改先写入动态数据区，当用户修改完毕，则将动态数据区的这块镜像重新写回静态数据区，从而新的控制关系被保存了下来。

基于HBS协议的分布式智能照明及安防系统采用红外编址技术，能任意组合控制功能，操作简单，界面直观；采用24V直流载波总线技术，使得系统安装方便，成本较低；采用强弱电隔离保护技术，确保强电故障不会波及控制系统，提高了系统的可靠性；采用低功耗的控制技术，有利于延长系统的使用寿命，降低用户的运行费用；而且总线通讯技术可靠，并可加挂各类功能扩展模块，例如通过基于PSTN的电话接入模块实现远程监控。