X10 (estándar de la industria)

Módulos X10 (en horario desde la parte superior izquierda): Un módulo de lámpara BSR original, un "modulo de chime", un módulo de lámpara reciente, un módulo de salida

X10 es un protocolo de comunicación entre dispositivos electrónicos utilizados para la domótica (domótica). Utiliza principalmente cableado de línea eléctrica para señalización y control, donde las señales involucran breves ráfagas de radiofrecuencia que representan información digital. También se define un transporte de protocolo inalámbrico basado en radio.

X10 fue desarrollado en 1975 por Pico Electronics de Glenrothes, Escocia, para permitir el control remoto de dispositivos y electrodomésticos. Fue la primera tecnología de red domótica de propósito general y sigue siendo la más disponible.

Aunque existen varias alternativas de mayor ancho de banda, X10 sigue siendo popular en el entorno doméstico con millones de unidades en uso en todo el mundo y la disponibilidad económica de nuevos componentes.

Historia

En 1970, un grupo de ingenieros fundó una empresa en Glenrothes, Escocia, llamada Pico Electronics. La empresa desarrolló la primera calculadora de un solo chip. Cuando los precios de los circuitos integrados de las calculadoras comenzaron a caer, Pico se volvió a centrar en productos comerciales en lugar de simples circuitos integrados.

En 1974, los ingenieros de Pico desarrollaron conjuntamente un giradiscos para discos LP, el ADC Accutrac 4000, con Birmingham Sound Reproducers, en ese momento el mayor fabricante de cambiadores de discos del mundo. Podría programarse para reproducir pistas seleccionadas y podría operarse mediante un control remoto utilizando señales de ultrasonido, lo que provocó la idea del control remoto para luces y electrodomésticos. Para 1975 se concibe el proyecto X10, llamado así por ser el décimo proyecto. En 1978, los productos X10 comenzaron a aparecer en las tiendas RadioShack y Sears. Junto con BSR se formó una sociedad, con el nombre de X10 Ltd. En ese momento, el sistema constaba de una consola de comando de 16 canales, un módulo de lámparas y un módulo de electrodomésticos. Poco después llegó el módulo de interruptor de pared y el primer temporizador X10.

En la década de 1980, se lanzó la interfaz de computadora CP-290. El software de la interfaz se ejecuta en Commodore 64, Apple II, Macintosh, MS-DOS y MS-Windows.

En 1985, BSR cerró y se formó X10 (USA) Inc. A principios de la década de 1990, el mercado de consumo se dividía en dos categorías principales, la gama ultra alta con un presupuesto de 100 000 USD y el mercado masivo con presupuestos de 2000 a 35 000 USD. CEBus (1984) y LonWorks (1991) fueron intentos de mejorar la confiabilidad y reemplazar X10.

Marcas

Los componentes X10 se venden bajo una variedad de marcas:

• X10 Powerhouse
• X10 Pro
• X10 Activehome
• Radio Shack Plug 'n Power
• Leviton Central Control System (CCS)
• Leviton Decora Controles Electrónicos
• Sears Home Control System
• Stanley LightMaker
• Stanley Homelink
• Black & Decker Freewire
• IBM Home Director
• RCA Home Control
• GE Homeminder
• Tecnologías avanzadas de control (ACT)
• Magnavox Home Security
• Nutone
• Schlage
• Smarthome
• Seguridad
• HAL
• HomeSeer

Descripción general del control del operador de línea eléctrica

Módulos X10: El interior de un módulo de dispositivo (nota el relé de impulso a la izquierda) y un módulo de lámpara (nota el TRIAC y el fregadero de calor)

El cableado eléctrico doméstico que alimenta las luces y los electrodomésticos se utiliza para enviar datos digitales entre dispositivos X10. Estos datos se codifican en una portadora de 120 kHz que se transmite como ráfagas durante los cruces por cero relativamente silenciosos de la forma de onda de corriente alterna de 50 o 60 Hz CA. Se transmite un bit en cada cruce por cero.

Los datos digitales consisten en una dirección y un comando enviado desde un controlador a un dispositivo controlado. Los controladores más avanzados también pueden consultar dispositivos igualmente avanzados para responder con su estado. Este estado puede ser tan simple como "apagado" o 'encendido', o el nivel de atenuación actual, o incluso la temperatura u otra lectura del sensor. Los dispositivos generalmente se enchufan en la pared donde se enchufa una lámpara, un televisor u otro electrodoméstico; sin embargo, algunos controladores incorporados también están disponibles para interruptores de pared y accesorios de techo.

La onda portadora de frecuencia relativamente alta que transporta la señal no puede pasar a través de un transformador de potencia ni a través de las fases de un sistema multifásico. Para sistemas de fase dividida, la señal se puede acoplar pasivamente de rama a rama usando un capacitor pasivo, pero para sistemas trifásicos o donde el capacitor proporciona un acoplamiento insuficiente, se puede usar un repetidor X10 activo. Para permitir que las señales se acoplen entre fases y aún coincidan con el punto de cruce por cero de cada fase, cada bit se transmite tres veces en cada medio ciclo, compensado por 1/6 de ciclo.

También puede ser conveniente bloquear las señales X10 para que no salgan del área local, de modo que, por ejemplo, los controles X10 de una casa no interfieran con los controles X10 de una casa vecina. En esta situación, se pueden utilizar filtros inductivos para atenuar las señales X10 que entran o salen del área local.

Protocolo

Ya sea mediante comunicación por línea eléctrica o por radio, los paquetes transmitidos mediante el protocolo de control X10 constan de un código de casa de cuatro bits seguido de uno o más códigos de unidad de cuatro bits, finalmente seguido de un comando de cuatro bits. Para comodidad de los usuarios que configuran un sistema, el código de casa de cuatro bits se selecciona como una letra de la A a la P, mientras que el código de unidad de cuatro bits es un número del 1 al 16.

Cuando se instala el sistema, cada dispositivo controlado se configura para responder a una de las 256 direcciones posibles (16 códigos de casa × 16 códigos de unidad); cada dispositivo reacciona a los comandos dirigidos específicamente a él, o posiblemente a varios comandos de transmisión.

El protocolo puede transmitir un mensaje que dice "seleccione el código A3", seguido de "encender", que ordena a la unidad "A3" para encender su dispositivo. Se pueden abordar varias unidades antes de dar el comando, lo que permite que un comando afecte a varias unidades simultáneamente. Por ejemplo, "seleccione A3", "seleccione A15", "seleccione A4" y, finalmente, "encienda", hace que las unidades A3, A4 y A15 para que todos se enciendan.

Tenga en cuenta que no existe ninguna restricción que impida el uso de más de un código de casa dentro de una sola casa. El mensaje "todas las luces encendidas" comando y "todas las unidades apagadas" los comandos solo afectarán a un solo código de casa, por lo que una instalación que usa múltiples códigos de casa tiene los dispositivos divididos en zonas separadas.

Unidireccional vs bidireccional

Los dispositivos X10 económicos solo reciben comandos y no reconocen su estado al resto de la red. Los dispositivos de controlador bidireccional permiten una red más sólida, pero cuestan de dos a cuatro veces más y requieren dispositivos X10 bidireccionales.

Lista de comandos X10

Lista de codificaciones de códigos de casa y unidad X10

Tenga en cuenta que los valores binarios para los códigos de casa y unidad se corresponden, pero no son una secuencia binaria directa. Un código de unidad va seguido de un "0" bit para distinguirlo de un código de comando (detallado arriba).

Detalles de la capa física

En el flujo de corriente CA de 60 Hz, cada bit transmitido requiere dos cruces por cero. Un "1" bit está representado por un cruce por cero activo seguido de un cruce por cero inactivo. Un "0" bit está representado por un cruce por cero inactivo seguido de un cruce por cero activo. Un cruce por cero activo se representa mediante una ráfaga de 1 milisegundo de 120 kHz en el punto de cruce por cero (nominalmente 0°, pero dentro de los 200 microsegundos del punto de cruce por cero). Un cruce por cero inactivo no tendrá un pulso de señal de 120 kHz.

Para proporcionar un punto de inicio predecible, cada marco de datos transmitido siempre comienza con un código de inicio de tres cruces por cero activos seguidos de un cruce inactivo. Dado que todos los bits de datos se envían como un cruce por cero activo y uno inactivo (o uno inactivo y otro activo), el código de inicio, que posee tres cruces activos seguidos, puede detectarse de forma única. Muchos gráficos de protocolo X10 representan este código de inicio como "1110", pero es importante darse cuenta de que es en términos de cruces por cero, no bits de datos.

Inmediatamente después del código de inicio, aparece un código de casa de 4 bits (normalmente representado por las letras A a P en las unidades de interfaz), y después del código de casa viene un de 5 bits código de función. Los códigos de función pueden especificar un código de número de unidad (1–16) o un código de comando. El número de unidad o código de comando ocupa los primeros 4 de los 5 bits. El bit final es un 0 para un código de unidad y un 1 para un código de comando. Se pueden transmitir varios códigos de unidad en secuencia antes de enviar finalmente un código de comando. El comando se aplicará a todos los códigos de unidad enviados. También es posible enviar un mensaje sin códigos de unidad, solo un código de casa y un código de comando. Esto se aplicará al comando del último grupo de códigos de unidades enviado previamente.

Un código de inicio, un código de casa y un código de función se conocen como marco X10 y representan los componentes mínimos de un paquete de datos X10 válido.

Cada trama se envía dos veces seguidas para asegurarse de que los receptores la entiendan por encima del ruido de la línea eléctrica con fines de redundancia, confiabilidad y para acomodar repetidores de línea. Después de permitir la retransmisión, el control de línea, etc., las velocidades de datos rondan los 20 bit/s, lo que hace que la transmisión de datos X10 sea tan lenta que la tecnología se limita a encender y apagar dispositivos u otras operaciones muy simples.

Siempre que los datos cambien de una dirección a otra dirección, de una dirección a un comando o de un comando a otro comando, los marcos de datos deben estar separados por al menos 6 cruces por cero claros (o "000000&# 34;). La secuencia de seis ceros restablece el hardware del decodificador del dispositivo.

Desarrollos posteriores (1997) de hardware son mejoras del hardware X10 nativo. En Europa (2001) para el mercado de 230 VAC 50 Hz. Todos los productos mejorados usan el mismo protocolo X10 y son compatibles.

Protocolo RF

Un interruptor de radio de cuatro canales y transpondedor de radio a potencia

Para permitir teclados inalámbricos, interruptores remotos, sensores de movimiento, etc., también se define un protocolo RF. Los dispositivos inalámbricos X10 envían paquetes de datos que son casi idénticos al protocolo NEC IR utilizado por muchos controles remotos IR, y un receptor de radio proporciona un puente que convierte estos paquetes de radio en paquetes de control de línea de alimentación X10 ordinarios. El protocolo inalámbrico opera a una frecuencia de 310 MHz en los EE. UU. y 433,92 MHz en los sistemas europeos.

Los dispositivos disponibles que utilizan el protocolo de radio incluyen:

• Controladores de teclado, por ejemplo el X10 Palm Pad HR12A ("clickers")
• Controladores de cadena que pueden controlar uno a cuatro dispositivos X10, como el KR19A.
• Módulos de alarma de Burglar que pueden transmitir datos de sensores
• Interruptores infrarrojos pasivos para controlar la iluminación y los chimes X-10
• Estallidos de información no pasivos

Soporte de hardware

Módulos de dispositivos

Módulos X10: Un módulo de toma de luz

Dependiendo de la carga a controlar, se deben utilizar diferentes módulos. Para cargas de lámparas incandescentes, se puede utilizar un módulo de lámpara o interruptor de pared. Estos módulos conmutan la alimentación mediante un interruptor de estado sólido TRIAC y también pueden atenuar la carga de la lámpara. Los módulos de lámpara tienen un funcionamiento casi silencioso y, en general, están clasificados para controlar cargas que van desde aproximadamente 60 a 500 vatios.

Para cargas que no sean lámparas incandescentes, como lámparas fluorescentes, lámparas de descarga de alta intensidad y electrodomésticos, la conmutación electrónica basada en triac en el módulo de la lámpara no es adecuada y se debe instalar un módulo de dispositivo. utilizarse en su lugar. Estos módulos conmutan la alimentación mediante un relé de impulsos. En los EE. UU., estos módulos generalmente están clasificados para controlar cargas de hasta 15 amperios (1800 vatios a 120 V).

Muchos módulos de dispositivos ofrecen una característica llamada control local. Si el módulo está apagado, accionar el interruptor de encendido de la lámpara o aparato hará que el módulo se encienda. De esta forma, se puede seguir encendiendo una lámpara o encender una cafetera sin necesidad de utilizar un controlador X10. Es posible que los módulos de interruptores de pared no ofrezcan esta función. Como resultado, es posible que los módulos de electrodomésticos más antiguos no funcionen, por ejemplo, con una carga muy baja, como una lámpara de mesa LED de 5 W.

Algunos módulos de interruptores de pared ofrecen una función llamada atenuación local. Normalmente, el pulsador local de un módulo de interruptor de pared simplemente ofrece control de encendido/apagado sin posibilidad de atenuar localmente la lámpara controlada. Si se ofrece atenuación local, mantener presionado el botón hará que la lámpara pase por su rango de brillo.

Los módulos de gama alta tienen funciones más avanzadas, como niveles programables, tasas de desvanecimiento personalizables, la capacidad de transmitir comandos cuando se usan (conocidos como dispositivos bidireccionales) y compatibilidad con escena.

Existen módulos de sensores que detectan e informan de temperatura, luz, infrarrojos, movimiento o aperturas y cierres de contactos. Los módulos de dispositivos incluyen termostatos, alarmas audibles y controladores para interruptores de bajo voltaje.

Controladores

Controladores X10: Un controlador simple (abajo izquierdo), un controlador de radio (centro superior), y un controlador original (abajo derecho) utilizable con un control remoto ultrasónico

Los controladores X10 van desde extremadamente simples hasta muy sofisticados.

Los controladores más simples están dispuestos para controlar cuatro dispositivos X10 en cuatro direcciones secuenciales (1 a 4 o 5 a 8). Los controladores normalmente contienen los siguientes botones:

• Dependencia 1/desactivada
• Dependencia 2/desactivada
• Dependencia 3/desactivada
• Unidad 4/desactivada
• Brighten/dim (última unidad seleccionada)
• Todas las luces en / todas las unidades apagadas

Los controladores más sofisticados pueden controlar más unidades o incorporar temporizadores que realizan funciones preprogramadas en momentos específicos cada día. También hay unidades disponibles que utilizan detectores de movimiento infrarrojos pasivos o fotocélulas para encender y apagar las luces según las condiciones externas.

Por último, hay unidades muy sofisticadas disponibles que se pueden programar y/o controlar completamente con un software llamado Active Home, como la interfaz serial CM11A. Estos sistemas pueden ejecutar muchos eventos cronometrados diferentes, responder a sensores externos y ejecutar, con solo presionar un botón, una escena completa, encender luces, establecer niveles de brillo, etc. Los programas de control están disponibles para computadoras que ejecutan los sistemas operativos Microsoft Windows, Apple's Macintosh, Linux y FreeBSD.

También hay disponibles sistemas de alarma antirrobo. Estos sistemas contienen sensores de puertas/ventanas, así como sensores de movimiento que usan una señal codificada de radiofrecuencia (RF) para identificar cuándo se activan o simplemente para registrarse de forma rutinaria y dar una señal de latido del corazón para mostrar que el sistema todavía está funcionando. activo. Los usuarios pueden armar y desarmar su sistema a través de varios controles remotos diferentes que también usan una señal de RF codificada para garantizar la seguridad. Cuando se activa una alarma, la consola realizará una llamada telefónica saliente con un mensaje grabado. La consola también utilizará los protocolos X10 para encender las luces cuando se active una alarma mientras la consola de seguridad hace sonar una sirena externa. Utilizando los protocolos X10, las señales también se enviarán a sirenas remotas para mayor seguridad.

Puentes

Hay puentes para traducir X10 a otros estándares domóticos (por ejemplo, KNX). ioBridge se puede utilizar para traducir el protocolo X10 a una API de servicio web a través del módulo de interfaz Powerline X10 PSC04. El controlador para el hogar magDomus de magnocomp permite la interconexión e interoperación entre la mayoría de las tecnologías de automatización del hogar.

Termostato

Dado que X10 es un estándar abierto, empresas como RCS lanzaron un modelo de termostato controlable x10 TX15-B, que se puede controlar a través de una interfaz web o una computadora que ejecuta un software X10 como HAL o HomeSeer.

Limitaciones

Compatibilidad

Los interruptores de estado sólido que se usan en los controles X10 pasan una corriente de fuga muy pequeña. Las lámparas fluorescentes compactas pueden mostrar un parpadeo molesto cuando se apagan; Los fabricantes de lámparas fluorescentes compactas recomiendan no controlar las lámparas con temporizadores de estado sólido o controles remotos.

Es posible que algunos controladores X10 con salidas triac de estado sólido no funcionen bien con dispositivos de baja potencia (menos de 50 vatios) o dispositivos como bombillas fluorescentes debido a la corriente de fuga del dispositivo. Un módulo de electrodomésticos, utilizando un relé con contactos metálicos, puede resolver este problema. Muchas unidades de electrodomésticos más antiguas tienen un 'control local' característica por la cual el relé se puentea intencionalmente con una resistencia de alto valor; el módulo puede entonces detectar el propio interruptor del aparato y encender el relé cuando se acciona el interruptor local. Esta corriente de detección puede ser incompatible con las lámparas LED o CFL.

No todos los dispositivos se pueden usar en un atenuador. Las lámparas fluorescentes no se pueden atenuar con atenuadores de lámparas incandescentes; ciertos modelos de lámparas fluorescentes compactas son regulables pero cuestan más. Los aparatos motorizados, como ventiladores, etc., generalmente no funcionarán como se espera en un atenuador.

Cableado y fuentes de interferencia

Un problema con X10 es la atenuación excesiva de las señales entre los dos conductores vivos en el sistema de 120/240 voltios de 3 hilos que se usa en la construcción residencial típica de América del Norte. Es posible que las señales de un transmisor en un conductor vivo no se propaguen a través de la alta impedancia del devanado del transformador de distribución al otro conductor vivo. A menudo, simplemente no hay una ruta confiable para permitir que las señales X10 se propaguen de un cable de la pierna del transformador al otro; esta falla puede aparecer y desaparecer cuando se encienden y apagan dispositivos grandes de 240 voltios, como estufas o secadoras. (Cuando se encienden, estos dispositivos proporcionan un puente de baja impedancia para las señales X10 entre los dos cables de las patas). Este problema se puede solucionar permanentemente instalando un condensador entre los cables de las patas como ruta para las señales X10; los fabricantes suelen vender acopladores de señal que se conectan a enchufes de 240 voltios que realizan esta función. Las instalaciones más sofisticadas instalan un dispositivo repetidor activo entre las piernas, mientras que otras combinan amplificadores de señal con un dispositivo de acoplamiento. También se necesita un repetidor para la comunicación entre fases en viviendas con energía eléctrica trifásica. En muchos países fuera de América del Norte, las casas enteras suelen estar cableadas con un solo cable monofásico de 240 voltios, por lo que este problema no ocurre.

Los receptores de televisión o los dispositivos inalámbricos domésticos pueden provocar señales falsas de 'apagado'. o "en" señales El filtrado de ruido (instalado en computadoras y en muchos electrodomésticos modernos) puede ayudar a mantener el ruido externo fuera de las señales X10, pero los filtros de ruido no diseñados para X10 también pueden atenuar las señales X10 que viajan en el circuito derivado al que está conectado el dispositivo.

Ciertos tipos de fuentes de alimentación que se utilizan en equipos electrónicos modernos, como computadoras, receptores de televisión y receptores de satélite, atenúan el paso de las señales X10 al proporcionar una ruta de baja impedancia a las señales de alta frecuencia. Por lo general, los condensadores utilizados en las entradas de estas fuentes de alimentación cortan la señal X10 de línea a neutral, lo que suprime cualquier esperanza de control X10 en el circuito cercano a ese dispositivo. Hay filtros disponibles que bloquearán las señales X10 para que nunca lleguen a dichos dispositivos; enchufar dispositivos ofensivos en dichos filtros puede curar misteriosas fallas intermitentes de X10.

Tener una fuente de alimentación de respaldo o una fuente de alimentación de reserva, como la que se usa con computadoras u otros dispositivos electrónicos, puede arruinar por completo esa pierna en una instalación doméstica debido al filtrado que se usa en la fuente de alimentación.

Los comandos se pierden

Las señales X10 solo se pueden transmitir un comando a la vez, primero dirigiéndose al dispositivo para controlarlo y luego enviando una operación para que ese dispositivo realice. Si se transmiten dos señales X10 al mismo tiempo, pueden colisionar o intercalarse, lo que genera comandos que no se pueden decodificar o que activan operaciones incorrectas. El transceptor CM15A y RR501 puede evitar estas colisiones de señal que a veces pueden ocurrir con otros modelos.

Falta de velocidad

El protocolo X10 es lento. Se necesitan aproximadamente tres cuartos de segundo para transmitir una dirección de dispositivo y un comando. Si bien generalmente no se nota cuando se usa un controlador de mesa, se convierte en un problema notable cuando se usan interruptores de 2 vías o cuando se utiliza algún tipo de controlador computarizado. El retraso aparente se puede reducir un poco utilizando velocidades de atenuación del dispositivo más lentas. Con módulos más avanzados, otra opción es usar comandos extendidos de control de grupo (escena de iluminación). Estos permiten ajustar varios módulos a la vez con un solo comando.

Funcionalidad limitada

El protocolo X10 admite un control más avanzado sobre la velocidad de atenuación, la configuración directa del nivel de atenuación y el control de grupo (configuración de escena). Esto se hace a través de un conjunto de mensajes extendidos, que es una parte oficial del estándar X10. Sin embargo, el soporte para todos los mensajes extendidos no es obligatorio y muchos módulos más económicos implementan solo el conjunto de mensajes básicos. Estos requieren ajustar cada circuito de iluminación uno tras otro, lo que puede ser visualmente poco atractivo y también muy lento.

Interferencia y falta de cifrado

Los protocolos RF y de línea de alimentación X10 estándar no son compatibles con el cifrado y solo pueden abordar 256 dispositivos. Las señales de línea de alimentación sin filtrar de vecinos cercanos que usan las mismas direcciones de dispositivo X10 pueden interferir entre sí. Las señales inalámbricas de RF que interfieren pueden recibirse de manera similar, y es fácil para cualquier persona cercana con un control remoto X10 RF causar caos a sabiendas o no si se usa un dispositivo de RF a la línea de alimentación en las instalaciones.