基于USB的家電自動化

　　6. 主機發(fā)送Set_Port_Feature（寫端口狀態(tài)）請求給集線器，要求它復位端口。

　　7. 集線器對設備復位。

　　8. 主機使用Chirp K 信號來了解全速設備是否支持高速運行。

　　9. 主機發(fā)送另一個Get_Port_Status 請求，確定設備是否已經從復位狀態(tài)退出。

　　10. 設備此時處于缺省狀態(tài)，且已準備好在零端點通過缺省通道響應主機控制傳輸。缺省地址為00h，設備能從總線獲取高達100mA 的電流。

　　11. 主機發(fā)送Get_Descriptor（讀設備描述符）報文，以便確定最大數(shù)據(jù)包大小。設備描述符的八個字節(jié)是bMaxPacketSize。

　　12. 通過發(fā)送Set_Address（寫地址）請求，主機分配地址，設備此時處于地址狀態(tài)。

　　13. 主機發(fā)送Get_Descriptor 報文，以獲取更多的設備信息。主機通過發(fā)送描述符響應設備請求，隨后發(fā)送全部的次級描述符。

　　14. 主機分配并加載設備驅動程序。

　　15. 通過發(fā)送Set_Configuration（寫配置）請求，主機的設備驅動程序選擇一個有效配置。設備此時處于配置狀態(tài)。

　　16. 主機為復合設備接口分配驅動程序。

　　17. 如果集線器檢測到有過流現(xiàn)象，或者主機要求集線器關閉電源，則USB 總線切斷設備供電電源。在這種情況下，設備與主機無法通信，但設備處于連接狀態(tài)。

　　18. 如果在3 毫秒內設備在總線上未見任何動作，則它將進入掛起狀態(tài)，在掛起狀態(tài)設備消耗的總線電能最少。

　　USB 協(xié)議層

　　控制傳輸使主機和設備之間可以交換設備配置信息和其他控制信息。控制傳輸在低速和全速傳輸運行時占用10% 的帶寬，在高速運行時占用20% 的帶寬?？刂苽鬏斢稍O置階段、可選的數(shù)據(jù)階段和狀態(tài)階段組成。下面詳細描述每個階段的包。

　　1. 標記包。USB 中所有事務都是由主機（PC）來完成的。IN 表示數(shù)據(jù)被讀入PC，OUT 表示數(shù)據(jù)由主機送出至設備，如圖6 所示。

　　2. 數(shù)據(jù)包（可選）。USB 主機有兩個數(shù)據(jù)包——DATA0 和DATA1。每一個包的容量為1024 字節(jié)。

　　3. 狀態(tài)包。在諸如應答（ACK）、否定應答（NACK）以及停止（Stall）等事務中，狀態(tài)包用來跟蹤USB 狀態(tài)。

　　4. 幀起始包（SOF）。每一毫秒，USB 主機都將發(fā)送一幀SOF，每幀有11 位數(shù)據(jù)。

基于 USB 的家電網絡

　　在基于USB 的家電網絡中，可以以菊花鏈式連接6 個USB 集線器，為多達127 臺家電設備提供接口。所有的集線器能安放在一個集線盒中，集線盒則通過控制電纜連接到設備上。這也可以由帶USB 端口、運行Windows OS 的單板機進行控制，最終將為家中每個房間配備一個家電控制臺。

　　通過USB 自動化，您在與朋友聊天的同時，可以通過PC 控制洗衣機的運行時間、衣服類型、清洗劑類型以及水溫等。您也可以為每項任務添加音頻特征，這樣當每項任務完成時，您可以在某個特定的地方（臥室、客廳、游泳池或廚房等）收到音頻提示。

　　此外，烘干機可以通過USB 自動接收指令，從洗衣機處裝入衣服，設置烘干時間，然后自動計時烘干，在每項任務成功完成后均有音頻提示。

　　通過USB 自動化，您可以在辦公桌上控制咖啡機，不僅僅是煮咖啡，還能檢測咖啡壺中還剩多少咖啡。USB 自動化甚至可以使您能煮出符合自己口味的咖啡。

　　USB 還可以使您看到冰箱內部的情況，設置特定的觸發(fā)開關來檢測剩余的牛奶、飲料、奶酪以及蔬菜量。根據(jù)這些信息，當您計劃去商場時，可以從PC 中快速匯總食品采購清單。

　　照明自動化是居家的基本需求。通過USB 自動化，能夠檢查全屋的照明情況，并通過PC 對其進行控制。

　　USB 與溫度傳感器配合使用，能夠自動控制房屋某處電風扇和空調的運行。這樣，可以使不同的房間或“區(qū)域”保持不同的溫度，以便節(jié)能。此外，電風扇和空調可以自動地分擔制冷荷合。

　　而在家庭安保方面，使用USB 自動化，可以通過PC 控制門鎖、查看門鎖狀態(tài)，在臥室就可以關閉或打開房門。

　　此外，USB 自動可視門鈴能用于防止入侵者進入房屋。USB 自動化也使您能通過PC 打開和關閉窗戶及窗簾。

　　家電USB 自動化的潛力是無窮的。采用現(xiàn)代技術，USB 自動化就是把家電或設備與PC 上USB 端口連接，如圖7 所示。

　　演示：基于 USB 的照明自動化

　　本演示將展示交流照明的USB 自動化，使用的是MCHPUSB.SYS，這是Microchip 開發(fā)的USB 驅動程序。此外，使用MCHPUSB.SYS 驅動程序可以通過PC 的圖形用戶界面（GUI）看到電燈的狀態(tài)。

　　演示：USB 數(shù)據(jù)記錄器

　　數(shù)據(jù)記錄，對于家電制造商驗證新產品設計，以及在向用戶發(fā)貨之前進行自動化家電設備測試，是非常重要的。

　　從消費者的角度看，數(shù)據(jù)記錄也很重要；因為，可以預見，許多未來的家電產品都將具有儲值卡激活系統(tǒng)，它要求用戶進行登錄以便使用家電。有了數(shù)據(jù)記錄功能，儲值卡在余額用完時，能夠將設備鎖定。

　　本演示使用Microsoft 的USBSTOR.SYS 驅動程序來操作被當作大容量存儲設備使用的PIC18F4550 單片機。USBSTOR.SYS 是Windows 操作系統(tǒng)自帶的大容量存儲設備驅動程序。在Microchip 的嵌入式 FAT16 文件系統(tǒng)的協(xié)助下，USBSTOR.SYS 驅動程序在Secure Digital. 卡上創(chuàng)建文件，用來記錄模數(shù)轉換數(shù)據(jù)。然后，把記錄的數(shù)據(jù)存放在SD 卡上一個叫做DATALOG.TXT 的文本文件中。

　　演示：USB 音頻視頻應用

　　本演示將展示Microchip USB PIC. 單片機播放實時音頻視頻流的能力。演示將證實PIC 器件不僅非常適用于嵌入式控制，也適用于含有音頻視頻信息的應用，如可視門鈴等。

　　超寬帶（UWB）USB的優(yōu)點

　　超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）USB 也稱為“無線USB”，它是一種短距離無線通信的推薦標準，有望在不久的將來取代藍牙技術。

　　藍牙是目前短距離無線連接的行業(yè)標準。然而，由于藍牙與Wi-Fi（802.11g 標準）使用相同的頻段，因此可能存在干擾問題。

　　另一方面，UWB 使用3.1-10.6GHz 的頻段，它的每個無線電信道均超過500MHz，美國聯(lián)邦通信委員會（Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）對其有嚴格的傳送功率限制。

　　UWB 使用了極寬的頻段，同時發(fā)射功率較小，以便窄帶設備能夠檢測到信號。因此，UWB 能與其他的無線通信協(xié)議（如Wi-Fi）共存。

　　無線技術比較

　　總結

　　本文討論并演示基于USB 的家電自動化。文中說明了來自Microchip 的8 位PIC 單片機不僅能用于交流家電的控制，也完全可以用于解決數(shù)據(jù)記錄、用于需要類似音頻視流那樣的實時應用。

　　基于USB 的家電自動化具有無限的空間。預計采用USB 控制的家電產品將迅速發(fā)展。無線USB 的標準化，將促進基于USB 的家電自動化，實現(xiàn)高帶寬、低干擾的無線連接。