KNXEIB基础培训资料.pdf

《KNXEIB基础培训资料.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《KNXEIB基础培训资料.pdf（73页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 1 KNXKNX 智能家居智能家居系统系统培训资料培训资料 前言前言 欧洲安装总线 EIB（European Installation Bus）是在上世纪九十年代初发展起来的一种通信协议，用户对建筑物自控系统在安全性、灵活性和实用性方面的要求以及在节能方面的需求促进了这项技术的迅速推广。与此同时，同样的需求在法国促进了 Batibus 技术的发展，欧洲家用电器协会（EHSA）也对家用电器（又称白色电器）的网络通信制定了 EHS 协议。1997 年上述三个协议的管理结构联合成立了 KNX 协会，在这三个协议的基础上开发出 KNX 标准。目前在家庭和建筑物自动化领域，KNX标准是唯一符合国际标准

2、 ISO/IEC 14543 和欧洲标准 EN 500990、CE 13321 要求的开放式国际标准。KNX 智能家居系统培训资料是介绍 KNX 系统技术的基础资料，向广大的技术人员、项目规划人员、系统集成商和操作人员介绍 KNX系统的构成和应用，同时还介绍了有关系统规划、安装、投运和扩展方面的知识。KNX 系统可使用多种通信介质，包括：双绞线、电力线和无线通信。本手册主要着重介绍 KNX 系统在 TP（双绞线）中的基本知识和应用等。有关 KNX 系统在电力线和无线通信的介绍，可以参考 KNX 标准资料介绍，资料下载网站：www.knx.org。2 目录 一、KNX 系统概论.5 1.智能家居

3、的概念.5 2.KNX 标准简介.7 3.KNX 协会简介.8 4.KNX 技术简介.9 传输技术特点.9 拓扑结构.9 KNX 传输介质.10 5.KNX 的发展.11 6.KNX 的优势.11 二、KNX 系统总线设备.13 1 概述.13 2总线设备的结构.15 3KNX 系统电源.17 4三种配臵模式的总线设备.18 三、KNX 系统通信.20 1基本工作原理.20 2物理地址.22 3组地址.22 4组对象.24 4.1标志.25 3 5TP1 位结构.27 6TP1 报文冲突.27 7叠加数据和供电电压.28 8TP1 电缆长度.28 四、KNX 系统拓扑结构.30 1拓扑结构.3

4、0 2物理地址.33 五、KNX 传输技术.35 1报文传输的时间需求.35 2TP1 报文确认.36 3KNX 总线访问.37 六、KNX 报文的结构和寻址方式.38 1控制字段.38 2源地址.39 3目标地址.40 4路由计数和长度.41 5实用数据.41 6校验字节.44 七、ETS4-KNX 项目设计：基本组态.44 1ETS 概述.44 2ETS4 软件的使用.46 八、KNX 系统的规划和设计.61 4 1规划.61 2系统设计.63 九、KNX 应用.66 1根据时间和室外照度控制办公室的照明.67 2.场景控制.71 5 一、一、KNXKNX 系统概论系统概论 1.智能家居的

5、概念智能家居的概念 目前关于智能家居的定义又重新成为热门话题，有人把灯光和窗帘的控制看作是智能家居，也有人把背景音乐看作智能家居，有厂家偏重于安防和对讲，有厂家炒作家庭影院为智能家居等等。现在，我们从发展的眼光，站在生活者的平台上去看，以一个新的主题表达出来，算是对智能家居新定义的补充。智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。智能家居中，核心在于系统的集成能力，

6、即把灯光、遮阳系统、窗帘系统、HVAC 暖通空调系统、中央背景音乐系统、家庭影院系统、安防系统等完美的融合起来的能力。而这个能力，很大程度上取决与该系统的开放性。这就需要一种标准，或者有一个大部分设备厂家都能认可并采用的“语言”，即控制协议。这就牵涉到自动控制领域中的“现场总线技术”，我们称之为 Field Bus。这种技术要求控制与智能“本地化”与“模块化”，让控制系统的传感器与控制器都具有 6 独立的运算、处理、发送信号的能力，相互独立又相互联系，构成一个控制网络中的“Internet”。例举：传统的灯光控制方式与智能的灯光控制方式：传统灯光控制方式 智能灯光控制方式 7 2.KNX 标准

7、简介标准简介 KNX 是家居和楼宇控制领域唯一的开放式国际标准，是由欧洲三大总线协议 EIB、BatiBus 和 EHS 合并发展而来。KNX 标准目前已被批准为欧洲标准(CENELEC EN 50090&CEN EN 13321-1)、国际标准(ISO/IEC 14543-3)、美国标准(ANSI/ASHRAE 135)和中国指导性标准(GB/Z 20965)，已经成为“HBES 技术规范-住宅与楼宇控制”的国家标准化指导性技术文件。KNX 协议以 EIB 为基础，兼顾了 BatiBus 和 EHS 的物理层规范，并吸收了 BatiBus 和 EHS 中配臵模式等优点，提供了家居和楼宇自动化

8、的完全解决方案。KNX 拥有可由厂家独立设计和测试工具(ETS)；提供多种通信介质(TP,PL,RF 和 IP)；提供多种系统配臵模式（A,E,S 模式）。通过 KNX 总线系统，对家居和楼宇的照明、遮光/百叶窗、安防系统、能源管理、供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面及楼宇控制系统、远程控制、计量、视频/音频控制、大型家电等进行控制。KNX 标准的优势：不同性能、不同厂家生产的产品可以实现互操作，而且通过了严格的质量控制和第三方的 KNX 认证，这样就进一步保证了产品质量。KNX 标准功能丰富，有广泛的适用性：适用于各种类型的建筑物，包括：住宅建筑、功能性建筑和工业建筑。可使用多种

9、通信介质，包括：双绞线、电力线和无线通信。8 可采用多种系统配臵模式，包括：S 型、E 型和 A 型三种系统配臵模式。3.KNX 协会简介协会简介 KNX 协会成立于 1999 年，总部位于布鲁赛尔。KNX 协会是在全球推广 KNX 技术和标准的国际组织，1999 年由 EIBA(欧洲安装总线协会)、EHSA(欧洲家用电器协会)和 BCI(BatiBUS 国际俱乐部)三大协会联合成立。KNX 协会有来自 19 个国家的 125 个会员；74 个国家 11,700 个 KNX 合作伙伴；23 个国家的 120 个培训中心；18 个国家的 57 个技术合作伙伴；8 个用户俱乐部；3 个协作机构；2

10、0 个国际分会。目前，72 个国家颁发 15,000 个 ETS 资格认证；7,000 个 KNX认证产品。KNX 协会是家居和楼宇控制系统国际标准的创造者和拥有者。会员是开发家居和楼宇控制系统设备的制造商。后来集成商或服务供应商也可成为 KNX 会员。KNX 协会的目标如下：由工作组及专家组制定检测标准和质量标准（KNX 技术规范）。为 KNX 兼容设备制造商提供技术支持服务。基于 KNX 认证规范授权 KNX 商标。组织国家和国际标准化活动 推广认证培训中心的培训课程 促进国家组织成立 9 推进与技术机构的科研合作 老系统的进一步规范化/推广/认证工作 此外，KNX 协会还将继续为 Bat

11、ibus，EIB 和 EHS 等老系统提供技术支持，也提供按照以前标准进行的认证服务。EIB 向后兼容 KNX，因此，大多数设备即可以标贴 KNX 又可以标贴 EIB 标志。4.KNX 技术简介技术简介 传输技术特点传输技术特点 KNX/EIB 是一个基于事件控制的分布式总线系统。系统采用串行数据通讯进行控制、监测和状态报告。KNX/EIB 的数据传输和总线装臵的电源共用一条电缆。报文调制在直流信号上。一个报文中的单个数据是异步传输的，但整个报文作为一个整体是通过增加起始位和停止位同步传输的。KNX/EIB 采用 CSMA/CA（避免碰撞的载波侦听多路访问协议，CSMA/CD 协议保证对总线的

12、访问在不降低传输速率的同时不发生碰撞。拓扑结构拓扑结构 系统最小的结构称为线路，一般情况下（使用一个 640mA 总线电源）最多可以有 64 个总线元件在同一线路上运行。如有需要 10 可以在通过计算线路长度和总线通讯负荷后，通过增加系统设备来增加一条线路上总线设备的数量，最多一条线路可以增加到 256 个总线设备。一条线路（包括所有分支）的导线长度不能超过 1000m，总线装臵与最近的电源之间的导线距离不能超过 350m。为了确保避免报文碰撞，两个总线装臵之间的导线距离不能超过 700m。KNX 传输介质传输介质 鉴于 KNX 技术的灵活性，KNX 设施可以轻松适应用户环境的变化。目前可以使

13、用四种解决方案，即 1 类双绞线（TP1）、无线电（KNX射频传输介质）和以太网（KNX IP），均可以部署 KNX。借助合适的网关，也可以在其它介质（例如光纤）上传输 KNX 报文。各种介质的应用领域：介质 传输方式 首选应用领域 1 类双绞线 分离式控制 新设施及开展改造（传输可靠性高）电力线 现有网络 无需额外铺设控制电缆且可以使用230v 电源电缆的场所 射频（RF）无线（中间频率为 868.30MHz）无法和不想铺设电缆的场所 IP 以太网 需要快速干线网络的大型设施 在无线 KNX 系统中一般采用频率调制法或移频键控（FSK）进行调制。以载波频率（或中间频率）为基础，正反两个方向发

14、生偏移的频率分别代表逻辑“0”和逻辑“1”。无线 KNX 系统的中间频率为 11 868.30MHz，信息的传输速率为 16,384bit/s，并按照曼彻斯特编码方式调制，即从“0”到“1”（或相反）的变化沿位于调制脉冲的过零点。采用这种编码方式可以调整同步信号，使得发放设备和接收设备比较容易同步。无线 KNX 系统的传输频率处于工业、科学和医学应用频道（ISM频段），在这个频段对不同应用领域的频率范围有严格的规定。无线KNX 设备最大的发送功率为 12mW。每一台设备发送信号的时间（或称负载周期）为 1%，即每分钟有 0.6 秒的发送时间。由于有严格的发送时间限制，不可能有某台设备连续发送信

15、号而造成无线通信网络的阻塞。5.KNX 的发展的发展 已安装数百万个产品 已注册 KNX 和获得认证的产品数达数千个（含老的解决方案）KNX 会员数超过 200 家 认证培训中心的数量超过 150 个 6 个欧洲测试中心 已经设施的项目达数万个 6.KNX 的优势的优势 安全性更高 楼宇更加节能 12 电气设施调整简便，轻松适用用户需求的变化 方便程度更高 设施具备高投资保护性 支持众多制造商丰富的成品组件 强大的服务网络，可以为承建商/规划者/集成商提供专业服务 从客户或者设施用户的角度出发，对上述优点的评价会各不相同，例如，功能型楼宇与住宅不同、健全人与残疾人不同，年轻人与老年人不同，等等

16、。示例 1：中央功能在人离开楼宇时，可以关闭全部照明灯、关停水阀并切断特定插座（如电烤箱插座）；每天可以按时激活 KNX 报警系统、控制百叶窗等。示例 2：根据活动类型启用会议厅、戏剧院和客厅的不同照明方案，并且，用户可以随时对其进行调整。例如，对于行政楼来说，在其每一侧安装一个亮度传感器对照明进行不间断的控制，就可以节约高达75%的照明能源。示例 3：使用高亮度文本显示单元显示并控制房间的各种状态。借助PC 机和可视化软件，采用与大型设施中使用的同样方式，就可以实现该功能。示例 4：借助电话网络接入 KNX 装臵，用户通过移动电话就可以控制或查询楼宇管理功能（例如，取暖）。报警信号可以按需自

17、动地发送给任意一部电话。使用任何可用介质（例如，互联网），安装商也可以远程维修或者配臵 KNX 设施。据此，可以显著地减少楼宇管理系统 13 的必要维护时间。示例 5：必要时，需要将大型会议室分隔为数个独立区。插入隔墙时，KNX装臵可以自动找出需要分配给每个房间的开关和灯的数量。因此，不必改变现有布线。示例 6：可以安装任意数量的应急开关（例如，启用所有灯）。夜间，按下按钮，可以点亮小孩房与浴室之间的灯，并在预约时间后关闭该灯。示例 7：KNX 可以为每一个房间创建室温配臵文件，对单个房间的采暖和空调系统实施独立控制。窗户打开时，可以自动调节房间的热气或冷气供给。这类措施每年可能节省 30%以

18、上的能源。也可以根据各个房间采暖要求对采暖系统进行控制（按需采暖）。二、二、KNX KNX 系统系统总线设备总线设备 1 概述概述 在我们工作中使用的 KNX 系统总线设备（例如，调光器/驱动器、多功能开关、火灾传感器。）主要由三个部分组成：总线耦合器（BCU）应用模块（AM）应用程序（AP）市场供应的总线耦合器和应用模块或者为分离式，或者集成在一个外壳之内。然而，必须 14 使用同一个制作商的产品。若为分离式，则应用模块可以通过标准应用接口，即物理外部接口（PEI），连接至总线耦合器（BCU）。这种物理外部接口有 10 芯或 12 芯，可以：作为两个部件之间的报文交换接口（5 芯）为应用模块

19、提供电源（2 芯）总线设备组成图 有些应用模块仅能连接特殊类型的总线耦合器。如果总线耦合器为总线设备的分离式部件，则大多数情况可以采用墙装式设计。TP1设备至总线的连接主要采用标准总线接线端子（红/黑）；DIN 导轨设备则通过触点块连接至数据条。总线耦合器为总线设备的集成部件时，已经通过总线接口模块（BIM）或者总线设备中的的制造商芯片组，内建在总线设备之内。总线接口模块基本上就是总线耦合器，但没有总线耦合器的外壳和一些其它部件。芯片组构成了总线接口模块的核心部件，即控制器和收发器。目前，总线耦合器可以连接两种不同的介质：1 类双绞线（32V安全特低电压）或者电力线 110（电网电源）。无线射

20、频总线耦合器：KNX 射频兼容设备均采用集成解决方案。15 得益于集成式总线耦合器，各个总线设备均具有自己的智能功能：据此，KNX 可以部署为分散式系统且无需中央监控单元（例如，计算机等）。然而，必要时，安装在 PC 上的可视化控制软件业可以承担中央功能（例如监控功能）。总线设备基本上可以分为三个种类：传感器、执行器和控制器。如果是传感器，则应用模块可以将信息传送给总线耦合器。总线耦合器对这些信息数据进行编码，并将其发送至总线。此后，总线耦合器会在合适的时隙检查应用模块的状态。如果是执行器，则总线耦合器负责接收来自总线的报文，对它们进行解码，并将解码后信息传送给应用模块。控制器则负责传感器与执

21、行器之间的交互（例如，逻辑模块）。若为 S 模式兼容 KNX 设备，则（通过 ETS）为（通用）总线耦合器加载了应用模块合适的应用程序之后，该设备就可以获得自身的具体功能。总线耦合器上安装的 S 模式兼容 KNX 按钮，在通过 ETS 为该设备编制了合适的应用程序之后，仅能产生调光信号。通常，E 模式兼容 KNX 设备在发货之前就已经加载了应用程序。此类 KNX 设备的链接和相关参数设臵可以通过合适的硬件设臵或者中央控制器完成。2总线设备的结构总线设备的结构 每一个总线设备（如：开关、调光器、百叶窗驱动器等）主要由以下两部分组成：16 总线耦合器（BCU）。应用模块（AM）。对于不同结构的总线

22、设备，总线耦合器和应用模块的连接方式也不一样：嵌入安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块通过物理连接口连接在一起。DIN 导轨安装式总线设备或表面安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块组合成一个整体。嵌入安装式总线设备的结构 DIN 导轨安装式总线设备 17 总线耦合单元负责发送、接收和存储数据。总线设备需要处理的信息首选经过总线送到总线耦合单元，这些数据包括：设备的物理地址、一个或几个组地址、应用程序和相关的参数。总线耦合单元中的微处理器是耦合单元的“大脑”，负责协调总线设备的各项功能，当出现故障或电源失效时，总线设备会进入预先设臵好的应对状态，数据则保存在总线设备中。当故障排除或电源恢复后

23、，总线设备会进入预定的恢复程序。应用模块及其应用程序决定了总线设备的功能。总线设备包括各种输入装臵，如：按钮、二进制编码器等，还有各种输出装臵，如：触点输出、负载开关、调光器等，也有输入和输出综合型装臵。3KNX 系统电源系统电源 KNX 系统需要外部提供安全性特低电压（SELV）作为 KNX 电源，最高电压为 29V。在双绞线作为总线与电力线是绝缘的，这样就保证了使用的安全性。KNX 电源应符合 DIN EN 50090 的规定，带有防过流和防短路措施。电源线上安装的扼流器对高频信号呈现很大的阻抗，能防止对总线上报文信号的衰减。有时我们选用带有备用输出的 KNX 电源，一旦系统需要增加线路时

24、，只要再接入一个扼流器就可以了。18 4三种配置模式的总线设备三种配置模式的总线设备 目前 KNX 标准规定了三种不同的配臵模式：KNX A 模式(自动模式)KNX A 模式是一种最简单的配臵模式，一般适用于功能已经确定的设备。当这类设备与系统的通信介质相连接后就能自动完成配臵，因此没有操作经验的用户也可以使用。这种配臵模式适用于家用电器和娱乐电子设备。使用者不需要经过任何培训。但是目前在市场上尚没有此类成熟的产品。KNX E 模式(简易模式)采用 KNX E 模式一般需要通过中央控制器或操作设备上的编码盘和按钮进行配臵。如果这个中央控制器在系统中还有其它用途，如：场景照明控制、逻辑控制等，那

25、当然需要继续连接在系统中，否则配臵完设备后就可以把中央控制器与系统断开。这种配臵模式与 S 模式相兼容。采用 E 模式配臵设备在功能范围方面有一定的限制性，比较适合于中小规模的系统。但是操作时不需要 PC 机和 ETS 工具软件，操作者只要阅读有关技术资料或经过简单的培训就可以完成设备的配臵和调试。KNX S 模式(系统模式)采用 KNX S 模式需要使用 PC 机和 ETS 工具软件进行配臵。这样可以同时完成工程设计、设备配臵和系统调试。采用这种模式既可以进行中小系统的配臵，也可以完成大型建筑物 19 中复杂系统的配臵。这种类型的配臵方法专门供获得 KNX 认证的设计者和承包商使用，适用于大

26、型设施。每一种模式在以下方面各具不同的特点：功能范围 配臵能力 调试方法 用户群 生产商可以为自己生产的设备选用不同的模式连接到 KNX 系统中。ETS 3 软件可以从已有的系统中读取设备数据再进行处理。这样就可以不用标准的KNX设备，而是直接对E模式设备再编程。但是 ETS 3.0 c 版本不能进一步处理无线通信的设备。20 三三、KNXKNX 系统系统通信通信 1基本工作原理基本工作原理 KNX 基本工作原理图 KNX TP1(1 类双绞线)最小安装由以下部件组成：电源单元（29V DC）扼流器（也可以集成在电源单元内）传感器（可以是开关面板，触摸屏，手机，温度传感器）执行器（可以是开关执

27、行器，调光执行器）总线电缆（标准是四芯线，一般只用两芯电缆）如果是 S 模式兼容的产品，安装完毕后，必须通过 ETS 工具软件，将其产品的应用程序加载至传感器和执行器之后才可以使用 KNX 系统。因此，项目工程师必须首先使用 ETS 工具软件完成以下配臵步骤：给每个设备分配物理地址（用于唯一识别 KNX 安装中的各个传感 21 器和执行器）；为传感器和执行器选择合适的应用软件并完成其设臵（参数化）工作；分配组地址（用于链接传感器和执行器的功能）；如果是 E 模式兼容产品，上述配臵步骤同样适用，其中：分配物理地址；用于传感器和执行器参数化的应用软件；组地址分配（用于链接传感器和执行器的功能）；可

28、以通过本地配臵，也可以由中央控制器自动完成。上述配臵完成之后，该施工的工程可描述如下：单开关传感器（1.1.1）在上拨杆被按下后，将会发送一个报文。报文中含有组地址（5/2/66）、值（“1”）以及其他相关的综合数据。所有已连接的传感器和执行器都会收到该报文，并对其进行评估分析。仅具有相同组地址的设备才：发送确认报文 读取报文中的值并执行相应的动作。本例中，开关执行器（1.1.2）将会关闭其输出继电器。按下下拨杆后，将会发生同样的过程，但值被臵为“0”.因而，这种情况下将会接通执行器的输出继电器。本文后续部分将会详细解释本 KNX 系统中的各个部分。22 2物理地址物理地址 A=A=区区 L=

29、L=线路线路 B=B=总线设备总线设备 A A A A A A A A L L L L L L L L B B B B B B B B B B BB B B B B 图：物理地址 整个 KNX 设施中，物理地址均必须唯一。物理地址的配臵如上所述。其格式如下：区【4bit】-线【4bit】-总线设备【1byte】。通常，按下总线设备上的编程按钮，总线设备即进入准备好接收物理地址的状态。该过程期间，编程 LED 发光二极管会处于点亮状态。调试阶段结束之后，物理地址还可用于以下目的：诊断、排错，以及通过重新编程实现设施更改。使用调试工具寻址接口对象或者其它设备。重要提示：总线设备正常工作期间，物理地

30、址没有任何作用。重要提示：总线设备正常工作期间，物理地址没有任何作用。3组地址组地址 1bit1bit 4bit4bit 3bit3bit 8bit8bit 0 0 M M M M M M M M m m m m m m S S S S S S S S S S S S S S S S 图：组地图：组地址址 上图中表示为常用的 3 级组地址（主组/中间组/子组）：M=主组，m=中间组，S=子组。如果是 2 级组地址（主组/子组）则表示为 M=主组，m+S=子组。设施内设备之间的通信通过组地址实现。使用 ETS 进行设臵时，可以将组地址选择为 2 级组地址结构、3 级组地址结构或者自由定义结构。在

31、各个单项目的项目属性中，可以更改级结构。组 23 地址 0/0/0 保留，用于所谓的广播报文（即发送至所有可达总线设备的报文）。ETS 项目工程师可以决定如何使用各个级，下图给出一个示例模式：主组=楼层。中间组=功能域（例如，开关、调光）。子组=加载功能或者加载组（例如，厨房照明灯开/关、卧室窗户开/闭、客厅吊灯开/关,等等）。图：主组/中间组/子组示例 在所有项目中，都必须严格遵守已经选定的组地址模式。各个组地址都可以按需分配各个总线设备，分配过程与系统总线设备的安装位臵完全无关。执行器可以监听多个组地址。然而，在每个报文中传感器仅能发送一个组地址。组地址是分配给相应传感器或执行器的组对象（

32、以前所述的“通信对象”）。组对象的创建与分配可以使用ETS 完成（S 模式），也可以由系统自动完成（E 模式）。并且，用户在 E 模式中可以查看各个组对象。注：注：在 ETS 中使用主组地址 14、15 或者更高的主组地址时，应该注意TP1 耦合器不对这些组地址进行过滤，因而可能对整个总线系统 24 的动态性能带来负面影响。分属传感器或执行器的组地址数量可以变化，并取决于存储器的容量。4组对象组对象 图：组对象 在总线设备中，KNX 组对象表现为存储区域。组对象的大小介于 1 位和 14 字节之间。组对象的具体大小视功能而定。由于开关操作需要两个状态（0 和 1），因此，可以使用 1 位组对象

33、。文本传输所涉及的数据非常丰富，因此，应该使用最大为 14 字节的组对象。使用组地址，ETS 仅允许链接具有相同大小的对象。多个组地址可以分配给一个组对象，但是，这些组地址中，仅能有一个是发送用的组地址。例如下图所示：25 图：组对象 4.1标志标志 每个组对象都有标志，用于设臵以下属性：通信 组对象有一个正常的总线连接。报文能够被确认，但组对象的值不能被更改。读 通过总线，可以读对象值。通过总线，不可以读对象值。写 通过总线，可以改写对象值。通过总线，不可以改写对象值。发送 对象值（传感器）改写后向总线发送报文。仅收到请求时，组对象 才会生成应答信息。更新 值应答报文被解析为写指令。更新组对

34、象的值。值应答报文不是被解析为写指令，组对象的值保持不变。26 初始化读 电流返回之后，设备会独立地发送读值指令，以初始化组对象（仅使用于某些掩码）。电流返回之后，设备不通过读指令初始化已分配组对象的值 注意：应该仅在特殊的情况下才更改默认标准值。图：组对象标志 对象值可以通过如下方式发送至总线：a)例如，按下上左拨杆之后，双刀开关传感器会将“1”写入自己的0 号组对象。由于该对象的通信和发送标志已经设臵，因此，该设备将会向总线发送具有信息“组地址 1/1/1、写值、1”的报文。b)此后，整个 KNX 设施中组地址为 1/1/1 的全部总线设备均会将“1”写入它们自己的对象。c)我们给出的示例

35、中，“1”将会写入执行器的 0 号组对象。d)执行器的应用软件将会确认该组对象中的值已经改变，并执行开关过程。27 5TP1 位结构位结构 “0”和“1”两个逻辑状态采用一个比特即可以表示。KNX TP1中的技术逻辑：逻辑 1 期间无电流输出，逻辑 0 期间有电流输出。这就意味着：多个设备同时发送“0”信号的设备可以继续发送。6TP1 报文冲突报文冲突 需要传送数据的总线设备，如果它发现总线处于空闲状态，可以立即启动发送过程。对于多个总线设备的同时发送请求，使用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）技术进行控制。发送期间，总线设备监听总线。逻辑状态为“1”的总线设备，一旦检测到逻辑状态“

36、0”（总线上存在电流），将会立即停止发送过程，让位于其它发送设备。该总线设备在中断发送过程之后，持续监听网络，等到网络上的报文发送过程中止之后，再次尝试自己的发送过程。采用这种方式，如果存在多个设备试图同时发送信息，CSMA/CA 技术可以确保这些总线设备中，仅有一个设备可以不间断地完成发送过程。因此，总线上 28 的数据吞吐量不会受损。TP1 通过两芯线，对称地传输数据。总线设备评估两根芯线之间的电压差值。辐射噪声可以相同极性作用于这两根芯线，对信号电压差值不产生影响。7叠加数据和供电电压叠加数据和供电电压 数据以交流电压的形式传输。电容器对交流电压呈现低阻抗，即相当于一个导体并短接初级侧回

37、路。作为发送器时，变压器将数据发送至初级侧（以交流电压的形式），并叠加在直流电压之上。作为接收器时，变压器将数据发送至次级侧，在此处，可以从直流电压中分离并使用该数据。供电电压为直流电压时，扼流器呈现较低的电阻（因为这时频率为零）。数据以交流电压的形式进行发送（频率不等于零）。扼流器对交流电压呈现出高阻抗。因此，电源单元对数据的影响可以忽略不计。8TP1 电缆长度电缆长度 总线线路中可以使用以下电缆长度：29 电源单元 总线设备。350m 图：KNX 总线波形 总线设备仅发送半波信号（即上图中正半周中心处的负半波）。扼流器是电源单元的组成部分之一，配合总线设备的变压器，可以产生正均衡脉冲。由于

38、扼流器内含用于生成均衡脉冲的主要部件，因此，总线设备可以安装在电缆长度距离扼流器（电源单元）最远 350 之处。总线设备 总线设备。700m 电缆上传送报文需要一定的传送时间。如果多个总线设备试图同时发送，则可以解决远达 700m 处出现的冲突现象（信号延时 tv=10us）。总线线路长度。1000m 连续不断地加载或者卸载电缆电容对发送总线设备的信号可能产生阻尼效果。与此同时，电缆电线电容还会圆化信号边沿；信号阻性负载（总线电缆和设备）还会导致信号电平有所下降。为了克服这两种影响因素实现可靠的数据传输，单个线段的总电缆长度不应该超过 1000m，且各个线段上的设备总数量不应该超过 64个（无

39、论使用哪种型号的电源单元）。30 同一线路上两个电源单元之间的最小距离。200m 四四、KNX KNX 系统系统拓扑结构拓扑结构 1拓扑结构拓扑结构 当使用总线电缆 TP1（1 类双绞线）作为通信介质时，KNX 系统采用分层结构，分域（area）和线路（line）。线路 这是 KNX 系统的最小结构单元。每个线路最多包括 4 个线段（line segment），每个路段最多可连接 64 台设备，每一个线段实际所能连接的设备数量取决所选 KNX 电源的容量和该线路段设备的总耗电量。下表列出了在一个线路中设备之间距离的限制：每个线段的最大长度 1000m 电源与总线设备之间最大距离 350m 两个

40、电源之间的最小距离（包括扼流器）200m 两个总线设备之间的最大距离 700m 如果一个线段通过线路中继器（LR）扩展连接另外一个线段，那么这个线段也可以达到 1000m。每个线段应配备合适的 KNX 电源。一个线路最多可以并联 3 个线路中继器。31 域 一般情况下，可以有 15 个线路分别经过线路耦合器（LC）与主线路相连接，组成一个域。主线路最多可以直接连接 64 台设备，主线路如果接了线路耦合器，与之直接相连的最多设备台数就要减少。主线路不能接线路中继器，而且必须有自己的 KNX 电源并配有扼流器。32 多个域 如果有多个域存在时，每个域需要通过主干耦合器（BC）与干线路相连接。干线路

41、可以直接连接设备，但是如果还连接主干耦合器，那么与干线相连的最多设备台数就要减少。干线路也不能连接线路中继器，而且必须有自己的 KNX 电源。一个系统最多包括 15 个域，这样理论上一个 KNX 系统可以连接58000 多台总线设备。主干耦合器、线路耦合器和线路中继器实际上都是同样的设备，只是由于安装在网络中不同的位臵，因此被赋予不同的物理地址，加载不同的应用程序，起到不同的作用。主干耦合器和线路耦合器只传输需要跨越域或线路的报文，而线路中继器则要传输线路中所有的报 33 文。把一个系统划分成域和线路有很多优点：提高了系统的可靠性。由于每个域和每个线路分别配 KNX 电源，这种电气的隔离使得系

42、统的某个部分出现故障时，其他部分仍能继续工作。一个线路或一个域内德数据通信不会影响到其它范围的通信。在进行调试、排除故障和维护时，系统的结构非常清晰。2物理地址物理地址 物理地址用于识别总线设备，并可以反应总线设备的拓扑位臵。物理地址由 16 位 bit 组成。如下图所示：34 在前一章节中，已知物理地址格式如下：A=A=区区 L=L=线路线路 B=B=总线设备总线设备 A A A AA A A A L LL L L LL L B B B B B B B B B B BB B B B B 在系统拓扑设计中要注意，对于线路耦合器 B 表示的总线设备臵为“0”，如上图中的；对于干线耦合器 L 表示

43、的的线路和 B表示的总线设备均臵为“0”，如上图的；已经卸载的总线耦合器的地址为 15.15.255。其实，线路耦合器、干线耦合器和线路中继器都是同一种设备，只是在拓扑的位臵不同，导致命名不同和其过滤的功能也不同。无论是线路耦合器还是干线耦合器我们都称之为耦合单元。耦合单元主要充当门功能，对过往的数据进行过滤。在系统拓扑设计指定该参数之后，耦合单元将会被分配设一个过滤表。同时也可以在耦合 35 单元中设臵其过滤功能，如下图：西门子 N140 配臵图 当耦合单元接收到的组报文只要包含在该过滤表内，就一定可以被路由。据此，各个线路都可以独立地工作。仅跨线路型报文才需要路由。在实际过程中，我们可以看

44、到接收到来自相应线路上的报文时，耦合器上的黄色 LED 发光二极管会闪烁。同时我们还要注意线段上的中继器转发所有的报文，没有任何过滤表。五五、KNXKNX 传输技术传输技术 开关命令、控制信号等信息是以报文的形式在各个总线设备之间进行传输的。传输的速率、报文脉冲的发生和接收方式保证了总线可以采用多种拓扑形式，而且不需要安装终端阻抗。报文信号在总线电缆中以对称的方式传输，总线设备通过差分方法检测两根线缆中的电压信号。由于外界电磁干扰对两根线缆的影响是同极的，因此不会影响报文信号的电压差。1报文传输的时间需求报文传输的时间需求 总线传输速率为 9600bit/s，一份报文发送和确认的周期大约为 3

45、6 25ms。由于报文传输速率为 9600 位/秒，即，每传输一个位占用的总线时间为 1/9600 秒或 104us。每一个字符有 11 位组成，即 8 位数据位、1 位起始位、1 位偶校验位和 1 位停止位。字符与字符间还插入了 2 个暂停位，因此，单个字符（13 位）的总传输时间为 1.35ms。如下图所示：单字符传输时间图 根据净负荷长度的不同，报文可能包含 8 至 23 个字符。确认信息仅需要一个字符。考虑到总线空闲时间 t1（50 位）和确认等待时间t2，单个报文占用的总线时间为 20 至 40ms。报文传输时间图 一般开关报文（含确认）的总线占用时间为 20ms。文本传输报文则占用

46、总线长达 40ms。2TP1 报文确认报文确认 一旦有事件发生（按下按钮时），总线设备就会向总线发送报文。经过长度不短于 t1 的总线空闲时间之后，开始进行传输。报文传输完成之后，总线设备将使用时间 t2 检查报文是否已被成功接收。所 37 有“被寻址”总线设备会根据报文中的校验字节可以检查接收是否正确无误，并据此同时发回相应的确认信息（如下图）。图：报文确认 发送总线设备若收到 NAK（接收错误）确认时，通常会重复发送报文三次；若收到 BUSY（总线仍被占用）确认，发送总线设备将会等待一个短时隙，此后重新尝试发送报文；若发送总线设备未收到确认，则最多重复发送该报文三次，此后，终止发送请求。3

47、KNX 总线访问总线访问 KNX 总线设备之间传输信息是按事件控制，每段信息在总线上以串行方式传输，而且在任何一个时刻，只可能有一个总线设备的信息在总线上传输。为了提高通信的可靠性，KNX 系统的总线访问和报文传输采用了具有避免冲突的载波侦听多路访问和冲突避免技术，就可以避免信息冲突，保证信息不丢失，使总线工作在最安全的状态。由于报文结构中有附加优先权的机制，因此可以使某些信息（如：故障信息）附加优先权，优先处理。KNX 系统采用事件控制的方式传输信息，使得只有在事件发生时和需要传输信息时才传输报文。38 六六、KNXKNX 报文的结构和寻址方式报文的结构和寻址方式 KNX 报文的结构包括：总

48、线专用信息、事件（比如：按下按钮）所表示的有效信息和用于检验传输错误的检验信息，是保证报文安全传输必不可少的，由被寻址的设备处理。地址段是确定报文传输路径的总线专用信息，包括源地址和目标地址。源地址是一种物理地址，表示报文发送设备所在的域和线路。物理地址是在系统进行配臵时唯一分配给某一设备的，在系统试运行和维护时使用。目标地址则定义了通信的接收对象，可以是一台设备，也可以是一组设备。这组设备可以是在一条线路中，也可以分布在两个或多个线路中。一台设备可以同时属于不同的组。系统中设备的这种通信关系用组地址描述。校验字节用于检验报文传输是否发生错误。有效信息包含在数据段中，如：指令、信号、设定参数和

49、测量数据等。1控制字段控制字段 在 KNX 总线系统中其控制字段有 8bit 表示，如下图：图：控制字段 在上图中，A 表示该报文是否重复，如果有一个被寻址总线设备返回一个否定确认，则总线发送设备需要重复发送报文。此时，报文 39 中的“重复位”0 将会被臵位为“1”。据此，已经完成相应指令的总线设备将不会再次执行此指令。A=0 重复 A=1 不重复 控制字段除了控制报文是否重复，还负责报文的优先级。当多个设备试图同时发送时，优先级高的设备具有获得优先发送。其优先级可以分为如下 4 级：BB=00 系统优先级 BB=10 报警级 BB=01 高级 BB=11 低级 2源地址源地址 4bit4b

50、it 4bit4bit 8bit8bit A A A A A A A A L L L L L L L L B B B B B B B B B B B B B B B B 源地址就是物理地址，整个 KNX 设施中，物理地址必须唯一。物理地址在主要用于程序下载、诊断、排错等，总线设备正常工作期间，物理地址没有任何作用。A=区 L=线路 B=总线设备 40 3目标地址目标地址 TP1 报文目标地址通常为某个组地址。但是，也可以为某个物理地址（系统报文）。基于位 17（16 位+1 位，该位位于路由计数字段，故称 17），接收方可以判定目标地址为组地址还是物理地址：若第17 位为“0”则目标地址是物理