X10 es un protocolo de comunicación entre dispositivos electrónicos utilizados en la automatización del hogar ( domótica ). Utiliza principalmente el cableado de la línea eléctrica para la señalización y el control, donde las señales implican breves ráfagas de radiofrecuencia que representan información digital . También se define un protocolo de transporte inalámbrico basado en radio .
X10 fue desarrollado en 1975 por Pico Electronics de Glenrothes, Escocia , con el fin de permitir el control remoto de dispositivos y electrodomésticos del hogar. Fue la primera tecnología de red de automatización del hogar de uso general y sigue siendo la más ampliamente disponible [ cita requerida ] . [1]
Si bien 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 una disponibilidad económica de nuevos componentes.
En 1970, un grupo de ingenieros fundó una empresa en Glenrothes, Escocia, llamada Pico Electronics. [2] La empresa desarrolló la primera calculadora de un solo chip . [1] Cuando los precios de los circuitos integrados de las calculadoras empezaron a caer, Pico se centró en productos comerciales en lugar de circuitos integrados simples.
En 1974, los ingenieros de Pico desarrollaron conjuntamente un tocadiscos de vinilo , el ADC Accutrac 4000, con Birmingham Sound Reproducers , en aquel momento el mayor fabricante de cambiadores de discos del mundo. Podía programarse para reproducir pistas seleccionadas y podía manejarse mediante un control remoto mediante señales de ultrasonidos , lo que desencadenó la idea del control remoto de luces y electrodomésticos. En 1975, se concibió el proyecto X10, llamado así porque era 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 comandos de 16 canales, un módulo de lámpara 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 para la interfaz funciona en Commodore 64 , Apple II , Mac OS clásico , MS-DOS y Microsoft Windows .
En 1985, BSR cerró y se formó X10 (USA) Inc. A principios de los años 90, el mercado de consumo se dividió en dos categorías principales: los de gama ultraalta con un presupuesto de 100.000 dólares y el mercado masivo con presupuestos de entre 2.000 y 35.000 dólares. CEBus (1984) y LonWorks (1991) fueron intentos de mejorar la fiabilidad y sustituir a X10.
Los componentes X10 se han vendido bajo una variedad de marcas:
Muchos de estos vendedores ya han abandonado este negocio.
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 en forma de ráfagas durante los cruces por cero relativamente silenciosos de la forma de onda de corriente alterna de 50 o 60 Hz . Se transmite un bit en cada cruce por cero. [3]
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 que respondan 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 a la pared donde se enchufa una lámpara, un televisor u otro electrodoméstico; sin embargo, también hay algunos controladores integrados disponibles para interruptores de pared y luminarias de techo.
La onda portadora de frecuencia relativamente alta que lleva la señal no puede pasar a través de un transformador de potencia o a través de las fases de un sistema multifásico . Para sistemas de fase dividida, la señal se puede acoplar pasivamente de pata a pata utilizando un condensador pasivo , pero para sistemas trifásicos o donde el condensador proporciona un acoplamiento insuficiente, se puede utilizar un repetidor X10 activo . Para permitir que las señales se acoplen a través de las fases y aún así coincidan con el punto de cruce por cero de cada fase, cada bit se transmite tres veces en cada medio ciclo, con un desplazamiento de 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.
Ya sea que se utilicen comunicaciones por línea eléctrica o por radio, los paquetes transmitidos mediante el protocolo de control X10 consisten en un código de casa de cuatro bits seguido de uno o más códigos de unidad de cuatro bits , y finalmente seguidos de un comando de cuatro bits. Para la 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 está configurado para responder a una de las 256 direcciones posibles (16 códigos de casa × 16 códigos de unidad); cada dispositivo reacciona a comandos dirigidos específicamente a él o posiblemente a varios comandos de difusión.
El protocolo puede transmitir un mensaje que diga "seleccione el código A3", seguido de "encienda", lo que ordena a la unidad "A3" que encienda su dispositivo. Se pueden direccionar varias unidades antes de dar la orden, lo que permite que una orden afecte a varias unidades simultáneamente. Por ejemplo, "seleccione A3", "seleccione A15", "seleccione A4" y, por último, "encienda", hace que las unidades A3, A4 y A15 se enciendan.
Tenga en cuenta que no existe ninguna restricción que impida el uso de más de un código de casa en una misma casa. Los comandos "encender todas las luces" y "apagar todas las unidades" solo afectarán a un único código de casa, por lo que una instalación que utilice varios códigos de casa tiene los dispositivos divididos en zonas separadas.
Los dispositivos X10 económicos sólo reciben comandos y no reconocen su estado al resto de la red. Los dispositivos controladores bidireccionales permiten una red más robusta, pero cuestan entre dos y cuatro veces más y requieren dispositivos X10 bidireccionales. [4]
Tenga en cuenta que los valores binarios de los códigos de casa y de unidad se corresponden, pero no son una secuencia binaria directa. A un código de unidad le sigue un bit "0" adicional para distinguirlo de un código de comando (detallado anteriormente).
En el flujo de corriente alterna de 60 Hz , cada bit transmitido requiere dos cruces por cero. Un bit "1" se representa mediante un cruce por cero activo seguido de un cruce por cero inactivo. Un bit "0" se representa mediante 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 trama de datos transmitida 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 uno activo), el código de inicio, que posee tres cruces activos seguidos, se puede detectar de forma única. Muchos gráficos del protocolo X10 representan este código de inicio como "1110", pero es importante darse cuenta de que se trata de cruces por cero, no de 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 código de función de 5 bits . 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 múltiples códigos de unidad en secuencia antes de que finalmente se envíe 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 al último grupo de códigos de unidad enviados anteriormente.
Un código de inicio, un código de casa y un código de función se conocen como trama X10 y representan los componentes mínimos de un paquete de datos X10 válido.
Cada trama se envía dos veces seguidas para garantizar que los receptores la comprendan a pesar del ruido de la línea eléctrica , con el fin de lograr redundancia, confiabilidad y compatibilidad con repetidores de línea. Después de tener en cuenta la retransmisión, el control de línea, etc., las velocidades de datos son de alrededor de 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, de una dirección a un comando o de un comando a otro, los marcos de datos deben estar separados por al menos 6 cruces de cero claros (o "000000"). La secuencia de seis ceros reinicia el hardware del decodificador del dispositivo.
Los desarrollos posteriores (1997) del hardware son mejoras del hardware X10 nativo. En Europa (2001) para el mercado de 230 V CA 50 Hz. Todos los productos mejorados utilizan el mismo protocolo X10 y son compatibles.
Para permitir el uso de 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 IR de NEC que utilizan muchos controles remotos IR, y un receptor de radio proporciona un puente que traduce estos paquetes de radio a paquetes de control de línea eléctrica X10 comunes. El protocolo inalámbrico funciona 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:
Dependiendo de la carga que se vaya a controlar, se deben utilizar diferentes módulos. Para cargas de lámparas incandescentes , se puede utilizar un módulo de lámpara o un módulo de interruptor de pared . Estos módulos conmutan la potencia mediante un interruptor de estado sólido TRIAC y también son capaces de atenuar la carga de la lámpara. Los módulos de lámpara funcionan casi en silencio y, por lo general, están diseñados 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 utilizar en su lugar un módulo de electrodomésticos . Estos módulos conmutan la energía 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 función llamada control local . Si el módulo está apagado, al accionar el interruptor de encendido de la lámpara o del aparato, el módulo se encenderá. De esta manera, se puede seguir encendiendo una lámpara o se puede 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, los módulos de electrodomésticos más antiguos pueden no funcionar con, por ejemplo, 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 botón pulsador local de un módulo de interruptor de pared simplemente ofrece control de encendido y apagado sin posibilidad de atenuar localmente la lámpara controlada. Si se ofrece atenuación local, al mantener presionado el botón pulsador, la lámpara recorrerá su rango de brillo.
Los módulos de gama alta tienen características más avanzadas, como niveles de encendido programables, velocidades de desvanecimiento personalizables, la capacidad de transmitir comandos cuando se usan (conocidos como dispositivos bidireccionales) y soporte de escenas .
Existen módulos de sensores que detectan y notifican temperatura, luz, infrarrojos, movimiento o aperturas y cierres de contactos. Los módulos de dispositivos incluyen termostatos, alarmas sonoras y controladores para interruptores de bajo voltaje.
Los controladores X10 varían desde los extremadamente simples hasta los muy sofisticados.
Los controladores más simples están diseñados para controlar cuatro dispositivos X10 en cuatro direcciones secuenciales (1–4 o 5–8). Los controladores suelen contener los siguientes botones:
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 en función de las condiciones externas.
Por último, existen unidades muy sofisticadas que pueden programarse y/o controlarse completamente con un software llamado Active Home, como la interfaz serial CM11A. Estos sistemas pueden ejecutar muchos eventos temporizados diferentes, responder a sensores externos y ejecutar, con solo presionar un botón, una escena completa , encendiendo luces, estableciendo niveles de brillo, etc. Hay programas de control disponibles para computadoras que ejecutan sistemas operativos Microsoft Windows , Macintosh de Apple , Linux y FreeBSD .
También hay disponibles sistemas de alarma antirrobo . Estos sistemas contienen sensores de puertas y ventanas, así como sensores de movimiento que utilizan una señal de radiofrecuencia (RF) codificada para identificar cuándo se activan o simplemente para verificar de manera rutinaria y dar una señal de latido para mostrar que el sistema sigue activo. Los usuarios pueden armar y desarmar su sistema a través de varios controles remotos diferentes que también utilizan 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 protocolos X10 para hacer parpadear las luces cuando se haya activado una alarma mientras la consola de seguridad hace sonar una sirena externa. Mediante el uso de protocolos X10, también se enviarán señales a sirenas remotas para mayor seguridad.
Existen puentes para traducir X10 a otros estándares de automatización del hogar (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 doméstico magDomus de magnocomp permite la interconexión e interoperabilidad entre la mayoría de las tecnologías de automatización del hogar.
Termostato
Como X10 es un estándar abierto, empresas como RCS lanzaron un termostato controlable x10 modelo TX15-B, que se puede controlar a través de una interfaz web o una computadora que ejecute un software X10 como HAL o HomeSeer.
Los interruptores de estado sólido que se utilizan en los controles X10 dejan pasar una corriente de fuga muy pequeña. Las lámparas fluorescentes compactas pueden presentar parpadeos molestos cuando se apagan; los fabricantes de lámparas fluorescentes compactas recomiendan no controlar las lámparas con temporizadores de estado sólido o controles remotos.
Algunos controladores X10 con salidas de estado sólido triac pueden no funcionar bien con dispositivos de baja potencia (por debajo de 50 vatios) o dispositivos como bombillas fluorescentes debido a la corriente de fuga del dispositivo. Un módulo de electrodomésticos, que utilice un relé con contactos metálicos, puede resolver este problema. Muchas unidades de electrodomésticos más antiguas tienen una función de "control local" mediante la cual el relé se puentea intencionalmente con una resistencia de alto valor; el módulo puede entonces detectar el interruptor del propio electrodoméstico 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 utilizar con un regulador de intensidad. Las lámparas fluorescentes no se pueden regular con reguladores de intensidad para lámparas incandescentes; ciertos modelos de lámparas fluorescentes compactas sí se pueden regular, pero cuestan más. Los aparatos motorizados, como ventiladores, etc., por lo general no funcionarán como se espera con un regulador de intensidad.
Un problema con X10 es la atenuación excesiva de las señales entre los dos conductores activos en el sistema de 3 cables de 120/240 voltios que se utiliza en la construcción residencial típica de Norteamérica . Las señales de un transmisor en un conductor activo pueden no propagarse a través de la alta impedancia del devanado del transformador de distribución al otro conductor activo. A menudo, simplemente no hay una ruta confiable que permita que las señales X10 se propaguen de un cable de la pata 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 la pata). Este problema se puede superar de forma permanente instalando un condensador entre los cables de la pata como una ruta para las señales X10; los fabricantes suelen vender acopladores de señal que se enchufan en tomas de 240 voltios que realizan esta función. Las instalaciones más sofisticadas instalan un dispositivo repetidor activo entre las patas, mientras que otras combinan amplificadores de señal con un dispositivo de acoplamiento. También se necesita un repetidor para la comunicación entre fases en hogares con energía eléctrica trifásica . En muchos países fuera de Norteamérica, las casas enteras suelen estar conectadas 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 generar señales falsas de "encendido" o "apagado". El filtrado de ruido (como el que se instala en las 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 por el circuito derivado al que está conectado el electrodoméstico.
Ciertos tipos de fuentes de alimentación que se utilizan en equipos electrónicos modernos, como ordenadores, receptores de televisión y receptores de satélite, atenúan las señales X10 que pasan proporcionando una ruta de baja impedancia a las señales de alta frecuencia. Normalmente, los condensadores que se utilizan en las entradas de estas fuentes de alimentación provocan un cortocircuito entre la señal X10 y el neutro, lo que suprime cualquier posibilidad de control de X10 en el circuito cercano a ese dispositivo. Hay filtros disponibles que bloquearán las señales X10 para que no lleguen a dichos dispositivos; conectar dispositivos infractores a dichos filtros puede solucionar los misteriosos fallos intermitentes de X10.
Tener una fuente de alimentación de respaldo o una fuente de alimentación de reserva como las que se usan con computadoras u otros dispositivos electrónicos puede matar totalmente esa pata en una instalación doméstica debido al filtrado utilizado en la fuente de alimentación.
Las señales X10 solo se pueden transmitir con un comando a la vez, primero dirigiéndose al dispositivo que se va a controlar y luego enviando una operación para que la realice ese dispositivo. Si se transmiten dos señales X10 al mismo tiempo, pueden colisionar o entrelazarse, lo que genera comandos que no se pueden decodificar o que desencadenan operaciones incorrectas. El transceptor CM15A y RR501 puede evitar estas colisiones de señales que a veces pueden ocurrir con otros modelos.
El protocolo X10 es lento. Se necesitan aproximadamente tres cuartos de segundo para transmitir una dirección de dispositivo y un comando. Si bien, por lo general, no se nota cuando se utiliza un controlador de sobremesa, se convierte en un problema notable cuando se utilizan interruptores de dos vías o cuando se utiliza algún tipo de controlador computarizado. El retraso aparente se puede reducir un poco utilizando velocidades de atenuación de dispositivos más lentas. Con módulos más avanzados, otra opción es utilizar comandos extendidos de control de grupo (escena de iluminación). Estos permiten ajustar varios módulos a la vez con un solo comando.
El protocolo X10 admite un control más avanzado de la velocidad de atenuación, la configuración directa del nivel de atenuación y el control de grupo (configuración de escenas). Esto se realiza a través de un conjunto de mensajes extendidos, que es una parte oficial del estándar X10. Sin embargo, la compatibilidad con todos los mensajes extendidos no es obligatoria 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 resultar visualmente poco atractivo y también muy lento.
Los protocolos estándar de RF y de línea eléctrica X10 no admiten cifrado y solo pueden dirigirse a 256 dispositivos. Las señales de línea eléctrica sin filtrar de vecinos cercanos que utilicen las mismas direcciones de dispositivo X10 pueden interferir entre sí. También se pueden recibir señales RF inalámbricas que interfieran, y es fácil que cualquier persona cercana con un control remoto RF X10 provoque un caos, consciente o inconscientemente, si se utiliza un dispositivo de RF a línea eléctrica en un establecimiento.