knx 協議入門

2021-06-28 14:42:23 字數 4234 閱讀 9287

knx是konnex的縮寫。2023年5月,歐洲三大匯流排協議eib、batibus和ehsa合併成立了konnex協會,提出了knx協議。該協議以eib為基礎,兼顧了batibus和ehsa的物理層規範,並吸收了batibus和ehsa中配置模式等優點,提供了家庭、樓宇自動化的完整解決方案。

knx通過一條匯流排將各個分散的裝置連線並分組和賦予不同的功能。系統採用序列資料通訊進行控制、監測和狀態報告,knx是基於事件控制的分布式匯流排系統,只有當匯流排上有事件發生時和需要傳輸資訊時才將報文傳送到匯流排上。

一、knx簡介

knx技術的通訊模型採用5層結構:物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層和應用層。knx物理層支援tp1(雙絞線)、pl110(電力線)、rf(射頻)和ethernet(乙太網),其中tp1介質應用最多。資料鏈路層實現匯流排裝置之間的資料傳輸,並解決網路中的通訊衝突問題,對於小knx系統中的匯流排裝置,網路層的功能很小,只是完成了傳輸層和資料鏈路層的通訊對映功能。大型knx系統中有耦合器類產品,作用是在網路層完成路由功能和跳數(hop)控制功能。傳輸層完成裝置之間的傳輸,有四種傳輸模式:點到點無連線、點到點有鏈結、廣播和多播。

knx傳輸介質主要是雙絞線,位元率為9600bit/s。匯流排由knx電源(dc24v)供電,資料傳輸和匯流排裝置電源共用一條電纜,資料報文調製在直流電源上。

knx系統有兩種配置模型:s-mode(系統模式)和e-mode(簡單模式)

e-mode:該配置機制是針對經過基本knx培訓的安裝人員。和s-mode相比,"e-mode"相容產品只提供有限的功能。e-mode元件是已經預先程式設計好的並且已經載入預設引數。使用簡單配置,可以部分的重新配置各個元件(主要是它的引數設定和通訊連線)。

ets軟體是系統設計、程式設計和除錯的工具軟體,可能需要購買。knx系統構建和各種引數設定都需要ets軟體,ets軟體安裝好後資料是空的,需要將各個製造商產品的引數匯入資料庫,knx認證過的產品應當會有光碟之類的介質儲存相關的產品資訊。

二、knx匯流排裝置和網路拓撲

匯流排耦合器(bcu)

物理外部介面(pei)

應用模組(am)

由上圖可知knx匯流排裝置主要由三部分組成。匯流排耦合單元主要由兩部分組成:控制器和收發器,這也是硬體設計的地方。匯流排耦合單元由自己的mcu並整合了knx協議棧;bcu會提供已定義的api(應用程式程式設計介面)函式,供am通過pei(一般是串列埠通訊)呼叫。knx匯流排裝置的bcu硬體都是相同的,乙個匯流排裝置的功能是有am模組的應用程式決定。由bcu和am可決定匯流排裝置可以是一體或者分離結構。"一體結構"的通訊部件和應用部件不可分離,不需要pei(物理外部介面),"一體結構"產品的匯流排耦合功能和應用功能是由乙個mcu實現;"分離結構"的產品其匯流排耦合功能和應用功能由不同的**處理單元分別實現。

由上圖可知knx匯流排裝置主要分為執行器(制動器)和感測器,如果knx系統網路較大還需要耦合器/路由器

knx系統拓撲的層次結構是線路、幹線(域)、主幹線。knx採用分層結構,分為域和線路;乙個系統有15個域,每個域有15條線路,每個線路有64個裝置。大型knx網路中支線/幹線耦合器(路由器)和中斷器和構建整個網路的關鍵裝置。

1、線路

線路是knx系統最小的單元,可接64個裝置;實際可連線的裝置數量應取決於匯流排電源和裝置耗電。每條線路最長1000m。如下圖所示:

2、幹線(域)

knx系統可以有15條線路通過線路耦合器(路由器)連線到主線路,如下圖所示:

3、主幹線(多個區域)

幹線可通過幹線耦合器(路由器)組成對個區域,一般情況下,乙個knx系統可接14400(15*15*64)個匯流排裝置。一般knx系統線路和幹線都採用knx通訊,如下圖所示:

三、knx系統通訊

knx匯流排裝置是通過報文傳輸資訊。裝置傳送報文後會收到應答,傳送裝置若收到nak(接收錯誤)確認時,通常會重**送報文三次;若收到busy(匯流排被占用)確認,傳送匯流排裝置將會等待乙個短時隙,此後重新嘗試傳送報文;若傳送匯流排裝置未收到確認,則最多重**送該報文三次,此後,終止傳送請求。knx技術應用csma/ca(載波偵聽多路訪問/衝突避免)和報文優先順序來控制介質訪問。knx系統採用單元位址化結構設計,分為實體地址和組位址。

knx系統通訊基本解釋

knx基本線路工作示意圖:

在knx網路中根據系統的等級結構和應用模組的功能賦予每個匯流排裝置相應的實體地址(用於識別匯流排裝置和反應在網路中的拓撲位置)和組位址(用於連線感測器和執行器的功能)。實體地址是knx系統中匯流排裝置的唯一編碼,它有域位址、線路位址和裝置位址組成;實體地址在系統中用於對裝置進行管理和配置。組位址是功能相關的位址,在系統中並不唯一;因此匯流排裝置根據功能分配乙個或多個組位址,可進行"多控一"或者"一控多"操作。在knx系統各種功能應該是靠組位址實現。實體地址在系統中主要用於程式下(通過ets軟體)、診斷、排錯等實體地址和組位址是通過工具軟體設定的

2、報文結構

當knx系統有事件發生,匯流排裝置就會向匯流排傳送報文。經過長達不短於ti的匯流排空閒時間之後,開始進行傳輸。報文傳輸完畢之後,匯流排裝置將使用t2檢查報文是否已被成功接收。如果沒有匯流排裝置來應答,傳送的報文會被重複。報文傳送後會收到報文傳輸時間如下圖所示:

標準報文結構圖

(1)、控制字段

上圖中a表示報文是否重複,b表示報文的優先順序

(2)、源位址、目標位址

報文中源位址只能是實體地址,表示報文傳送裝置自身所在的域和線路;目標滴孩子可以是實體地址或者組位址,它定義了通訊的接收物件,可以是一台或者多台裝置,也可以是在同一條線路或者不同的線路中。目標位址的第17位可由接收方可以判定目標位址為組位址還是實體地址。若為"0",則目標位址為實體地址僅對匯流排中乙個裝置進行定址。若為"1",為組位址,對匯流排中所有相同組位址的裝置定址。

(3)、路由計數、長度

該位元組除了包含lsdu(鏈層服務資料單元)資料的長度還包含乙個bit的標誌表明位址的屬性,以及3個bit的路由計數資訊。資料長度是指報文中實用資料位元組的長度。同時在每乙個資料報中包含乙個3bits的路由計數器。一般匯流排裝置計數器的初始值為6,每經過乙個匯流排耦合器、線路耦合器和中繼器等都減一,當這個計數值減為0時,這個報文就被丟棄,因而避免了死迴圈的問題。

(4)、實用資料

實用資料的長度根據應用的不同而改變,最少為2位元組,最多為16位元組。包括各種開關、調光、讀寫位址命令。報文中的每個字元均執行偶校驗,報文中全部字元的每乙個位位置均執行奇校驗,字元校驗和報文校驗相結合。

(5)、編碼方式

knx以雙絞線作為傳輸介質時,"0"和"1"兩個邏輯狀態採用乙個bit位表示;邏輯"0"有調製訊號到匯流排上(有6-9v的電壓下降),"1"期間的發生器被禁用沒有調製訊號,匯流排上只有直流訊號。因此邏輯"0"的優先順序高於邏輯"1'。

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