платформы нижнего уровня

Платформа X10: средства наладки и диагностики.

: введение : : адаптеры к осциллографам : : детекторы-индикаторы : : детекторы-измерители : : тестеры : : анализаторы : : заключительные замечания :

 

Данная работа является дополнением к предыдущему обзору Платформа X10: борьба с помехами и ослаблением сигнала, где в п.6 был затронут вопрос наладки и диагностики сетей X10. Здесь мы рассмотрим указанную проблематику наладки и диагностики в плане инструментария. Вообще говоря, платформа X10 задумывалась и позиционировалась как простейший конcтруктор, реализующий принцип «plug-and-play», т.е. «врубил и работай». Под «врубил» для каждого устройства подразумевалось выполнение трех элементарных операций - два поворота отверткой головок переключателей для установки адреса дома и адреса устройства и одно втыкание в розетку или в патрон. В крайнем случае, замена стандартного выключателя на выключатель X10. Ну, и немного пошевелить мозгами, чтобы распределить адреса устройств и расписать все это нужным образом на шильдиках.

Все это прекрасно работает с первого включения, если в сети всего пара устройств и они включены в соседние розетки. Проблемы начинаются с ростом числа компонентов, увеличением расстояния между ними, разнесением их по разным фидерам, добавлением устройств с радиоканалом, использованием модифицированных протоколов, подключением верхнего уровня и прочими наворотами. Если в небольшой сети проблемы, связанные с помехами и/или подсадкой сигнала еще как-то можно решить без приборов классическим методом «научного тыка», то при диагностике и наладке сети среднего масштаба уже желательно иметь возможность хотя бы наблюдать на экране электрические сигналы. При инсталляции же и ремонте сложных систем по большому счету нужны еще и инструменты для измерения параметров сигналов, генерации тестовых команд, а также для регистрации и анализа сетевого трафика. В сжатом и наглядном виде перечень задач по отладке и диагностике систем на платформе X10 и используемых для этого технических средств можно отобразить схемой рис.1. Далее рассмотрим инструментальные составляющие этой схемы более детально.

Рис.1 Структура задач и технических средств отладки и диагностики сетей X10

 

 

Посмотреть на сигналы на осциллографе для инженера по электронике - святое дело. Применительно к сети X10 из картинки можно извлечь достаточно много: вид и амплитуду полезного сигнала, его расположение относительно фазы сетевого напряжения, а также наличие помех, их амплитуду и их расположение относительно полезного сигнала. Все это можно сделать с помощью двухлучевого осциллографа, подключив его к силовой сети через несложный адаптер, позволяющий нужным образом выделить и отмасштабировать низкочастотный сигнал фазного напряжения и высокочастотные сигналы X10 и помех.

Простейший адаптер описан в статье X10 Oscilloscope Adapter (автор Phillip E. Kingery, ведущий специалист фирмы ACT). Он содержит (см. рис.2) масштабирующий делитель напряжения R1/R2, выход которого поключается к первому каналу осциллографа, и фильтр верхних частот C1/R3 для выделения высокочастотной составляющей, т.е. сигнала X10 и помехи, выход которого подключается ко второму каналу осциллографа.

Рис.2 Простейший адаптер X10 для осциллографа

 

В статье отмечается, что при использовании такого адаптера важно правильно включить его вилку в розетку, чтобы земля адаптера (и, соответственно, земля осциллографа при использовании открытых входов) была соединена с нейтралью. Это необходимо не только из соображений безопасности, но и для защиты от наводок.

В более продвинутом варианте вместо фильтра верхних частот для выделения полезного сигнала может использоваться полосовой фильтр. Такое решение используется, например, в промышленном адаптере SCOPE-TEST2 фирмы ACT (рис.3), где в качестве полосового фильтра использован полосовой фильтр моста CP000, выпускаемого этой же компанией. Это позволяет убрать из поля зрения помехи, лежащие за пределами полосы пропускания фильтра, и тем самым получить более четкую картину по амплитуде полезного сигнала и его расположению относительно момента перехода через нуль сетевого напряжения, а также по помехам, частота которых близка к частоте полезного сигнала, представляющим наибольшую опасность.

Рис.3 Адаптер SCOPE-TEST2 фирмы ACT и его схема (из документации)

 

Примеры использования данного адаптера с иллюстрациями см. на странице X-10 Signal Strength одного из известных спецов по X10 Дэйва Хьюстона. Вот одна из показательных картинок:

Рис.4 Осциллограмма сигнала X10, полученная с помощью Адаптера SCOPE-TEST2
(с сайта Дэйва Хьюстона)

 

 

Осциллограф позволяет получить объективную картину, но не всегда удобен и доступен. В ряде случаев может быть полезным простейший детектор-индикатор наличия в сети сигнала на частоте X10, например такой, какой предложен в статье Make an X10 Signal Detector на сайте Ido Bar-Tana. Детектор содержит всего четыре элемента - конденсатор, трансформатор, предохранитель и светодиод (рис.5), которые можно смонтировать без печатной платы, например, в обычной электрической вилке. Такой детектор можно носить в кармане, да и пользоваться им удобно - воткнул в розетку и смотри. Трансформатор типа «бинокль» собран на двух полудюймовых тороидальных сердечниках (вполне сгодятся кольца из феррита с проницаемостью 600-2000). Количество витков расчитывается (или подбирается) из соображения достижения в цепи последовательного резонанса на частоте 120 кГц, что должно позволить отфильтровать побочные частоты и повысить на выходе трансформатора амплитуду сигнала. В приведенном примере обмотки трансформатора имеют по 10 витков.

Рис.5 Простейший индикатор сигнала X10 (фото с сайта idobartana.com) и его схема

 

Такой индикатор должен определять как появление полезного сигнала X10 в момент подачи команд (по кратковременной вспышке СИД), так и наличие постоянной помехи на частоте X10 (по постоянному свечению СИД). Однако чувствительность такого детектора навряд ли получится высокой, т.к. с учетом высокой скважности посылок X10 необходимо обеспечить импульсный ток через СИД на уровне 20 mA, что при низких уровнях сигнала X10 может оказаться недостижимым. Однако обнаруживать и индицировать сигналы с амплитудой полвольта-вольт он теоретически вполне способен. А для более продвинутого детектора уже потребуется схема с усилением сигнала.

 

Одним из популярнейших приборов для наладки и диагностики сетей X10 был измеритель сигнала ESM1 Signal Meter (см. рис.6), выпускавшийся фирмой Elk Inc. Например, его успешно использовал Jeff Volp при разработке своего проекта XTB. Сейчас данный прибор уже не производится и в программах поставок дистрибьютеров не фигурирует, но его без проблем можно найти на eBay.

Рис.6 Измеритель сигнал X10 ESM1 фирмы Elk Inc.

 

Прибор детектирует наличие в сети сигнала с частотой 120 кГц +/- 10%, измеряет и отображает на линейном индикаторе его значение (размах) и проводит его валидацию на предмет соответствия параметрам протокола X10, индицируя результат цветом светодиода «X10» (зеленый цвет соответствует валидному трафику, красный - ошибкам). Валидация пакетов X10 осуществляется по формату стартового кода, формату битов адресов и команд (наличию инверсии) и количеству битов в пакете. Реализован на PIC-контроллере со встроенным АЦП.

В связи с прекращением в свое время выпуска ESM1 в нише недорогих, но приемлемых по функционалу приборов образовался вакуум. Для его заполнения компанией JV Digital Engineering Джеффа Вольпа в рамках проекта XTB был разработан измеритель сигнала XTBM X10 Signal Meter и его улучшенная модификация XTBM-Pro X10 Signal Analyzer.

Рис.7 Измерители/анализаторы сигнала XTBM/XTBM Pro.

 

Измеритель XTBM измеряет уровень и частоту сигнала X10, а также уровень и частоту сигнала помехи, в т.ч. в трех окнах: до, во время и после окна передачи сигнала X10. Он также декодирует и отображает последнюю прошедшую по сети команду. Кроме того, данный прибор имеет встроенный передатчик, с помощью которого определяет наличие в сети репитеров и измеряет параметры их сигналов, поэтому его частично можно отнести и к тестерам. XTBM Pro имеет еще более развитые функции и с полным основанием может считаться анализатором сети (собственно, он так и называется), поэтому мы остановимся на нем в соответствующем разделе.

 

Задачей тестера является «прозвонка» сети для оценки качества прохождения сигналов X10. Поэтому тестер представляет собой комплект из двух устройств - передатчика для передачи в сеть тестовых пакетов и приемника для их приема, валидации и измерения уровня сигнала. Наиболее известными приборами в этой категори являются тестовый комплект фирмы X10, включающий передатчик XPTT и приемник XTPR, и его клон фирмы Leviton, включающий передатчик Leviton 6385 Signal Strength Tansmitter и приемник Leviton 6386 Signal Strength Indicator. Схема применения тестера X10 приведена на рис.7.

Рис.8 Схема тестирования сети X10 приборами XPTT/XPTR

 

При подключении передатчика XPTT к розетке он автоматически начинает передавать в сеть последовательность пакетов P1P1-POnPOn-P1P1-PoffPOff, т.е. непрерывно посылать устройству с адресом P1 команды включения/выключения. Величина сигнала на выходе XPTT постоянна и равна 2В p-p (размах), регулировка не предусмотрена. Приемник XPTR настроен только на прием команд, передаваемых передатчиком XPTT. Он включается в тестируемую розетку и запускается нажатием клавиши RESET. Также, как и у измерителя ESM1, уровень (размах) принимаемого сигнала отображается на линейном индикаторе, но с двумя диапазонами измерения (верхний диапазон включается нажатием и удержанием клавиши). В случае обнаружения невалидности принятого пакета зажигается индикатор ERROR. Диапазон измерения уровня сигнала - от 25мВ до 2В. XPTT и XPTR могут также использоваться по отдельности для тестирования других приемников и передатчиков.

Кроме тестовых комплектов, включающих передатчик и приемник, известны и одиночные тестовые передатчики. К таковым относится, например, тестовый передатчик AT001 фирмы ACT. Он, как и XPTT, будучи включен в розетку, начинает непрерывную передачу сигнала, «моргая» индикатором. В отличе от передатчика XPTT он имеет несколько режимов. Во-первых, можно выбрать либо стандартный протокол X10 с размахом сигнала 3В, либо его модификацию A10 с размахом сигнала 6В. Во-вторых, можно выбрать передачу такой же тестовой последовательности пакетов, что и у XPTT, т.е. постоянное чередование команд включения / выключения потребителя с адресом P1, либо только передачу адреса P1 без команды. В первом случае в качестве тестового приемника используется какой-нибудь модуль X10, настраиваемый на адрес P1. Второй вариант удобен при использовании осциллографа, поскольку тестовый пакет получается намного короче.

Наиболее продвинутым и «всенародно любимым» прибором в данной категории является многофункциональный тестер-трансивер AT004 (см. рис.9) той же фирмы ACT. Он занимает уже некое промежуточное положение между тестерами и анализаторами и позволяет не только передавать, но и принимать пакеты.

Рис.9 Тестер AT004 и его клавиатура

 

Также, как и описанный выше тестер AT001, данный тестер позволяет использовать либо стандартный протокол X10 с размахом сигнала 3В, либо его модификацию A10 с размахом сигнала 6В и передавать в сеть последовательность пакетов P1P1-POnPOn-P1P1-PoffPOff. Кроме того, AT004 позволяет генерировать произвольные пакеты, назначая с клавиатуры адреса и команды, в т.ч. расширенные команды с данными, настраивать уровень тестового сигнала с дискретом 33,3мВ, а также передавать пакеты с заданным фазовым сдвигом в диапазоне от 0 до 150 град. В режиме приема AT004 позволяет регистрировать и измерять параметры полезного сигнала, сигнала помехи и информационных пакетов в различных режимах наблюдения. Более подробно см. в эксплуатационной документации A10 Multi-Tester, 120 to 277 VAC Test Transceiver

 

 

 

 

Анализаторы являются многофункциональными приборами и позволяют решать широкий спектр задач, связанных с наладкой и диагностикой сетей X10, и цена их, соответственно, выше. Одни из них могут выполнять свои функции полностью автономно, другие требуют подключения к компьютеру, третьи могут работать в обоих режимах. Рассмотрим наиболее распространенные.

Monterrey Power Line Signal Analyzer

Анализатор MIPLSA фирмы Monterey Instruments Inc. (рис. 10) - один из пионеров среди многофункциональных приборов для измерения сигналов и анализа пакетов в сетях X10. Он позволяет измерять сигнал X10 и сигнал помехи, регистрировать, дешифровывать и проводить валидацию принимаемых пакетов X10 с диагностикой ошибок, а также вести их трассировку с запоминанием в памяти.

Рис.10 Анализатор X10 Monterey MIPLSA

 

Прибор отображает результат на прокручиваемом по горизонтали алфавитно-цифровом индикаторе. Он имеет нескольких режимов, выбираемых нажатием кнопки MODE, в т.ч.

MODE 1. В этом режиме идентифицируется сигнал X10, измеряется его амплитуда и производится валидация пакета с диагностикой ошибок, в т.ч. некорректного стартового кода (BSC), некорректного кода дублированного пакета (BBK, не совпадают дублирующие пакеты или отсутствует инверсия битов в разрядах), некорректной паузы между пакетами (BCY, пауза между пакетами меньше 3-х периодов) и валидности только одного пакета из двух дублированных (Low Case House Code Letter - отображается маленькой буквой адреса здания).

MODE 2. В этом режиме производится измерение уровня сигнала помехи в окне передачи (см. описание протокола X10) на частотах от 110 кГц и выше.

MODE 3. В этом режиме производится побитный анализ пакета с отображением уровня сигнала для каждого бита и его инверсного значения.

MODE 4/5. В этих режимах производится трассировка трафика в сети с запоминанием в памяти до 190 кодов с регистрацией уровня сигнала и времени.

Анализатор распознает коды Preset Dim и коды расширенных команд. Он имеет систему автоматической регулировки усиления (AGC), позволяющую автоматически устанавливать порог чувствительности в диапазоне от 8 до 25 мВ в зависимости от уровня помех. Более подробные сведения - в мануале Power Line Signal Analyzer

TesterLinc 4819

TesterLinc 4819 был разработан фирмой SmartLabs Inc. (разработчик платформы Insteon) на заре ее причастности к OEM-производству платформы X10. В настоящее время данный прибор не выпускается. Его страница на сайте smarthome.com пока доступна - здесь, однако файл документации уже отправлен в архив.

Рис.11 Анализатор TesterLinc 4819 с адаптером PowerLinc 1132B

 

По внешнему виду (см. рис. 11) обнаруживается сходство TesterLinc с описанным выше анализатором MIPLSA фирмы Monterey Inc. Функционал у этих приборов тоже совпадает, однако объем журнала истории у TesterLinc меньше (63 команды), а для подключения к сети ему требуется специальный адаптер PowerLinc 1132B. Подробности в мануале Tester Linc Signal Analyzer.

XTBM Pro System Analyzer

Анализатор XTBM-Pro уже был кратко упомянут в п.4 как улучшенная модификация детектора-измерителя XTBM. Он также, как и XTBM, измеряет уровень и частоту сигналов X10 и помехи, декодирует и отображает последнюю команду и может обнаруживать в сети репитеры и измерять их сигналы. Дополнительно к этому, также как и предыдущие два анализатора, XTBM Pro позволяет проводить побитный анализ пакетов и ведет лог трафика с размером журнала в 100 команд. Кроме того, прибор позволяет отбразить изменение уровня сигнала в логе в виде наглядного графика.

PMIX35 (Programming and Measuring Interface)

PMIX35 - анализатор, разработанный отделением Xanura фирмы HOLEC и выпускаемый в настоящее время фирмой Haibrain. Представляет собой интерфейсный модуль для ПК (рис. 11), работающий под управлением ПО PMIX35 Network Analyzer.

Рис.12 Анализатор PMIX35 и скриншот PMIX35 Network Analyzer

 

PMIX35 имеет широчайший набор функций, позволяющих:

• передавать заданные команды X10, в т.ч. с использованием кнопок быстрого вызова и макросов, а также с заданным уровнем сигнала;
• принимать команды X10 и измерять уровень принимаемого сигнала и помех;
• измерять импеданс сети;
• регистрацию и дешифрацию принимаемых и передаваемых команд с диагностикой ошибок;
• представление диагностической информации о работе сети X10 в наглядном виде.

Кроме того, PMIX35 предназначен также для программирования адресов и параметров модулей A10 Xanura/Marmitek/Haibrain. Документацию на этот анализатор можно скачать с его страницы на сайте производителя.

X10 PTI14 «Птолемей»

Анализатор Птолемей производится компанией Разумный Дом. В автономном режиме данный прибор выполняет все то, что и другие описанные здесь анализаторы, но при этом еще и анализирует трафик радиоканала. Кроме того, возможности анализатора могут быть дополнительно расширены при подключении его к компьютеру. Также, как и PMIX35, он в т.ч. предназначен и для программирования модулей X10.

Комплект анализатора включает модуль PTI14 и ПО RD Control X10 v 3.X.

Рис.13 Анализатор X10 PTI14 «Птолемей» фирмы «Разумный Дом»

 

Marrick LynX-Tools

Lynx-Tools входит в семейство аппаратно-программных средств LynX фирмы Marrick, предназначенных для организации взаимодействия компьютеров и сетей X10. Он содержит интерфейсный модуль LynX 10 PLC и программный пакет LynX-View. Интерфейсный модуль соединяется с портом RS-232 компьютера кабелем и включается в розетку электросети.

Рис.14 Анализатор Marrick LynX-TOOLS (модуль LynX 10 PLC + ПО Lynx-View)

 

LynX-Tools довольно древняя разработка (середина 90-х), но весьма продвинутая даже по современным меркам. Он умеет делать все то, что умеют современные анализаторы: измерять параметры сигнала в полосе 120 +/- 20 кГц (режим SIGNAL MONITOR в правой панели скриншота ПО), проводить валидацию пакетов с диагностикой ошибок (режим X10 PACKET ANALYZER MODE), а также мониторить сетевой трафик с ведением журнала (режим HOST PACKET MONITOR). Его функционал в части мониторинга сигналов предоставляет весьма широкие возможности: он позволяет измерять уровни сигналов как с усреднением на заданном интервале, так и без усреднения, а также отображать их осциллограммы на экране ПК, в т.ч. как с линейной, так и с круговой (в градусах) разверткой. Подробнее см. мануалы LynX-10 PLC Bi-directional X-10 Interface и ПО LynX-TOOL Users Manual.

 

В данном обзоре рассмотрен практически весь набор наиболее популярных иструментов наладки и диагностики сетей X10 разных времен, начиная от рождения платформы. В Сети могут попадаться и другие, менее известные разработки (например, анализатор VK110 от Valkyrie Systems), однако рассмотренных здесь достаточно для обзорного описания полной картины по рассматриваемому предмету. Более глубоко отдельные технические аспекты - схемотехника, алгоритмы и пр. будут при случае рассмотрены в других разделах данного проекта.

Следует отметить, что функционал средств наладки и диагностики сетей X10 устоялся уже к концу 1990-х - началу 2000-х годов. Более поздние разработки были ориентированы уже на более современные системы передачи информации по силовым линиям (PLC - Power Line Communicaton) - UPB, Insteon, Lonworks, KNX и др. При обзоре и анализе данных платформ вопрос совместимости их средств наладки и диагностики с платформой X10 будет приниматься во внимание.

 

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

# платформа X10: общий обзор

# платформа X10: борьба с помехами и ослаблением сигнала

* * * * *

 

 

Опубликовано 18.03.2015. Последнее изменение - нет.

© Janto 2015 Все права защищены