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 , con el fin de permitir el control remoto de dispositivos y electrodomésticos. Fue la primera tecnología de red domótica de propósito general y sigue siendo la más disponible [ cita requerida ] . [1]
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 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 comenzaron a caer, Pico se volvió a centrar en productos comerciales en lugar de circuitos integrados simples.
En 1974, los ingenieros de Pico desarrollaron conjuntamente un tocadiscos para discos LP , el ADC Accutrac 4000, con Birmingham Sound Reproducers , en aquel momento el mayor fabricante de cambiadores de discos del mundo. Se podía programar para reproducir pistas seleccionadas y se podía operar mediante un control remoto mediante señales de ultrasonido , lo que generó 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 aquel momento el sistema constaba de una consola de mando de 16 canales, un módulo de lámpara y un módulo de electrodomésticos. Poco después llegó el módulo 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 se ejecuta en Commodore 64 , Apple II , Macintosh , MS-DOS y Microsoft 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: el 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 confiabilidad y reemplazar X10.
Los componentes X10 se venden bajo una variedad de marcas:
El cableado eléctrico doméstico que alimenta luces y electrodomésticos se utiliza para enviar datos digitales entre dispositivos X10. Estos datos se codifican en una portadora de 120 kHz que se transmite en ráfagas durante los cruces por cero relativamente silenciosos de la forma de onda de corriente alterna de CA de 50 o 60 Hz . Se transmite un bit en cada cruce por cero. [3]
Los datos digitales constan de 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 suelen enchufarse a la pared donde se enchufa una lámpara, un televisor u otro electrodoméstico; sin embargo, también hay disponibles algunos controladores integrados 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 un lado a otro 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 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 deseable 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 utilicen comunicaciones por línea eléctrica o por radio, los paquetes transmitidos utilizando el protocolo de control X10 constan de un código interno de cuatro bits seguido de uno o más códigos de unidad de cuatro bits , seguido finalmente 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 comandos específicamente dirigidos 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" que encienda su dispositivo. Se pueden abordar varias unidades antes de dar la orden, lo que permite que una orden afecte a varias unidades simultáneamente. Por ejemplo, "seleccionar A3", "seleccionar A15", "seleccionar A4" y, finalmente, "encender", hace que las unidades A3, A4 y A15 se enciendan todas.
Tenga en cuenta que no existe ninguna restricción que impida el uso de más de un código de casa dentro de una sola casa. Los comandos "todas las luces encendidas" y "todas las unidades apagadas" solo afectarán a un único código de casa, por lo que una instalación que utiliza varios códigos de casa efectivamente tiene los dispositivos divididos en zonas separadas.
Los económicos dispositivos X10 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 para los códigos de casa y unidad corresponden, pero no son una secuencia binaria directa. Un código de unidad va seguido de un bit "0" adicional para distinguirlo de un código de comando (detallado anteriormente).
En el flujo de corriente CA de 60 Hz , cada bit transmitido requiere dos cruces por cero. Un bit "1" está representado por un cruce por cero activo seguido de un cruce por cero inactivo. Un bit "0" está representado por un cruce por cero inactivo seguido de un cruce por cero activo. Un cruce por cero activo está representado por 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 otro inactivo (o uno inactivo y otro 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 tener en cuenta que es en términos 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, sólo un código de casa y un código de comando. Esto se aplicará al comando del último grupo de códigos de unidades enviados previamente.
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 de cualquier 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 cambian 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"). La secuencia de seis ceros reinicia el hardware del decodificador del dispositivo.
Los desarrollos posteriores (1997) de hardware son mejoras del hardware nativo X10. En Europa (2001) para el mercado 230 VAC 50 Hz. Todos los productos mejorados utilizan el mismo protocolo X10 y son compatibles.
Para permitir teclados inalámbricos, interruptores remotos, sensores de movimiento, etc., también se define un protocolo de RF. Los dispositivos inalámbricos X10 envían paquetes de datos que son casi idénticos al protocolo IR NEC utilizado por 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 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 utilizando el protocolo de radio incluyen:
Dependiendo de la carga 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 alimentación mediante un interruptor de estado sólido TRIAC y también son capaces de atenuar la carga de la lámpara. Los módulos de lámpara tienen un funcionamiento casi silencioso y, por lo general, están clasificados para controlar cargas que oscilan entre aproximadamente 60 y 500 vatios .
Para cargas distintas de las 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 un módulo de electrodomésticos en su lugar. Estos módulos conmutan la alimentación mediante un relé de impulso . En 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, accionar el interruptor de encendido de la lámpara o aparato hará que el módulo se encienda. De esta forma aún se puede encender una lámpara o encender una cafetera sin necesidad de utilizar un controlador X10. Es posible que los módulos de interruptor de pared no ofrezcan esta característica. 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 interruptor 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 recorra su rango de brillo.
Los módulos de gama alta tienen características más avanzadas, como niveles programables, velocidades de desvanecimiento personalizables, la capacidad de transmitir comandos cuando se usan (denominados dispositivos de 2 vías) y soporte de escena .
Hay módulos de sensores que detectan e informan 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.
Los controladores X10 varían desde extremadamente simples hasta 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 y/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.
Finalmente, hay disponibles unidades muy sofisticadas que pueden programarse y/o controlarse completamente con un software llamado Active Home, como la interfaz serie CM11A. Estos sistemas pueden ejecutar muchos eventos cronometrados diferentes, responder a sensores externos y ejecutar, con solo presionar un botón, una escena completa , encendiendo luces, estableciendo niveles de brillo, etc. Los programas de control están disponibles para computadoras que ejecutan los sistemas operativos Microsoft Windows , Macintosh de Apple , Linux y FreeBSD .
También se encuentran 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 realizar un registro rutinario y emitir una señal de latido 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 protocolos X10 para hacer parpadear las luces cuando se active una alarma mientras la consola de seguridad hace sonar una sirena externa. Utilizando protocolos X10, también se enviarán señales a sirenas remotas para mayor seguridad.
Existen 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 PSC04 X10. El controlador doméstico magDomus de magnocomp permite la interconexión e interoperabilidad entre la mayoría de las tecnologías domóticas.
Termostato
Dado que 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 ejecuta un software X10 como HAL o HomeSeer.
Los interruptores de estado sólido utilizados en los controles X10 pasan una corriente de fuga muy pequeña. Las lámparas fluorescentes compactas pueden presentar un molesto parpadeo cuando están apagadas; Los fabricantes de CFL 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 electrodoméstico 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; Luego, el módulo puede detectar el propio interruptor del aparato y encender el relé cuando se opera el interruptor local. Esta corriente de detección puede ser incompatible con lámparas LED o CFL.
No todos los dispositivos se pueden utilizar con 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 con un atenuador.
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 utilizado 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 hasta el otro conductor vivo. A menudo, simplemente no existe una ruta confiable que permita que las señales X10 se propaguen de un cable del transformador al otro; Esta falla puede aparecer y desaparecer a medida que 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 superar permanentemente instalando un condensador entre los cables de las patas como camino para las señales X10; Los fabricantes suelen vender acopladores de señal que se conectan a enchufes de 240 voltios que realizan esta función. 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 interfase en viviendas con energía eléctrica trifásica . En muchos países fuera de América del Norte, las casas enteras suelen estar conectadas con un único 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 "encendido". El filtrado de ruido (tal como 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 utilizadas en equipos electrónicos modernos, como computadoras, receptores de televisión y receptores de satélite, atenúan las señales X10 que pasan al proporcionar una ruta de baja impedancia a las señales de alta frecuencia. Normalmente, los condensadores utilizados en las entradas de estas fuentes de alimentación cortocircuitan la señal X10 de línea a neutro, suprimiendo cualquier esperanza de control de X10 en el circuito cerca de ese dispositivo. Hay filtros disponibles que impedirán que las señales X10 lleguen a dichos dispositivos; conectar dispositivos infractores a dichos filtros puede solucionar misteriosas fallas intermitentes del 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 matar por completo esa pierna en una instalación doméstica debido al filtrado utilizado en la fuente de alimentación.
Las señales X10 solo se pueden transmitir un comando a la vez, primero dirigiéndose al dispositivo 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 la dirección de un 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 utilizar comandos extendidos de control de grupo (escena de iluminación). Permiten ajustar varios módulos a la vez mediante un solo comando.
El protocolo X10 admite un control más avanzado sobre la velocidad de atenuación, la configuración del nivel de atenuación directa y el control de grupo (configuraciones de escena). Esto se hace mediante un conjunto de mensajes extendido, 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 sólo el conjunto de mensajes básicos. Para ello es necesario adaptar cada circuito de iluminación uno tras otro, lo que puede resultar poco atractivo visualmente y además muy lento.
La línea de alimentación X10 estándar y los protocolos RF no admiten cifrado y solo pueden abordar 256 dispositivos. Las señales de líneas eléctricas sin filtrar de vecinos cercanos que utilizan las mismas direcciones de dispositivos X10 pueden interferir entre sí. De manera similar, se pueden recibir señales inalámbricas de RF de interferencia, siendo fácil para cualquier persona cercana con un control remoto X10 RF causar caos, consciente o inconscientemente, si se utiliza un dispositivo de RF para alimentar la línea en las instalaciones.