[ X ]

 

 

платформы нижнего уровня

Платформа X10: общий обзор

 

1. Общие сведения

X10 - исторически первая платформа домашней автоматизации. Она была разработана в конце 1970-х годов и предназначалась для дистанционного управления домашними электроприборами с использованием в качестве основной среды передачи управляющих сигналов стандартной силовой электропроводки. Ее разработчиком является фирма Pico Electronics Ltd из Великобритании, впоследствии учредившая (в партнерстве с компанией BSR - British Sound Reproduction) для развития, производства и продвижения платформы компанию X10 Ltd в Гонконге и компанию X10 (USA) Inc. в США (впоследствии X10 Wireless Tecnology Inc.). Торговая марка корпорации X10 - PowerHouse. Интернет-сайт для ее продвижения X10.com был запущен в 1996 году и имел зашкаливающую популярность.

 

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.

 

Платформа включает достаточно широкую номенклатуру коммутирующих устройств, в т.ч. с функциями регулирования тока - патронов, розеток, выключателей, широкую гамму различных панелей и пультов управления, датчики присутствия и перемещения, различные сетевые аксессуары - фильтры, мосты, репитеры (ретрансляторы) сигналов, адаптеры для подключения сети X10 к компьютерам и пр.

Компоненты первого поколения платформы X10

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

Протокол платформы X10 не имеет официальной спецификации и является «стандартом де-факто». Изначально в основных принципиальных чертах он был определен патентом Великобританиии GB-1592971, а впоследствии нашел отражение и был детализирован в документации на компоненты - см., например, The X-10 Power Line Interface PL513 and TW523 или The X-10 Power Line Interface PSC04 and PSC05. Достаточно обстоятельное и грамотное пояснение к протоколу X10 можно найти на сайте Home toys. Кроме того, существует много перепечаток и компиляций на основе документации на PL513/TW523, зачастую неполных и некорректных. В полном же объеме единого выверенного документа по протоколу X10, однозначно и подробно регламентирующего все его аспекты, не было и нет, поэтому при написании данного обзора были использованы, сопоставлены и сведены воедино сведения из множества различных источников.

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.

Основной средой передачи платформы X10 является стандартная силовая электроводка - PLC (power line carrier), однако в некоторых компонентах используются радио- и ИК- каналы. Рассмотрим протокол X10 для каждой среды отдельно.

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).

окна приема и передачи протокола X10

Рис.2 Окна приема и передачи протокола X10

 

Здесь:

 

Тс/2 - длительность полупериода сетевого напряжения (для 50 гц - 10 мс, для 60 гц - 8,667 мс);

Тзпрд - время задержки начала передачи посылки относительно момента пересечения фазным напряженияем нуля. Во многих источниках указывается максимально-допустимое значение 200 мкс. Документацией на интерфейсные модули (см. выше) регламентируется на уровне не более 50 мкс от фронта сигнала обнаружения пересечения нуля, задержка которого относительно истиного момента пересечения нуля гарантируется не более 100 мкс, т.е. в сумме не более 150 мкс.

Тпрд - длительность окна передачи. Практически во всех источниках регламентированое значение равно 1 мс. Иногда указывается допуск +100/-50 мкс.

Тзпр - смещение окна приема относительно момента пересечения фазным напряженияем нуля. В некоторых источниках регламентируется на уровне 200 - 250 мкс. В первичном патенте равно 260 мкс от момента обнаружения схемой пересечения нуля (см. fig.20 патента). В упомянутой документации на интерфейсные модули равно 200 мкс от фронта сигнала обнаружения пересечения нуля (100 мкс - см. выше), т.е. в сумме не более 300 мкс.

Тпр - длительность окна приема. В некоторых источниках регламентируется на уровне 800 мкс. В первичном патенте равна 630 мкс (см. fig.20 патента).

Частота ВЧ-сигнала посылок - 120 кгц. Документацией на интерфейсные модули на нее установлен допуск +/- 2 кгц. В описании к первичному патенту указан диапазон 120 - 130 кгц и использован RC-генератор (см. fig.4 патента). Оговоренная в документации амлитуда сигнала на выходе передатчика равна 5В p-p (peak-to-peak - от пика до пика, т.е. размах). Минимально-допустимая амплитуда на входе приемника прямо нигде не регламентируется, но в патенте и некоторых обзорных материалах упоминается 100 мВ p-p.

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.

 

Такой формат кодирования соответствует фазовой манипуляции кода Манчестер-2. С этой точки зрения удобнее было бы приведенные выше определения единицы и нуля считать определениями высокого (H - High) и низкого (L - Low) уровней некоего сигнала. Тогда единица, передаваемая за два полупериода, будет определяться как H-L, нуль - как L-H, а стартовый код - как H-H-H-L.

 

Кодовые посылки объединяются в пакеты (называемые также фреймами или кадрами). Передача стандартного одиночного пакета X10 занимает 11 периодов и включает (рис. 3):

  • стартовый код - 2 периода;
  • код (адрес) здания - 4 периода (4 бита/16 адресов);
  • код (адрес) устройства / код команды - 5 периодов (5 битов/16 адресов/16команд).

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).

формат стандартного одиночного пакета X10

Рис.3 Формат стандартного одиночного пакета X10

 

Надо сказать, что система кодирования и обозначения разрядов кодовых последовательностей X10 не соответствует общепринятым стандартам. Так, для обозначения разрядов двоичного кода используется шифр, где в первой позиции стоит буква, обозначающая назначение кода, т.е. H или D, а во второй - цифра, соответствующая максимальному десятичному значению позиции разряда при условии, что код начинается с младшего разряда. Т.о. H1/D1 соответствуют младшему (нулевому) разряду в общепринятой терминологии, H8/D8 - четвертому, а D16 - пятому. Еще большую путаницу вносят коды команд, которые, если отбросить бит D16, начинаются с 0000 и последовательно возрастают до 1111, как это принято в двоичном счислении.

 

Каждый одиночный пакет X10 для повышения достоверности передачи/приема команд и данных обязательно дублируется, т.е. передается два раза подряд, без интервала. В то же время, между дублированными пакетами предусматривается интервал, который должен быть не менее 3-х периодов напряжения питающей сети. Исключение составляют дублированные пакеты команд регулирования яркости (Dim/Bright), которые передаются непрерывно без интервала между ними, пока нажата соответствующая кнопка. Таким образом, полный цикл передачи обычной (не расширенной и не групповой) команды с заданным адресом получателя занимает 11х2+3+11х2 = 47 периодов, т.е. чуть меньше одной секунды. Цикл передачи расширенной команды увеличивается на 2х8хN периодов, где N - число добавляемых байтов. Групповые команды адресуются всем устройствам, поэтому по логике адресный пакет им не требуется (хотя об этом прямо ни в патенте, ни в документации и не говорится), поэтому длительность цикла передачи должна составлять 11х2=22 периода.

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.

 

коды адресов
зданий
коды адресов
устройств
коды команд
адрескод
(H1→H8)
адрескод
(D1→D16)
командакод
(D1→D16)
A01100101100All Units Off (выключить все приборы)00001
B11100211100All Lights On (включить все освещение)00011
C00100300100On (включить)00101
D10100410100Off (выключить)00111
E00010500010Dim (убавить яркость)01001
F10010610010Bright (прибавить яркость)01011
G01010701010All Lights Off (выключить все освещение)01101
H11010811010Extended code (расширенный код)01111
I01110901110Hail Request (запрос отклика)10001
J11111011110Hail Acknowlege (передача отклика)10011
K00111100110Pre-Set Dim 1 (установить уровень 1)10101
L10111210110Pre-Set Dim 2 (установить уровень 2)10111
M00001300000Extended Data (расширенные данные)11001
N10001410000Status=On (состояние «включено»)11011
O01001501000Status=Off(состояние «выключено»)11101
P11001611000Status Request (запрос состояния)11111
 

 

Рассмотрим назначение и использование команд.

All units Off - выключить все приборы. Данная команда является групповой и позволяет нажатием одной кнопки перевести в состояние «выключено» все устройства с заданным адресом здания, которые поддерживают эту команду.

All Lights On/Off - включить/выключить все освещение. Данные команды тоже являются групповыми и позволяют нажатием одной кнопки перевести в состояние «включено» или «выключено» все устройства с заданным адресом здания, которые предназначены для управления осветительными приборами и поддерживают эти команды.

On/Off - включить/выключить. Переводит в состояние «включено»/«выключено» прибор с заданным адресом.

Dim/Bright - убавить/прибавить яркость. Эти команды предназначены для управления диммерами - устройствами для регулирования мощности нагрузки, в первую очередь диммерами осветительных приборов (поэтому и используется термин «яркость»). Подача команды эквивалентна нажатию кнопки диммера, включающей постепенное изменение (уменьшение или увеличение) мощности, т.е. команда повторяется до тех пор, пока не будет отпущена кнопка пульта управления, о чем говорилось при рассмотрении структуры пакетов X10. Дискрет (шаг) изменения яркости одной посылкой и полный диапазон регулирования различен для различных устройств. Так, например, для изменения яркости в полном диапазоне модулю LM465 необходима 21 посылка, а модулю LM14A - 17 посылок.

Pre-Set Dim 1/2 - команды включения одним нажатием заданного уровня яркости, т.е. без удержания кнопки. Адресуемое устройство должно поддерживать данную команду. При этом уровень яркости определяется кодом D8-H1-H2-H4-H8, т.е. для кодирования используется один бит самой команды и 4 бита, предназначенные для кодирования адреса здания. Команда позволяет задавать 32 (25) предустановленных уровня яркости. Для уменьшения влияния на уровень яркости однобитовых ошибок приема-передачи применена нелинейная схема кодирования, описанная здесь

Extended Code/Data - расширенный код/данные. Команда позволяет расширять набор команд и передавать данные путем добавления без интервала дополнительных байтов для устройств, которые поддерживают данные команды.

Hail Request/Acknowlege - запрос/отправка отклика. Технологическая команда для определения наличия в сети с заданным адресом здания других передающих устройств. Используется при наладке для проверки занятости адресного пространства системами X10 других зданий.

Status Request - запрос статуса. Команда для запроса состояния коммутирующего устройства.

Status On/Off - статус: включено/выключено. Является ответом на команду запроса статуса устройства.

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:

 

1. X10 Extended - расширенный формат команд протокола X10, частично определенный документом Standard and Extended X10 Code Protocol (от 22.09.1993 г. с изменениями от 11.20.94, 07.12.96, 12.18.96, 04.02.97, 07.22.97, 05.07.98), ранее размещавшимся на FTP - сервере фирмы X10-USA (см. также текстовую версию).

 

Внимание! В редакции X10 Extended обозначение разрядов D1 - D8 изменилось на противоположное, чтобы, очевидно, привести их порядок их расположения в соответствие с общепринятым в двоичной математике. Местоположение D16 осталось без изменений - очевидно потому, что данный разряд является признаком адреса/команды и в код самой команды не входит.

 

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:

1110XXXX01111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
стартовый
код
адрес
здания
команда
Extended Code 1
адрес
устройства
байт
данных
байт
команды

Если в X10 Standard код адреса здания повторяется дважды - в пакете с кодом адреса устройства и в пакете с кодом команды, то в данном формате только один раз, т.е. адреса и команда передаются одним пакетом. Кроме того, код адреса устройства не содержит бита признака адреса.

Байт кода рабочей команды состоит из двух частей: кода типа команды (старшие 4 бита) и кода функции (младшие 4 бита). Всего для Extended Code 1 было предусмотрено 6 типов рабочих команд, в т.ч.:

  • тип 0 - для управления ставнями и жалюзи;
  • тип 1 - для работы с датчиками;
  • тип 2 - зарезервирован для функций безопасности;
  • тип 3 - для работы с коммутирующими устройствами;
  • тип 4 - для безопасной адресации команд типа 3;
  • тип 5 - для безопасной адресации к группам устройств

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.

Регламентирована процедура доступа к магистрали - Access Protocol, направленная на снижение вероятности возникновения конфликтов в сети X10, в т.ч. включающая прослушивание магистрали перед началом передачи, инициацию передачи со случайными задержками относительно обнаруженных сигналов других передатчиков, прослушивание магистрали передатчиком в интервалах «передачи» им нулей и прекращение текущего цикла обмена и инициацию нового в случае обнаружения в этих интервалах сигналов других передатчиков (подробнее см. в конце того же документа).

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.

 

2. A10 - модификация протокола X10 Extended, разработанная американской компанией Advance Control Technologies Inc. Архитектурные решения протокола A10 и устройств, его реализующих, определены патентом US-5491463. Официальная спецификация на А10, также, как и на X10, не издавалась. Архитектура A10 позволяет существенно расширить адресное пространство (с 256 до 4096 устройств), снизить вероятность сбоев, конфликтов и потери целостности данных, а также реализовать ряд важных технологических функций. Она реализована в полном объеме только в устройствах компании - разработчика (см. ниже). Протокол A10 полностью совместим с протоколом X10, т.е. разрешает совместное использование тех и других устройств. Подробное описание архитектуры и протокола A10 в настоящем обзоре не представляется возможным, тем более, что информации о его использовании в полном объеме кем-нибудь, кроме самого разработчика, не обнаружено.

Более известной и распространенной является упрощенная модификация протокола A10, использованная компанией Holec для своих X10-совместимых модулей линейки Xanura (впоследствии Marmitek/Haibrain, см. ниже). Из исходных параметров в версию A10 Xanura перекочевали только более жесткие требования к чувствительности приемников (15 - 50 мВ против 100 мВ) и размаху напряжения передатчиков (6В против 5В), обязательное наличие функции подтверждения приема команд, процедуры, направленные на повышение надежности доставки команд и технологические решения. Во избежание путаницы далее исходный протокол будет именоваться A10 ACT, а его упрощенная модификация - A10 Xanura.

 

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.

 

3. Micro-Dim/Micro-Bright - команды регулирования яркости с уменьшенным шагом, используемые в ряде модулей. В качестве кодов этих команд используются либо коды команд Dim/Brihgt, но передаваемые не непрерывно, а с интервалом в три периода (в модулях LM465, LM14A и др.), либо коды команд Hail Request/Hail Acknowledge (в модулях фирмы PCS). Дополнительную информацию см. здесь: Dim/Bright vs. Micro-Dim/Micro-Bright Commands.

 

4. RCS bi-directional X10 Protocol - двунаправленный модифицированный протокол X10 для термостатов фирмы Residental Control Systems Inc. (см. Model TXB16 Thermostat X10 Protocol Manual). Термостатам этой фирмы для задания и мониторинга режимов работы и для обмена данными с внешними датчиками требуется большое число команд и констант, поэтому код адреса устройства пакета X10 используется в качестве префикса команд On/Off, формируя таким образом 32 новые команды, а также в качестве префикса команд Pre-Set Dim 1/2 (вместо кода адреса здания, как это предусмотрено в стандартном X10) с использованием их по новому назначению. Также по новому назначению используются и команды All Lights On/Off. Данный набор внешних команд используется для формирования внутренних команд с помощью таблиц декодирования. Кроме того, предусмотрен развитый двунаправленный обмен, в т.ч. подтверждение приема и исполнения команды, эхо-ответ и запрос-ответ по различным статусным параметрам.

 

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.

Для ИК-пультов в сетях X10 используется протокол X10-IR. Официальные спецификации, в т.ч. в документации на модули и пульты ДУ на него отсутствуют. На момент написания данного обзора единственным доступным в Сети документом, описывающим формат пакетов X10 IR, оказалась краткая справка на сайте известного специалиста по X10 Дэйва Хьюстона (Dave Houston) X10 IR Protocol. Согласно этому документу в качестве несущей используется ИК-сигнал, модулированный частотой 40 кгц. Формат пакета (см. рис. 4) предусматривает наличие стартового (START) и стопового (STOP) импульсов, кодирование битов длительностью импульса и их дублирование инверсными значениями. Длительность стартового импульса и импульса логической единицы - 4 мс, логического нуля - 1,2 мс, стопового импульса - 12 мс. Импульсы следуют с интервалом 8 мс относительно их переднего фронта.

формат пакета базовой версии протокола X10-IR

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.

Протокол X10-RF используется для беспроводных датчиков, а также для стационарных и ручных пультов ДУ. Также, как и в случае с X10-IR, официальные документы по данной версии протокола не были обнаружены, но на сайте все того же Дэйва Хьюстона нашелся краткий документ X10 RF Protocol, описывающий, хотя и весьма поверхностно, формат пакетов X10-RF. Кроме того, на сайте, посвященном модулю CM19A, нашелся документ X10 Radio Frequency (RF) Transmission Theory, а на персональном сайте инженера NASA Эдварда Чеунга - документ Data format for X-10 wireless units. Наиболее полный и адекватный документ X10 RF Receiver был найден на непрофильном для X10 сайте printcapture.com. В соответствии с данными источниками за основу для X10-RF взят протокол фирмы NEC для ИК-пультов ПДУ, реализуемый микросхемой NEC µPD5120, которая была использована для первого X10-RF пульта KC674. Формат пакета X10-RF приведен на рис. 5.

формат пакета протокола X10-RF

Рис.5 Формат пакета протокола X10-RF

 

Пакет начинается со стартового импульса длительностью 9 мс с последующей паузой длительностью 4,5 мс. Далее следуют 4 информационных байта, значения битов которых определяются интервалами между передними фронтами импульсов длительностью 0,4 мс, в т.ч. биту «1» соответствует интервал 2,25мс, а биту «0» - 1,125 мс. Первый байт предназначен для адреса здания, третий - для адреса устройства и кода команды. Второй байт является инверсной копией первого, четвертый - инверсной копией третьего. В связи с этим длина пакета является постоянной и не зависит от значений байтов. В конце пакета предусмотрен стоповый импульс длительностью 0,4 мс, а между пакетами - пауза длительностью 40 мс. Частота несущей лежит в диапазоне 310 - 434 мггц и определяется лицензионной политикой региона. Таблицы кодирования адресов и команд приведены в двух последних из указанных выше документов.

 

 

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.

микросхема 78570 (приемник) в составе модуля AM486

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

микросхема 78542 (передатчик) в составе панели управления HR12A

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.

PIС-контроллер в составе модуля TM751

Рис.8 PIС-контроллер в составе модуля TM751

 

В начале 1990-х годов фирмой Micromint Chips была разработана специализированная микросхема PLIX - Power Line Interface for X-10, также предназначенная для реализации протокола X10 и выполняющая примерно те же функции, что и микросхемы серии 785ХХ или PIC-контроллер, но ориентированная, в первую очередь, на использование совместно с модулями приемников PL513/PSC05 и приемопередатчиков TW523/PSC04 в составе модулей X10 OEM-разработчиков (см. следующий раздел). Микросхема выпускается в двух модификациях: с параллельным портом - PLIX и с последовательным портом - Serial PLIX. Обе модификации присутствуют в списке поставляемых изделий на сайте разработчика (цена 24$) и для них разработаны рекомендации по применению. Однако схем модулей X10 с их использованием не обнаружено.

Схема включения микросхемы PLIX

Рис.9 Схема включения микросхемы PLIX

 

 

4. Компоненты и производители

Номенклатура и харакетристики модулей первых поколений, разработанных еще самой фирмой X10, приведены на сайте X10.com. Она включает линейки X10 Power House, X10 Active Home и X10 Pro. В их состав входят стандартные для систем смартхауса изделия: выключатели, управляемые розетки, патроны и другие устройства управления различными нагрузками, в т.ч. с функциями диммирования; настенные, настольные и ручные панели и пульты дистанционного управления; датчики, термостаты, таймеры, сигнализаторы и пр.; вспомогательные устройства для организации сети X10 - интерфейсные модули, фильтры, адаптеры, и т.д. и пр. Модули этих линеек активно предлагаются к продаже и по сей день.

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

 

Holec - нидерладндское отделение компании Eaton Electric, в свою очередь являющейся отделением электрических систем гиганта аэрокосмической отрасли корпорации Eaton. Разрабатало и выпускало линейку X10-совместимых устройств Xanura, использовавших свою версию протокола X10 - А10 Xanura (см. A10), ориентированную на повышенную помехоустойчивость и надежность срабатывания. Последнее поколение устройств Xanura имело микромодульное исполнение с возможностью встраивания в электроарматуру, а также электрически программируемый адрес, и пользовалось большой популярностью в Европе. В 2009 году подразделение Xanura было продано крупнейшему дистрибьютеру и OEM-производителю X10 нидерландской компании Marmitek (см. ниже).

Микромодуль Xanura (позднее Marmitek/Haibrain)

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

Следует отметить, что в номенклатуре X10 от Marmitek/Haibrain появилось много новых современных устройств, например, 10" сенсорные экраны EasyTouch Panel10, WiFi-X10 адаптеры TIP10RF - IP to X10 RF transceiver, подключаемые к порту домашнего интернет-роутера и позволяющие взаимодействоать с устройствами X10 с планшета или смартфона и др., что свидетельствует о том, что платформа X10 живет и развивается. Информацию по модулям предыдущего поколения, выпускавшимся под брендом Marmitek, можно найти на сайтах многочисленных дилеров, дистрибьютеров и архивов технической документации по X10 (см. ниже).

Новые интерфейсные компоненты X10 Haibrain

Рис.11 Новые интерфейсные компоненты X10 Haibrain

 

ACT - Advance Control Technologies Inc. (www.act-solutions.com) - американская компания, родоначальник протокола A10, присутствует на рынке с начала 90-х годов по настоящее время. Разработала и выпускает достаточно широкую номенклатуру модулей для различных силовых сетей - см. Powerline Installation and Specification Matrix. Продукция ACT представлена, преимущественно, на североамериканском континенте. В номенклатуре поставок европейских дистрибьютеров фигурирует в ограниченном объеме. Модули ACT поддерживают стандарт А10 в полном объеме, включая расширенную адресацию, при это полностью совместимы со стандартом X10 Extended.

 

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.

Модули A10 фирмы ACT

Рис.12 Модули A10 фирмы ACT

 

Разумный Дом (www.razumdom.ru) - отечественная компания, вышедшая на рынок комплектующих для смарт-хауса в середине 2000-х годов. Разрабатывает и производит модули для различных платформ, в т.ч. и для X10 - см. Оборудование Х10 (RD). Модули X10 (RD) выпускаются в двух конструктивных модификациях - для установки на DIN-рейку и для монтажа в электроарматуру, конструктив которых весьма напоминает конструктив модулей Xanura/Haibrain, и так же расчитаны на установку в электроарматуру. Кроме того, их адреса также электрически программируются, а параметры чувствительности по входу находятся на уровне требования стандарта A10. Все это позволяет считать модули X10 (RD) близким аналогами модулей A10 Xanura/Haibrain.

Модули X10 (RD) фирмы Разумный Дом

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

 

Taiyito Technology Co Ltd. (www.taiyito.com). Эта компания выпускала достаточно широкую номенклатуру X10 - совместимых устройств серии TDXE, в т.ч. оригинальные выключатели-панели с сенсорным эраном, контроллеры, а также встраиваемые в арматуру микромодули, предположительно являющиеся клонами микромодулей Xanura. Однако на момент опубликования данного обзора выпуск устройств стандарта X10 фирмой Taiyito был уже прекращен.

X10-совместимые устройства серии TDXE фирмы Taiyito Technology

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

 

Некоторые фирмы выпускают устройства для других протоколов, которые могут работать и с протоколом X10. Например, разработчик и производитель платформы Insteon фирма SmartLabs Inc. выпускает небольшую линейку X10-совместимых устройств Insteon XXXX Linc (см. IO Linc). Сюда также можно отнести и фирму Ebode Electronisc, выпускающую беспроводные устройства для домашней автоматизации ( см. Automation - Home Made Smart), ряд которых дополнительно поддерживает протокол X10 для силовой сети.

Кроме того, некоторые компании - производители бытовой техники предусматривали совместимость своих устройств с протоколом X10. К наиболее известным в этой части можно отнести RCS Technology (бывшая Residential Control Systems Inc.) - разработчика и производителя линейки термостатов X10 Thermostats, для которых была разработана специальная версия протокола RCS bi-directional X10 Protocol. Сюда же можно отнести и лидера в области систем ИК-управления A/V контентом компанию Xantech, выпускающую комплекс дистанционного управления IR-X10, позволяющий в т.ч. интегрировать системы X10 с мультирумом (см. Application Daigram).

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.

С номенклатурой и характеристиками устройств X10 различных производителей можно также ознакомиться в соответствующих разделах на сайтах дилеров, дистрибьютеров и интернет магазинов, например, на следующих:

Замечание: На сайтах, предлагающих устройства X10 или информацию по ним, не часто можно найти сведения о их разработчиках и производителях. Типичным образцом такого рода является, например, сайт X10 Europe, где представлена документация на достаточно широкую номенклатуру устройств под брендом X10 PowerHouse, но в оригинальном конструктивном исполнении. Также нигде нет сведений о полномочиях OEM-производителей устройств платформы X10 и об объеме предоставляемых им со стороны разработчика X10 ресурсов - лицензий, документации, полуфабрикатов, микросхем, ПО, технологий и пр. По этим причинам судить о степени оригинальности тех или иных разработок затруднительно.

 

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:

ActiveHome Software - бесплатный программный пакет от разработчика платформы для Windows. Информация о возможностях ПО и рекомендации по применению находятся на ресурсе X10 WIKI/ActiveHome Pro. Для данного пакета также поставляется большое число дополнительных модулей и утилит, включая драйвера для устройств X10, Software Developer's Kit (SDK), мобильные приложения и др.

X10 Commander - бесплатный программный комплекс от Melloware Inc., позволяющий превратить ПК под управлением Windows/Linux/MacOS в центр управления домашей сетью X10, в т.ч. с возможностью управления с мобильных устройств на базе iOS/Android.

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:

Низкая скорость. На передачу одной команды X10 требуется приблизительно одна секунда. Это приводит к достаточно заметной задержке ее исполнения, даже если речь идет об управлении только одним прибором. Если же речь идет о сценарии, по которому управляются сразу несколько устройств, то суммарная задержка может стать весьма ощутимой. Повысить скорость передачи команд не представляется возможным, т.к. она жестко привязана к частоте питающей сети. Скорость выполнения сценариев может быть повышена за счет введения групповой адресации, которая протоколом X10 предусмотрена только для команд All Lights On/Off и All Units Off.

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.

Недостаточная помехоустойчивость. Современные дома, квартиры и офисы содержат большое число источников разнообразных помех - импульсные блоки питания аппаратуры и зарядные устройства, компьютеры и компьютерные сети, модемы, факсы, газоразрядные лампы, светорегулирующие диммеры, регулируемые электроприводы, мобильные телефоны, Bluetooth и WiFi устройства и т.д. Результатом является наличие в силовой электросети широкого спектра помех, нарушающих информационный обмен между устройствами X10, что влечет за собой как невыполнение поданных команд, так и к ложные срабатывания.

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.

Возможность несанкционированного доступа. Такая возможность вытекает из того, что объекты - дома, квартиры, офисы, питающиеся от общей электросети, имеют и общую среду передачи информации, а процедур разграничения доступа с помощью каких-либо средств защиты не предусмотрено.

 

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»:

# платформа X10: борьба с помехами и ослаблением сигнала
# платформа X10: средства наладки и диагностики

 

* * *

 

 

поделиться ссылкой

 

Перепечатка без согласования с автором запрещена.
При цитировании обязательно указание автора, названия и активной ссылки на данную страницу
или ссылки на титульную страницу проекта.

 

наверх

 

 

Платформа X10: общий обзор.

Опубликовано 26.02.15. Последнее изменение - нет.

© Janto 2015