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物联网智慧家庭的自动控制方案解析

分类:解决方案 作者:微甄智能 来源:网络
摘要:  近来物联网(IoT)潮流兴起,以及低成本感测与控制元件大量出笼,使得智慧家庭的发展快速升温,各种家用装置已开始加入联网与智慧化功能。此一转变,也让自动化控制应用逐渐由

  近来物联网(IoT)潮流兴起,以及低成本感测与控制元件大量出笼,使得智慧家庭的发展快速升温,各种家用装置已开始加入联网与智慧化功能。此一转变,也让自动化控制应用逐渐由过往较大型的工厂、商办大楼或公共场所,进入一般民众家中。

物联网智慧家庭的自动控制方案解析

  物联网(IoT)概念兴起前,自动控制(Automation)已经有相当长的发展历史,从工厂、办公大楼、附属设施到住家,都是自动控制的应用范围。早期相关元件布建成本、软硬件整合技术门槛较高,自动控制多半仅出现在工厂、较大型的商办大楼或设施等场所,对于家庭应用一直未能普及。

  近年来随着低成本感测与控制元件的出现、网络撷取技术的蓬勃发展,还有各种智能装置的快速普及,使得IoT概念被提出,不仅智慧家庭普及露出曙光,对于整个自动控制领域也出现新的契机。但本该是一脉相承的自动控制与IoT领域,有时观察起来却存在着一种「代沟」,因此本文将从自动控制、IoT的应用需求,探讨相关技术、解决方案的发展趋势。

  自动控制逐步向IP网络靠拢

  相信较早进入建筑物自动控制领域的人应该都对Modbus协定不陌生,由Modicon公司于1979年提出的Modbus协定因为资料格式简单易懂,快速地成为早期控制网络的共通标准。

  包含Modbus在内的早期控制网络,在实体层均使用有线序列通讯(Serial)的线路标准布建,较为常见的是RS422与RS485两种。这类序列通讯需要注意的问题相当多,诸如讯号本身的位元率(Baud-rate)、奇/偶函数检查(Parity)、停止位元(Stop Bit)与讯息间的间隔时间等,还有线材的材质、长度、绞线规格、串接方式、干扰隔离与终端电阻等,均可能对通讯品质造成影响。这些因素也使得传统序列通讯的控制网络有较高的布建、维护成本与实作技术门槛。

  随着电脑网络发展,TCP/IP逐渐成为电脑网络上共通的通讯协定架构,一些传统的控制网络也渐渐发展为以TCP/IP为基础的架构。因应这样子的趋势,Modbus协定也由以往使用序列通讯的Modbus RTU,进化到使用Ethernet搭配TCP/IP通讯协定架构,利用传输控制协议(TCP)传输层协定承载原本序列通讯内容的Modbus TCP。

  拜Ethernet架构的简单、维护成本低廉且在电脑网络中被大量应用等优势所赐,与旧有架构比起来,Modbus TCP毋须担心复杂的序列通讯的讯号、线材规范,使得布建与维护的成本、技术门槛均降低不少。

  也因为使用TCP/IP通讯协定架构,可以使用网络层IP协定进行定址(Addressing)、选径(Routing),也使得Modbus TCP有较大范围的定址空间与支援较大型网域的能力。若搭配网络桥接器(Bridge),也可经由无线、电力线、光纤等网络型态传输,让Modbus TCP适用于更复杂的网络环境(图1)。

物联网智慧家庭的自动控制方案解析

  图1 传统的自动控制网络往TCP/IP协定架构靠拢后,能够与电脑网络、其他IoT网络整合,创造更多元化的应用。

  另一方面,随着电子元件大量生产、成本降低,各种更贴近电脑网络,并标榜成本低廉、容易开发的感测器、控制器和相关整合架构如雨后春笋般出现。例如各种使用ZigBee、蓝牙低功耗(BLE)的微型感测器、Arduino、树莓派(Raspberry Pi)等,其中也不乏大厂投入。这类解决方案都大量使用无线传输、容易相容于电脑网络,并打着IoT的旗号,俨然成为新的兵家必争之地。

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