近些年，通用性串行接口(Universal Serial Bus，USB)的应用为家用电器自动化技术引进了一种更加简易的建立方式。文中详细介绍了创建在USB基本上面的、自主创新的家用电器自动化应用，并以根据USB的灯具操纵为例子，解读了根据USB的家用电器自动化技术的基本知识。最终，文中较为了USB和其它用以家用电器自动化技术的流行无线通信技术(如ZigBee通信协议书和Bluetooth无线通讯协议书等)的不同点。

　　1394连接(Plug-n-play) 的简便实际操作便是当家用电器插进PC上的USB端口号，便会与PC互换USB家用电器主要参数，进而解决了对家用电器插口开展安装的复杂工作中。依据经过USB端口号传输至PC的家用电器ioctl，全自动把家用电器配备为“准备就绪”情况。除此之外，在家用电器互联网上加上或删掉新家用电器，只需将他们简易地插下就可以。

　　伴随着功能丰富的新式半导体元器件的快速发展趋势，与此同时其价钱也随着做到顾客能够承担的水准，大家已经印证一场家电业中的自动化技术飓风。在这种技术性发展中就涉及了PC上USB的演变。如今，大家的日常日常生活各个方面都是使用PC机。我们与周边环境的互动交流，非常大水平上是根据PC机开展调节的。

　　除此之外，从PC的角度观察，USB使外部设备复位层面发生了极大的转变，不会再须要客户与PC机开展互动或关心PC机。USB协议书十分智能化，它能自动识别并推动高达127个联接在其系统总线上的机器设备。能够预料，USB将可以最后操纵和推动绝大多数家用电器。

　　因为USB能完成家用电器自动化技术，它针对终端用户是有效的，包含USB全自动洗衣机、烘干设备、全自动咖啡机、安全保卫系统软件及其家用电器控制面板，如图所示1所显示。值得一提的是，针对家用电器生产商来讲，在新产品检测层面，USB也十分有效。

　　USB的演变发展趋势，促使家用电器的1394连接变成实际，而这促进了电脑操作系统经销商对规范USB驱动软件给予适用。例如，Microsoft在其Windows电脑操作系统(OS)的各版本号中，给予了USB驱动软件适用，适用例如人机接口机器设备(Human Interface Device，HID)、通讯设备类(CommunicaTIon Device Class，CDC)和大容量存储器机器设备(Mass Storage Device，MSD)驱动软件。

　　USB的另一项关键主要用途与预付设备相关。例如，全自动洗衣连锁店能够向顾客发售洗衣服卡，洗衣服卡能够根据USB端口号开展载入，进而根据USB系统总线对全自动洗衣机开展操纵。USB系统总线给予了足够的数据信息率，用以纪录设备数据信息和纪录家用电器耗电量清单。针对具备USB系统总线的家用电器来讲，这类大容量存储器USB尤其适用数据信息纪录与操纵。

　　USB还能够用在家用电器的可靠应用上。比如，爸爸妈妈可以根据USB端口号对家用电器锁住和开启，避免小孩自身打开一些家用电器。那样能令人安心很多，在沒有法定监护人的情形下，小孩没法去实际操作有潜在的危险性的家用电器。

　　USB系统总线构架

　　USB是每条系统总线适用一个服务器的一种服务器操纵构架。绝大多数的PC上都是有好几个USB服务器。机器设备可用网络交换机以菊花链方法接入到服务器上。好几个网络交换机可以以菊花链方法相互连接，适用高达127个不一样机器设备，每一个菊花链段距离不可以超出五英尺。

　　这类黄菊花链式连接，产生了称之为层式星状(TIered Star)的网络拓扑结构,它与10-Base T以太网接口相近。与以太网接口网络拓扑结构对比，USB有一些优势，由于USB网络交换机能为联接在其上的机器设备供电系统，并在产生过电流问题时关掉机器设备。USB网络交换机还能适度过虑服务器和设施间的数据信息，完成低速档(LS)、飞速(FS)和快速(HS)机器设备的无缝拼接集成化。

　　USB是1394连接型协议书，能动态性载入和卸载掉USB驱动软件。要载入USB驱动软件，务必有USB服务提供商标志符(VID)和商品标志符(PID)。

　　VID用于鉴别USB系统总线的生产商。一般，VID由名叫“通用性串行接口开发人员社区论坛”(USB Implementers’ Forum，USB-IF，www.usb.org)机构分派，申请人必须付款申请注册VID花费。与VID相近，PID是一个16位数据，PID标志的是商品，机器设备厂家给予PID号。有别于VID，针对PID而言，USB-IF对其沒有一切管理方法上的限定。

　　USB的另一个关键特征是它适用不一样种类的传输数据方法。比如，USB V2.0适用四种不一样种类的传输数据：

　　◆ 操纵传输技术。控制传输在机器设备插进时对其开展配备，并能用以别的的机器设备特殊主要用途，例如对设施上的别的安全通道开展操纵等。

　　◆ 大批量传输技术。在统计数据的发生和需求量相对来说比较大时选用大批量传输技术。

　　◆ 终断传输技术。终断传送用以立即且稳定的数据信息传输。比如，具备人们可认知反映或意见反馈回应特点的标识符或座标等。

　　◆ 同歩传输技术。同歩传输技术在事先约好的传递时间延迟占有预订的USB网络带宽，同歩传送也称之为“流即时传送”。

　　A型USB射频连接器专用型于数据信息下滑传送，即数据信息从机器设备传递到服务器，因此 ，A型射频连接器坐落于机器设备上。

　　B型USB射频连接器专用型于数据信息上涨传送，即数据信息从USB服务器传送到设施或从网络交换机传送到机器设备，B型射频连接器坐落于服务器和网络交换机上，如图2所显示。有时候为了更好地使占有的空间更小，能够采用小型USB射频连接器。

　　USB机器设备根据拉升D 或D-端线脉冲信号来标示其速率，最大为3.3伏。飞速机器设备在D 线接一个上拉电阻说明它是飞速机器设备，如图所示3所显示。

　　要是没有上拉电阻，USB就假设系统总线上沒有联接任何东西。有一些机器设备中，上拉电阻是内嵌的，能根据固定件打开和关掉。另一些机器设备则必须外界上拉电阻。在这样的情形下，根据固定件开展速率操纵会受限制，而且规定此外对外界无线中继服务项目开展完成与编号。

　　低速档机器设备在D-端联接上拉电阻，说明其为低速档机器设备，如图4所显示。最初，快速机器设备被作为飞速机器设备实现联接(D →1.5k至3.3V)。原始联接以后，机器设备在校准时将传出快速的啁啾声，随后与服务器创建快速联接。一旦机器设备经复位进到快速方式，上拉电阻就被禁止使用。

　　USB数据流分析方式

　　在机器设备还可以与使用开展通讯前，USB服务器必须知道机器设备情况并给它分派机器设备驱动软件，完成这一原始信息交换的流程就称为枚举类型。在枚举类型全过程中，依据USB V2.0标准的界定，机器设备将历经下列机器设备情况：

　　◆ 通电情况(Powered)

　　◆ 默认设置情况(Default)

　　◆ 详细地址情况(Address)

　　◆ 配备情况(Configured)

　　此外也有2个USB机器设备情况，“联接情况”(Attached)和“挂起状态”(Suspended)。枚举类型全过程的主要关键点超过了这篇文章的范畴;但是，在设施配备中采用的指令与构造是相应的。ioctl是让USB服务器能获得机器设备数据的算法设计。在枚举类型全过程中，服务器要求ioctl，从顶部机器设备ioctl逐渐，一直到最少层节点ioctl，次序如图所示5所显示。

　　枚举类型全过程

　　下边简述一下USB机器设备的枚举类型过程中所包括的流程，并解读机器设备在枚举类型全过程怎样历经从通电到默认设置、详细地址及其配备这好多个情况。

　　◆ 客户将一个USB机器设备插进USB端口号，服务器为端口号供电系统，机器设备这时处在通电情况。

　　◆ 服务器检测仪器。

　　◆ 网络交换机应用终断安全通道将事件调查给服务器。

　　◆ 服务器推送Get_Port_Status(读端口号情况)要求，以获得大量的设施信息内容。

　　◆ 网络交换机检测仪器是低速档运作或是高速运转，并将此信息内容赠给服务器，这也是对Get_Port_Status要求的回应。

　　◆ 服务器推送Set_Port_Feature(写端口号情况)要求给网络交换机，规定它校准端口号。

　　◆ 网络交换机对机器设备校准。

　　◆ 服务器应用Chirp K数据信号来掌握飞速机器设备能否适用高速运转。

　　◆ 服务器推送另一个Get_Port_Status要求，明确机器设备是不是早已从校准情况撤出。

　　◆ 机器设备这时处在默认设置情况，且已准备好在零节点根据默认设置安全通道回应服务器控制传输。默认设置详细地址为00h，机器设备能从系统总线获得达到100mA的电流量。

　　◆ 服务器推送Get_Descriptor(读机器设备ioctl)报文格式，便于明确较大数据文件尺寸。机器设备ioctl的八个字节数是bMaxPacketSize。

　　◆ 根据推送Set_Address(写详细地址)要求，服务器分派详细地址，机器设备这时处在详细地址情况。

　　◆ 服务器推送Get_Descriptor报文格式，以获得大量的设施信息内容。服务器根据推送ioctl回应机器设备要求，接着推送所有的次级线圈ioctl。

　　◆ 服务器分派并载入机器设备驱动软件。

　　◆ 根据推送Set_ConfiguraTIon(写配备)要求，服务器的机器设备驱动软件挑选一个合理配备，机器设备这时处在配备情况。

　　◆ 服务器为复合型机器设备插口分派驱动软件。

　　◆ 假如网络交换机检验到经历流状况，或是服务器规定网络交换机断电，则USB系统总线断开机器设备供电系统开关电源。在这样的情形下，机器设备与服务器没法通讯，但机器设备处在联接情况。

　　◆ 假如在3ms内机器设备在数据总线上末见一切姿势，则它将进到挂起状态，在挂起状态机器设备损耗的系统总线电磁能至少。

　　USB协议书层

　　控制传输使服务器和设施中间能够互换机器设备配备信息内容和其它操纵信息内容。控制传输在慢速和飞速传送运作时占有10%的网络带宽，在高速运转时占有20%的网络带宽。控制传输由设定环节、可选择的数据信息环节和情况环节构成，下边详细说明每一个环节的包。

　　◆ 标识包。USB中全部事务管理基本都是由服务器(PC)来实现的。IN表明数据信息被读取PC，OUT表明数据信息由服务器送出去至机器设备，如图所示6所显示。

　　◆ 数据文件(可选)。USB服务器有两个数据文件——DATA0和DATA1。每一个包的容积为1024字节。

　　◆ 情况包。在例如回复(ACK)、否认回复(NACK)及其终止(Stall)等事物中，情况包用于追踪USB情况。

　　◆ 帧起止包(SOF)。每一毫秒，USB服务器都将推送一帧SOF，每帧有11位数据信息。

　　根据USB的家用电器互联网

　　在根据USB的家用电器互联网中，能够以黄菊花链式连接6个USB网络交换机，为高达127台家用电器机器设备给予插口。全部的网络交换机能放置在一个集底盒中，集底盒则根据变频电缆联接到设施上。这还可以由带USB端口号、运作Windows OS的新代数控系统开展操纵，最后将为家里每一个屋子配置一个家用电器控制面板。

　　根据USB自动化技术，您在与好朋友闲聊的与此同时，能够根据PC操纵全自动洗衣机的运转時间、衣服裤子种类、清洁剂种类及其温度等。您还可以为每一项每日任务加上声频特点，那样当每一项每日任务过去进行时，您能够在某一特殊的地区(卧房、大客厅、游泳馆或餐厅厨房等)接到声频提醒。除此之外，烘干设备能够根据USB全自动接受命令，从全自动洗衣机处装进衣服裤子，设定烘干处理時间，随后全自动记时烘干处理，在每一项每日任务顺利结束后均有声频提醒。

　　根据USB自动化技术，您能够在办公室桌子上操纵全自动咖啡机，不仅是煮咖啡，还能检验咖啡机中还剩是多少现磨咖啡，USB自动化技术乃至能够使您能煮成合乎自身口感的现磨咖啡。USB还能够使您见到电冰箱里面的状况，设定相应的开启电源开关来检验剩下的牛乳、饮品、乳酪及其蔬菜水果量。依据这种信息内容，当您方案去市场时，能够从PC中迅速归纳食品类采购计划表。照明灯具自动化技术是居家生活的主要要求。根据USB自动化技术，可以查验整屋的灯光状况，并根据PC对其实现操纵。

　　USB与温度感应器相互配合应用，可以自动控制系统房子某点电扇和中央空调的运作。那样，能够使不一样的卧室或“地区”维持不一样的溫度，便于环保节能。除此之外，电扇和中央空调能够全自动地分摊致冷负载。而在家中安全保卫层面，应用USB自动化技术，能够根据PC操纵防盗锁、查询防盗锁情况，在卧房就可以关掉或开启房间门。

　　除此之外，USB全自动可视门铃能用以避免侵略者进到房子。USB自动化技术也使您能根据PC开启和关掉窗子及窗帘布。家用电器USB自动化技术的潜能是无穷无尽，选用现代化技术性，USB自动化技术便是把家用电器或机器设备与PC上USB端口号联接，如图所示7所显示。

　　超宽带USB的优势

　　超宽带(Ultra Wide Band，UWB)USB也称之为“无线网络USB”，它是一种短路线无线通讯的强烈推荐规范，有希望在一段时间的未来替代蓝牙技术。手机蓝牙是现阶段短路线无线网络连接的国家标准，但因为手机蓝牙与Wi-Fi(802.11g规范)应用一样的频率段，因而很有可能出现影响难题。

　　此外，UWB应用3.1～10.6GHz的频率段，它的每一个无线通信无线信道均超出500MHz，美国通讯联合会(Federal CommunicaTIons Commission，FCC)对其有严格要求的传输输出功率限定。UWB应用了极宽的频率段，与此同时信号强度较小，便于捷变机器设备可以监测到数据信号，因而，UWB能与其余的无线通讯协议书(如Wi-Fi)并存。

　　文中探讨了根据USB的家用电器自动化技术，原文中表明了来源于Microchip的8位PIC单片机设计不但能用以沟通交流家用电器的操纵，也完完全全能够用来处理数据信息纪录、用以必须相近声频视流那般的实时监控运用。根据USB的家用电器自动化技术具备无穷的室内空间，预估选用USB操纵的电器产品将快速发展趋势。无线网络USB的规范化，将推动根据USB的家用电器自动化技术，完成带宽测试、低影响的无线网络连接。

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