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核心提示：LonWorks电力线载波技术是智能家居建设的一个重要技术发展方向，与家电产品的结合，将给智能家居建设带来极大的便利。
关键词：电力线载波，家电智能化，LonTalk协议，即插即用
一、概述
在智能家电的解决方案纷繁复杂，在实现各种家庭用电设备网络化、智能化的互联互通建构中，Ethernet解决方案显然不是一个通用、最佳的方案。试想一下给空调，冰箱，洗衣机等家用电器都增加一个10M/100M的以太网接口的必要性和复杂性；同样地，有的厂商采用高速无线通讯模式解决方案，这在带来组网方便性的同时，增加家庭内部的电磁污染，而且也会在不同的家庭之间带来通信的干扰，因为无线方案共用无线通信频段，不能实现各个家庭之间通信的有效隔离。另外，有的解决方案是采用一些现场总线技术应用到电器中，但也要解决专门的通信线缆的布线问题。
实现家用电器即插即用的智能化、网络化能不能采用电力线载波技术来实现呢？这就是本文想要介绍的一种国际上非常成熟的控制网络技术——LonWorks电力线载波技术。
美国Echelon公司提供的一种基于电力线载波技术的LonWorks控制网络解决方案，采用这种方案设计的家用电器的优势：
1 、家用电器真正实现即插即用，
2 、使用电力线作为信息交换通道，不需要额外布线。
二、美国Echelon公司的电力线通信技术
美国Echelon公司在过去的十几年中，在电力线通信领域一直是充当先锋的角色。其电力线收发技术，是一种低速的数据通信技术，是美国ANSI 709.2标准。Echelon公司在电力线领域持有38项美国专利，是唯一的一家同时掌握扩频和窄带收发器技术的公司。使用电力线载波技术，在现有的供电网络上实现数据信号的传输，不需要另外布线。
世界上很多公司在从事电力线载波技术的研究，Echelon公司的LonWorks电力线传输技术就是其中的皎皎者，截止到目前为止，采用该技术的电力线载波芯片已有约三千万片应用在世界各地的电力基础设施、智能家居、工业控制和智能建筑中。
1、Echelon公司的PL31x0智能电力线收发器
Echelon公司的PL31x0智能电力线收发器是该公司的第四代的产品，其结构如图一所示。
Echelong公司的电力线载波技术所是是的载波频率，符合世界范围内的规定：FCC，Industry Canada，日本MPT和欧洲CENELEC EN50065-1的规定，因此PL 3120和PL 3150能够满足世界范围内的应用。另外，智能收发器自动管理CENELEC通信协议，免除了CENELEC EN50065-1所规定的要用户开发复杂时序和访问算法的需求。
在很多的家庭中，大概有50%采用如图二所示的接线方法，在这种情况下，墙上的开关盒只有相线连接而没有零线连接，此时，如果将使用Echelon公司的电力线收发器，采用该公司独特的专利技术：switch-leg技术，将智能开关安装开关盒中，如图二中所示意的那样，智能开关仍然能正常工作。
目前世界上有多家厂商生产基于Echelon公司电力线载波技术的家用电器，这些家用电器包括：家庭影院系统、家庭游泳池设备、浴室设备、草坪灌溉设备、智能冰箱、微波炉、洗衣机、电烤箱、洗碗机、消毒柜、热水器、换气扇、电视机、锅炉、空调、开关、灯光控制器、滤波器、灯光控制器、温度设定器、燃气阀门、遥控器，窗帘、门禁安防系统、水龙头、燃气探头、红外探头、温湿度探头、光照探头等各种各样的电器，使用这些产品，可以构建节能型的智能家庭。如图三所示。
2、Echlon公司ISI组网方案
当家用电器具备了电力线载波通信能力后，如何实现这些电器的即插即用的自组网方式是一个必须解决的问题，因为家庭电器面对的是家庭用户，必须要求这些智能家用电器的组网满足如下要求：
1) 不需要额外的软件和硬件来对家用电器实施网络安装
2) 安装方式必须简单易用
3) 在开放的介质中安装方式要保证安全性
4) 保证不同家庭之间通信的有效隔离
5) 不同家电厂商的设备能够连接在一起
6) 适合各种类型家庭的应用需求
7) 为未来的家庭新的需求提供扩展余地
Echelon 公司的ISI技术，就是专门针对家用电器市场开发的一种设备智能组网技术。ISI技术称为互可操作的自安装技术。该技术的核心是，利用该技术开发的家用电器，可以对电器本身的网络数据进行自动调整，保证该电器的网络特性的唯一性，但是不能对其他电器的网络属性进行任何修改，这样一旦发生通信串扰，对家用电器的安全性能够提供可靠的保障。家用电器通过内置的电力线载波技术与其他电器进行信息交换，最简单的ISI组网方式最多支持32个家用电器组成智能的家庭控制网络，复杂的ISI组网方式可以最多将200个家用电器组成智能的家庭控制网络。基于ISI开发的不同家电厂商的家用电器，可以直接连接在一起组成家用智能控制网络，不需要任何的转换方式，包括硬件的或软件的转换。ISI的家用电器可以有效实现不同家庭之间的家用电器的网络隔离，在各种家用电器之间，可以实现简单的信息交换，同时也能实现复杂的信息交换，基于ISI的家用电器组成的智能网络，不要求所有的电器一直保持网络连接，也就是说，一些电器可以随使用情况而变，当打开电器的电源时，该电器就连接上家庭智能网，当断开该电器的电源，该电器就从家庭智能网上断开，在这个过程中，如果加入新的电器，也不需要对家庭智能网络进行特殊的处理，ISI能够管理所有的过程，保证家庭智能网络的正常工作。
3、使用ISI技术的电器安装过程如下：
首先，新的电器从家庭智能网络中获取一个域地址，该地址用于隔离相邻家庭的的不同网络之间的信息交换。
然后，该电器在所接入的家庭网络中实施注册，获取一个唯一的地址，该电器获取地址后，会对地址在网络上进行确认，保证该地址的唯一性。
下一步，在需要建立信息交换的电器之间建立信息交换渠道，可以通过简单的使用按钮开关来完成不同电器之间的连接过程，比如，智能开关和智能灯具之间，用于区别不同房间的开关的灯的控制之间关系。
第四步，确认控制关系建立的正确性。
第五步，取消不适当的电器之间已经建立的信息连接关系。
第六步，ISI同样支持电器从家庭控制网络中移走，用户按住家用电器的连接按钮20秒，该电器的连接LED进行6次长闪烁，即表明该电器已经从家庭智能网络中成功移走。
使用ISI对家庭电器构建智能家庭网络，不需要复杂的开关和拨盘-简单的按钮开关就可以，不需要要求所有的设备保持一直在线，不需要控制中心来管理网络，因此，Echelon公司的ISI技术方案是家庭智能控制网络的最佳解决方案。
三、Echelon技术智能家电解决方案特点
使用Echelon公司电力线载波技术和ISI自安装技术组成的家庭智能网络可以实现以下功能：
a. 实现整个家庭的用电管理，可以根据积累的实际使用数据，合理调度一些用电量大的电器的工作时间，例如可以在用电高峰避免使用热水器、洗碗机、消毒柜等，对实行分时计费的区域，在低电价的时候开启这些用电量大的设备，这样做的好处就是能够节省家庭的用电支出。
b. 智能家庭网络可以根据主人的习惯，合理设置家庭内部的温、湿度、并自动进行调节。
c. 自动监测家庭内能的空气质量，在保持空气的新鲜的情况下，减少能源的浪费。
d. 安全防护方面，能够监测各种突发情况，包括燃气、水泄漏，门窗非法侵入等，同时提供相应的处理手段，如报警，自动采取一些相应的措施等。
e. 在家庭中成功建立基于ISI的电力线载波智能控制网络后，配合Echelon 公司的NES 网络化能源管理系统，就可以将各个独立的家庭连接成一个覆盖所有家庭的网络，建立各种服务中心，可以给用户提供，能源管理、安防、老人照顾，家用电器远程诊断和监控，安防检测和医疗诊断报警服务等。如图四所示。
f. 可以根据家庭主人的要求自动设置特定房间的场景模式，比如在客厅中，设置客人感觉舒适的温、湿度，光照，以及背景音乐等，根据客人的多少调整空气流量等等。
四、前景分析
目前，在国内、外有很多家庭、便利店等不同程度采用基于Echelon公司的电力线载波技术的智能网络，它给这些用户带来显著的能源节省效果，比如对于一些便利店的智能控制网络的应用，统计数据显示能够实现15%的能源节约。在家庭中，能够给用户带来更加舒适、更加安全、更加便利的效果。
智能家居的控制网络技术正处在百花齐放的阶段，Echelon公司的电力线通信技术非常适合构建家庭智能控制网络，特别是可互操作的自安装技术（ISI）的应用，具有安装方便、不需要布线、即插即用等特点，是进入千家万户的最佳智能网络解决方案。
