【讲堂】KNX 系统基本原理（三）

我们将分三讲介绍下面三种通信介质的工作原理，本期为第三讲。


KNX 系统主要采用以下三种通信介质传输数据：
• 总线电缆（双绞线电缆）
• 电力线
• RF（868 MHz ）无线通信

无线通信作为通信介质

1 拓扑结构
使用无线通信介质的 KNX系统不采用分层的结构形式，只要在无线通信范围内，设备可以安装在任意位置，任何一个传感器都可以和任何一个执行器进行通信。
采用无线通信介质无法限制一个系统报文的传输范围，也就是说一个无线 KNX系统的报文也可以被附近别的无线 KNX系统的设备所接收。为了防止这种干扰，每个发送设备发出的报文中包括了设备识别码，只有和发送设备相关的接收设备才会解读这个报文。
在实际应用中，往往利用建筑物的墙壁、天花板和室内设备作为分隔相邻无线 KNX系统的辅助手段。另一方面，如果采用中继器就可以使无线通信信号跨越若干个楼层，从而扩展一个无线 KNX 系统的范围。

图1  无线 KNX 系统的中继器的功能

一个 KNX 系统可以全部由无线通信介质组成，也可以由无线通信、双绞线和电力线通信介质混合组成。只要采用介质耦合器可以把信息和指令从一种通信介质传送到另一种通信介质。

图2 无线 KNX 系统和混合型 KNX 系统的拓扑结构

2 传输技术
无线 KNX系统采用无线调制解调技术，可以是幅值调制、频率调制、相位调制或这些调制方法的组合。经过调制的载波发送到接收设备，经过解调，恢复为原来的信号。

图3 无线 KNX 系统的调制原理

在无线 KNX 系统中一般采用频率调制法或移频键控法（FSK）进行调制。以载波频率（或称中间频率）为基础，正反两个方向发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 868.30 MHz，信息的传输速率为 16,384 bits/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随时调整同步信号，使得发送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、科学和医学应用频段（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 12 mW。每一台设备发送信号的时间（或称负载周期）为 1%，即每分钟最多有 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号而造成无线通信网路的阻塞。

图4 无线 KNX 系统信息的发送和接收原理

3 总线访问
单向传输的设备在需要时直接发出报文，由于负载周期仅为 1%，因此几乎不会发生冲突。
双向传输的设备在发出报文前先侦测通信信道是否空闲，如果信道被占用，设备就等待直到信道空闲后再发出报文。

4 报文的结构及寻址方式
无线 KNX 系统的报文由若干个数据段组成，每个数据段之间由检查和字节分隔开。每一个数据段或者包含有用的信息，如开关或调整亮度的指令，或者包含用于寻址的总线专用信息。报文的开始段和结尾段用于同步接收设备。

图5 无线 KNX 系统的报文

 

第 1 数据段由控制段（2 字节）、设备的 KNX 序列号（4 字节）和检查和（2 字节）组成。
控制段的信息包括报文长度、传输质量（接收容量）和设备供电电池的工作状态。
KNX 序列号是在设备生产过程中设置的唯一的、不可改变的设备标识符，它出现在每个报文中，并作为发送设备的源地址存入接收设备中，在系统调试和设备无线连接时应用。 KNX 序列号不仅用于总线设备的寻址，也用于区别分属于不同无线 KNX 系统的设备。
检查和用于接收设备检查和判断报文的传输是否发生错误。

图6 第 1 数据段

第 2数据段除了包括控制段和检查和以外，还包括专属源地址、目的地址和有用信息。

专属源地址是设备的物理地址，是在系统调试过程中由主控制器或耦合器自动生成的，在设备编程时有用。
目的地址在设备不同的运行状态时有不同的内容，而且与设备访问的目的设备有关。在为设备编程时目标地址是该设备的专属源地址，在正常工作时（如设备之间传输开关指令）目标地址应包含通信目标的设备序列号。
有用信息中的数据包括指令、信息、设定参数、测量值等。
根据有用信息的长度，一个 KNX 无线报文中可能有多个数据段。

图7 第 2 数据段

 
5 总线设备的结构
无线 KNX 系统中可连接嵌入安装式设备、盘面安装式设备和集成式设备。
通常把开关、调光器和百叶窗控制器等做成嵌入安装式设备，操作按钮和面板卡在嵌入部分上面，无线通信单元安排在面板后面或设备的嵌入部份中。
盘面安装式和集成式总线设备包括各种传感器、执行器和复合性设备，有多种安装的方法，可以粘贴，也可以安装在盘面上。
对于无线 KNX设备，按传统思路分成总线耦合单元、应用模块和可加载的应用软件三个部分就不太合适了。一般情况下它们都做成一个整体，应用软件则固化在设备中。

图8 无线 KNX 设备结构模式

BCU = 总线耦合单元（无线）

AM = 应用模块

根据不同的应用要求，总线设备可以具有单向传输或双向传输的功能，单向传输设备可能是发送信息也可能是接受信息。发送信息的设备包括电池供电的传感器、检测器，如：手持式和壁装式信号发生器、开关量输入装置、门窗开关。接收信息的设备包括各种指令接收装置：如执行器。
中继器属于双向传输设备，对无线报文起到自动路由的作用，从而扩大系统的工作范围。中继器可能是一台独立的装置，也可能集成在某个双向传输设备中。
无线 KNX设备还包括各种控制器、显示装置和操作盘，在这些设备上如果配置相应的以太网接口，就可以起到网关的作用，把无线 KNX 系统与以太网系统连接起来。
采用介质耦合器可以把无线 KNX 系统与双绞线 KNX 系统和电力线 KNX 系统连接在一起。

KNX 系统基本原理第一部分结束，之后我们还将继续推出KNX系统基本原理的其他部分及KNX相关知识介绍，敬请期待！

往期讲堂回顾
【讲堂】KNX 系统基本原理（二）

【讲堂】KNX 系统基本原理（一）

【讲堂】关于KNX编程基本规律

【讲堂】KNX领域入门三步走

谢谢分享

谢谢了 学习中！！！！

多谢分享