基于USB的家电自动化

　　6. 主机发送Set_Port_Feature（写端口状态）请求给集线器，要求它复位端口。

　　7. 集线器对设备复位。

　　8. 主机使用Chirp K 信号来了解全速设备是否支持高速运行。

　　9. 主机发送另一个Get_Port_Status 请求，确定设备是否已经从复位状态退出。

　　10. 设备此时处于缺省状态，且已准备好在零端点通过缺省通道响应主机控制传输。缺省地址为00h，设备能从总线获取高达100mA 的电流。

　　11. 主机发送Get_Descriptor（读设备描述符）报文，以便确定最大数据包大小。设备描述符的八个字节是bMaxPacketSize。

　　12. 通过发送Set_Address（写地址）请求，主机分配地址，设备此时处于地址状态。

　　13. 主机发送Get_Descriptor 报文，以获取更多的设备信息。主机通过发送描述符响应设备请求，随后发送全部的次级描述符。

　　14. 主机分配并加载设备驱动程序。

　　15. 通过发送Set_Configuration（写配置）请求，主机的设备驱动程序选择一个有效配置。设备此时处于配置状态。

　　16. 主机为复合设备接口分配驱动程序。

　　17. 如果集线器检测到有过流现象，或者主机要求集线器关闭电源，则USB 总线切断设备供电电源。在这种情况下，设备与主机无法通信，但设备处于连接状态。

　　18. 如果在3 毫秒内设备在总线上未见任何动作，则它将进入挂起状态，在挂起状态设备消耗的总线电能最少。

　　USB 协议层

　　控制传输使主机和设备之间可以交换设备配置信息和其他控制信息。控制传输在低速和全速传输运行时占用10% 的带宽，在高速运行时占用20% 的带宽。控制传输由设置阶段、可选的数据阶段和状态阶段组成。下面详细描述每个阶段的包。

　　1. 标记包。USB 中所有事务都是由主机（PC）来完成的。IN 表示数据被读入PC，OUT 表示数据由主机送出至设备，如图6 所示。

　　2. 数据包（可选）。USB 主机有两个数据包——DATA0 和DATA1。每一个包的容量为1024 字节。

　　3. 状态包。在诸如应答（ACK）、否定应答（NACK）以及停止（Stall）等事务中，状态包用来跟踪USB 状态。

　　4. 帧起始包（SOF）。每一毫秒，USB 主机都将发送一帧SOF，每帧有11 位数据。

基于 USB 的家电网络

　　在基于USB 的家电网络中，可以以菊花链式连接6 个USB 集线器，为多达127 台家电设备提供接口。所有的集线器能安放在一个集线盒中，集线盒则通过控制电缆连接到设备上。这也可以由带USB 端口、运行Windows OS 的单板机进行控制，最终将为家中每个房间配备一个家电控制台。

　　通过USB 自动化，您在与朋友聊天的同时，可以通过PC 控制洗衣机的运行时间、衣服类型、清洗剂类型以及水温等。您也可以为每项任务添加音频特征，这样当每项任务完成时，您可以在某个特定的地方（卧室、客厅、游泳池或厨房等）收到音频提示。

　　此外，烘干机可以通过USB 自动接收指令，从洗衣机处装入衣服，设置烘干时间，然后自动计时烘干，在每项任务成功完成后均有音频提示。

　　通过USB 自动化，您可以在办公桌上控制咖啡机，不仅仅是煮咖啡，还能检测咖啡壶中还剩多少咖啡。USB 自动化甚至可以使您能煮出符合自己口味的咖啡。

　　USB 还可以使您看到冰箱内部的情况，设置特定的触发开关来检测剩余的牛奶、饮料、奶酪以及蔬菜量。根据这些信息，当您计划去商场时，可以从PC 中快速汇总食品采购清单。

　　照明自动化是居家的基本需求。通过USB 自动化，能够检查全屋的照明情况，并通过PC 对其进行控制。

　　USB 与温度传感器配合使用，能够自动控制房屋某处电风扇和空调的运行。这样，可以使不同的房间或“区域”保持不同的温度，以便节能。此外，电风扇和空调可以自动地分担制冷荷合。

　　而在家庭安保方面，使用USB 自动化，可以通过PC 控制门锁、查看门锁状态，在卧室就可以关闭或打开房门。

　　此外，USB 自动可视门铃能用于防止入侵者进入房屋。USB 自动化也使您能通过PC 打开和关闭窗户及窗帘。

　　家电USB 自动化的潜力是无穷的。采用现代技术，USB 自动化就是把家电或设备与PC 上USB 端口连接，如图7 所示。

　　演示：基于 USB 的照明自动化

　　本演示将展示交流照明的USB 自动化，使用的是MCHPUSB.SYS，这是Microchip 开发的USB 驱动程序。此外，使用MCHPUSB.SYS 驱动程序可以通过PC 的图形用户界面（GUI）看到电灯的状态。

　　演示：USB 数据记录器

　　数据记录，对于家电制造商验证新产品设计，以及在向用户发货之前进行自动化家电设备测试，是非常重要的。

　　从消费者的角度看，数据记录也很重要；因为，可以预见，许多未来的家电产品都将具有储值卡激活系统，它要求用户进行登录以便使用家电。有了数据记录功能，储值卡在余额用完时，能够将设备锁定。

　　本演示使用Microsoft 的USBSTOR.SYS 驱动程序来操作被当作大容量存储设备使用的PIC18F4550 单片机。USBSTOR.SYS 是Windows 操作系统自带的大容量存储设备驱动程序。在Microchip 的嵌入式 FAT16 文件系统的协助下，USBSTOR.SYS 驱动程序在Secure Digital. 卡上创建文件，用来记录模数转换数据。然后，把记录的数据存放在SD 卡上一个叫做DATALOG.TXT 的文本文件中。

　　演示：USB 音频视频应用

　　本演示将展示Microchip USB PIC. 单片机播放实时音频视频流的能力。演示将证实PIC 器件不仅非常适用于嵌入式控制，也适用于含有音频视频信息的应用，如可视门铃等。

　　超宽带（UWB）USB的优点

　　超宽带（Ultra Wide Band，UWB）USB 也称为“无线USB”，它是一种短距离无线通信的推荐标准，有望在不久的将来取代蓝牙技术。

　　蓝牙是目前短距离无线连接的行业标准。然而，由于蓝牙与Wi-Fi（802.11g 标准）使用相同的频段，因此可能存在干扰问题。

　　另一方面，UWB 使用3.1-10.6GHz 的频段，它的每个无线电信道均超过500MHz，美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）对其有严格的传送功率限制。

　　UWB 使用了极宽的频段，同时发射功率较小，以便窄带设备能够检测到信号。因此，UWB 能与其他的无线通信协议（如Wi-Fi）共存。

　　无线技术比较

　　总结

　　本文讨论并演示基于USB 的家电自动化。文中说明了来自Microchip 的8 位PIC 单片机不仅能用于交流家电的控制，也完全可以用于解决数据记录、用于需要类似音频视流那样的实时应用。

　　基于USB 的家电自动化具有无限的空间。预计采用USB 控制的家电产品将迅速发展。无线USB 的标准化，将促进基于USB 的家电自动化，实现高带宽、低干扰的无线连接。