我們將分三講介紹下面三種通信介質(zhì)的工作原理，本期為第三講。

KNX 系統(tǒng)主要采用以下三種通信介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)：

· 總線電纜（雙絞線電纜）

· 電力線

· RF（868 MHz ）無線通信

無線通信作為通信介質(zhì)

1 拓撲結(jié)構(gòu)

使用無線通信介質(zhì)的 KNX系統(tǒng)不采用分層的結(jié)構(gòu)形式，只要在無線通信范圍內(nèi)，設(shè)備可以安裝在任意位置，任何一個傳感器都可以和任何一個執(zhí)行器進行通信。
采用無線通信介質(zhì)無法限制一個系統(tǒng)報文的傳輸范圍，也就是說一個無線 KNX系統(tǒng)的報文也可以被附近別的無線 KNX系統(tǒng)的設(shè)備所接收。為了防止這種干擾，每個發(fā)送設(shè)備發(fā)出的報文中包括了設(shè)備識別碼，只有和發(fā)送設(shè)備相關(guān)的接收設(shè)備才會解讀這個報文。
在實際應(yīng)用中，往往利用建筑物的墻壁、天花板和室內(nèi)設(shè)備作為分隔相鄰無線 KNX系統(tǒng)的輔助手段。另一方面，如果采用中繼器就可以使無線通信信號跨越若干個樓層，從而擴展一個無線 KNX 系統(tǒng)的范圍。

圖1  無線 KNX 系統(tǒng)的中繼器的功能

一個 KNX 系統(tǒng)可以全部由無線通信介質(zhì)組成，也可以由無線通信、雙絞線和電力線通信介質(zhì)混合組成。只要采用介質(zhì)耦合器可以把信息和指令從一種通信介質(zhì)傳送到另一種通信介質(zhì)。

圖2 無線 KNX 系統(tǒng)和混合型 KNX 系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)

2 傳輸技術(shù)
無線 KNX系統(tǒng)采用無線調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可以是幅值調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制或這些調(diào)制方法的組合。經(jīng)過調(diào)制的載波發(fā)送到接收設(shè)備，經(jīng)過解調(diào)，恢復(fù)為原來的信號。

圖3 無線 KNX 系統(tǒng)的調(diào)制原理

在無線 KNX 系統(tǒng)中一般采用頻率調(diào)制法或移頻鍵控法（FSK）進行調(diào)制。以載波頻率（或稱中間頻率）為基礎(chǔ)，正反兩個方向發(fā)生偏移的頻率分別代表邏輯“0”和邏輯“1”。無線 KNX 系統(tǒng)的中間頻率為 868.30 MHz，信息的傳輸速率為 16,384 bits/s，并按照曼徹斯特編碼方式調(diào)制，即從“0”到“1”（或相反）的變化沿位于調(diào)制脈沖的過零點。采用這種編碼方式可以隨時調(diào)整同步信號，使得發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備比較容易同步。
無線 KNX系統(tǒng)的傳輸頻率處于工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用頻段（ISM頻段），在這個頻段對不同應(yīng)用領(lǐng)域的頻率范圍有嚴格的規(guī)定。
無線 KNX 設(shè)備最大的發(fā)送功率為 12 mW。每一臺設(shè)備發(fā)送信號的時間（或稱負載周期）為 1%，即每分鐘最多有 0.6 秒的發(fā)送時間。由于有嚴格的發(fā)送時間限制，不可能有某臺設(shè)備連續(xù)發(fā)送信號而造成無線通信網(wǎng)路的阻塞。

圖4 無線 KNX 系統(tǒng)信息的發(fā)送和接收原理

3 總線訪問
單向傳輸?shù)脑O(shè)備在需要時直接發(fā)出報文，由于負載周期僅為 1%，因此幾乎不會發(fā)生沖突。
雙向傳輸?shù)脑O(shè)備在發(fā)出報文前先偵測通信信道是否空閑，如果信道被占用，設(shè)備就等待直到信道空閑后再發(fā)出報文。

4 報文的結(jié)構(gòu)及尋址方式
無線 KNX 系統(tǒng)的報文由若干個數(shù)據(jù)段組成，每個數(shù)據(jù)段之間由檢查和字節(jié)分隔開。每一個數(shù)據(jù)段或者包含有用的信息，如開關(guān)或調(diào)整亮度的指令，或者包含用于尋址的總線專用信息。報文的開始段和結(jié)尾段用于同步接收設(shè)備。

圖5 無線 KNX 系統(tǒng)的報文

第 1 數(shù)據(jù)段由控制段（2 字節(jié)）、設(shè)備的 KNX 序列號（4 字節(jié)）和檢查和（2 字節(jié)）組成。
控制段的信息包括報文長度、傳輸質(zhì)量（接收容量）和設(shè)備供電電池的工作狀態(tài)。
KNX 序列號是在設(shè)備生產(chǎn)過程中設(shè)置的唯一的、不可改變的設(shè)備標識符，它出現(xiàn)在每個報文中，并作為發(fā)送設(shè)備的源地址存入接收設(shè)備中，在系統(tǒng)調(diào)試和設(shè)備無線連接時應(yīng)用。 KNX 序列號不僅用于總線設(shè)備的尋址，也用于區(qū)別分屬于不同無線 KNX 系統(tǒng)的設(shè)備。
檢查和用于接收設(shè)備檢查和判斷報文的傳輸是否發(fā)生錯誤。

圖6 第 1 數(shù)據(jù)段

第 2數(shù)據(jù)段除了包括控制段和檢查和以外，還包括專屬源地址、目的地址和有用信息。

專屬源地址是設(shè)備的物理地址，是在系統(tǒng)調(diào)試過程中由主控制器或耦合器自動生成的，在設(shè)備編程時有用。
目的地址在設(shè)備不同的運行狀態(tài)時有不同的內(nèi)容，而且與設(shè)備訪問的目的設(shè)備有關(guān)。在為設(shè)備編程時目標地址是該設(shè)備的專屬源地址，在正常工作時（如設(shè)備之間傳輸開關(guān)指令）目標地址應(yīng)包含通信目標的設(shè)備序列號。
有用信息中的數(shù)據(jù)包括指令、信息、設(shè)定參數(shù)、測量值等。
根據(jù)有用信息的長度，一個 KNX 無線報文中可能有多個數(shù)據(jù)段。

圖7 第 2 數(shù)據(jù)段

 
5 總線設(shè)備的結(jié)構(gòu)
無線 KNX 系統(tǒng)中可連接嵌入安裝式設(shè)備、盤面安裝式設(shè)備和集成式設(shè)備。
通常把開關(guān)、調(diào)光器和百葉窗控制器等做成嵌入安裝式設(shè)備，操作按鈕和面板卡在嵌入部分上面，無線通信單元安排在面板后面或設(shè)備的嵌入部份中。
盤面安裝式和集成式總線設(shè)備包括各種傳感器、執(zhí)行器和復(fù)合性設(shè)備，有多種安裝的方法，可以粘貼，也可以安裝在盤面上。
對于無線 KNX設(shè)備，按傳統(tǒng)思路分成總線耦合單元、應(yīng)用模塊和可加載的應(yīng)用軟件三個部分就不太合適了。一般情況下它們都做成一個整體，應(yīng)用軟件則固化在設(shè)備中。

圖8 無線 KNX 設(shè)備結(jié)構(gòu)模式

BCU = 總線耦合單元（無線）

AM = 應(yīng)用模塊

根據(jù)不同的應(yīng)用要求，總線設(shè)備可以具有單向傳輸或雙向傳輸?shù)墓δ?，單向傳輸設(shè)備可能是發(fā)送信息也可能是接受信息。發(fā)送信息的設(shè)備包括電池供電的傳感器、檢測器，如：手持式和壁裝式信號發(fā)生器、開關(guān)量輸入裝置、門窗開關(guān)。接收信息的設(shè)備包括各種指令接收裝置：如執(zhí)行器。
中繼器屬于雙向傳輸設(shè)備，對無線報文起到自動路由的作用，從而擴大系統(tǒng)的工作范圍。中繼器可能是一臺獨立的裝置，也可能集成在某個雙向傳輸設(shè)備中。
無線 KNX設(shè)備還包括各種控制器、顯示裝置和操作盤，在這些設(shè)備上如果配置相應(yīng)的以太網(wǎng)接口，就可以起到網(wǎng)關(guān)的作用，把無線 KNX 系統(tǒng)與以太網(wǎng)系統(tǒng)連接起來。
采用介質(zhì)耦合器可以把無線 KNX 系統(tǒng)與雙絞線 KNX 系統(tǒng)和電力線 KNX 系統(tǒng)連接在一起。

KNX 系統(tǒng)基本原理第一部分結(jié)束，之后我們還將繼續(xù)推出KNX系統(tǒng)基本原理的其他部分及KNX相關(guān)知識介紹，敬請期待！