X10（業界標準）

X10 は、ホームオートメーション(ドモティクス)に使用される電子機器間の通信プロトコルです。信号と制御には主に電力線配線を使用し、信号にはデジタル情報を表す短い無線周波数バーストが含まれます。無線ベースのプロトコルトランスポートも定義されています。

X10は、スコットランドのグレンロセスにあるピコエレクトロニクス社によって1975年に開発され、家庭用機器や電化製品の遠隔制御を可能にしました。これは最初の汎用ホームオートメーションネットワーク技術であり、現在でも最も広く利用されています^[要出典]。^[1]

より高帯域幅の代替品は数多く存在しますが、X10 は世界中で何百万台ものユニットが使用されており、新しいコンポーネントが安価に入手できることから、家庭環境では依然として人気があります。

1970年、エンジニアのグループがスコットランドのグレンロセスにピコエレクトロニクスという会社を設立しました。^[2]同社は世界初のシングルチップ計算機を開発しました。^[1]計算機の集積回路の価格が下がり始めると、ピコは単なるICではなく商用製品に再び焦点を当てるようになりました。

1974年、ピコ社のエンジニアたちは、当時世界最大のレコードチェンジャー製造業者であったバーミンガム・サウンド・リプロデューサ社と共同で、 LPレコードターンテーブル、ADC Accutrac 4000を開発しました。このターンテーブルは、選択したトラックを再生するようにプログラムでき、超音波信号を使用したリモコンで操作できました。これが、照明や家電製品のリモコンというアイデアのきっかけとなりました。1975年までに、10番目のプロジェクトであったことからX10プロジェクトと名付けられました。1978年、X10製品はラジオシャックやシアーズの店舗に並び始めました。BSRと共同で、X10 Ltdという名称でパートナーシップが結成されました。当時のシステムは、16チャンネルのコマンドコンソール、ランプモジュール、家電モジュールで構成されていました。その後すぐに、壁スイッチモジュールと最初のX10タイマーが登場しました。

1980 年代には、 CP-290 コンピュータ インターフェイスがリリースされました。このインターフェイスのソフトウェアは、Commodore 64、Apple II、クラシック Mac OS、MS-DOS、Microsoft Windowsで動作します。

1985 年、BSR は倒産し、X10 (USA) Inc. が設立されました。1990 年代初頭、消費者市場は、予算が10 万ドルの超ハイエンドと、予算が 2,000 ～ 35,000 ドルのマスマーケットの 2 つの主要なカテゴリに分かれていました。CEBus ( 1984 ) とLonWorks (1991) は、信頼性を向上させて X10 を置き換える試みでした。

X10 コンポーネントはさまざまなブランド名で販売されています。

• X10 パワーハウス
• X10プロ
• X10 アクティブホーム
• ラジオシャックプラグアンドパワー
• レビトン中央制御システム (CCS)
• Leviton Decora 電子制御
• シアーズホームコントロールシステム
• スタンリー・ライトメーカー
• スタンレー・ホームリンク
• ブラック＆デッカーフリーワイヤー
• IBMホームディレクター
• RCAホームコントロール
• GEホームマインダー
• 高度制御技術 (ACT)
• マグナボックスホームセキュリティ
• ニュートーン
• シュラーゲ
• スマートホーム
• 安全第一
• ハル
• ホームシーア

これらのベンダーの多くはその後このビジネスから撤退しました。

照明や電化製品に電力を供給する家庭用電気配線は、X10デバイス間でデジタルデータを送信するために使用されます。このデータは120kHzのキャリアにエンコードされ、 50Hzまたは60Hzの交流電流波形の比較的静かなゼロ交差中にバーストとして送信されます。ゼロ交差ごとに1ビットが送信されます。^[3]

デジタル データは、コントローラから制御対象デバイスに送信されるアドレスとコマンドで構成されます。より高度なコントローラは、同様に高度なデバイスにクエリを実行して、そのステータスを応答させることもできます。このステータスは、「オフ」または「オン」のような単純なものから、現在の調光レベル、さらには温度やその他のセンサーの読み取り値までさまざまです。デバイスは通常、ランプ、テレビ、またはその他の家電製品が差し込まれる壁に差し込みますが、壁スイッチや天井器具用の組み込みコントローラもいくつかあります。

信号を運ぶ比較的高周波の搬送波は、電力変圧器を通過したり、多相システムの相をまたいで通過したりすることはできません。 分割相システムの場合、パッシブコンデンサを使用して、信号をレッグ間でパッシブに結合できますが、3 相システムの場合、またはコンデンサによる結合が不十分な場合は、アクティブ X10リピータを使用できます。 信号を相間で結合し、各相のゼロ交差点と一致させるには、各ビットを半サイクルごとに 1/6 サイクルずつオフセットして 3 回送信します。

また、X10 信号がローカル エリアから出ないようにブロックすることが望ましい場合もあります。たとえば、ある家の X10 コントロールが隣の家の X10 コントロールに干渉しないようにするためです。このような状況では、誘導 フィルタを使用して、ローカル エリアに出入りする X10 信号を 減衰させることができます。

電力線通信または無線通信のいずれを使用する場合でも、X10 制御プロトコルを使用して送信されるパケットは、4ビットの ハウス コード、それに続く 1 つ以上の 4 ビットのユニット コード、最後に 4 ビットのコマンドで構成されます。システムを構成するユーザーの便宜を図るため、4 ビットのハウス コードは A から P までの文字として選択され、4 ビットのユニット コードは 1 から 16 までの数字として選択されます。

システムがインストールされると、制御される各デバイスは、256 個の可能なアドレス (16 個のハウス コード × 16 個のユニット コード) のいずれかに応答するように構成されます。各デバイスは、そのデバイスに具体的にアドレス指定されたコマンド、または複数のブロードキャスト コマンドに反応します。

プロトコルは、「コード A3 を選択」というメッセージを送信し、その後に「オンにする」というコマンドが続き、ユニット「A3」にデバイスの電源をオンにするよう指示します。コマンドを発行する前に複数のユニットをアドレス指定できるため、コマンドが複数のユニットに同時に影響を与えることができます。たとえば、「A3 を選択」、「A15 を選択」、「A4 を選択」、最後に「オンにする」とすると、ユニット A3、A4、および A15 がすべてオンになります。

1 つの家の中で複数のハウス コードを使用することを禁止する制限はありません。「すべてのライトをオン」コマンドと「すべてのユニットをオフ」コマンドは 1 つのハウス コードにのみ影響するため、複数のハウス コードを使用するインストールでは、デバイスが別々のゾーンに分割されていることになります。

安価なX10デバイスはコマンドを受信するだけで、ネットワークの他の部分にステータスを確認しません。双方向コントローラーデバイスはより堅牢なネットワークを可能にしますが、コストが2～4倍高く、双方向X10デバイスが必要になります。^[4]

ハウス コードとユニット コードの 2 進値は対応していますが、単純な 2 進シーケンスではないことに注意してください。ユニット コードの後に​​は、コマンド コード (上記で説明) と区別するために 1 つの「0」ビットが追加されます。

60 Hz のAC電流フローでは、送信される各ビットに 2 つのゼロ交差が必要です。"1" ビットは、アクティブ ゼロ交差の後に非アクティブ ゼロ交差が続くことで表されます。"0" ビットは、非アクティブ ゼロ交差の後にアクティブ ゼロ交差が続くことで表されます。アクティブ ゼロ交差は、ゼロ交差ポイント (名目上は 0° ですが、ゼロ交差ポイントから 200 マイクロ秒以内) での 120 kHz の 1 ミリ秒バーストで表されます。非アクティブ ゼロ交差には、120 kHz 信号のパルスはありません。

予測可能な開始点を提供するために、送信されるすべてのデータ フレームは、常に3 つのアクティブ ゼロ交差とそれに続く非アクティブ交差の開始コードで始まります。すべてのデータ ビットは 1 つのアクティブ ゼロ交差と 1 つの非アクティブ ゼロ交差 (または 1 つの非アクティブ ゼロ交差と 1 つのアクティブ ゼロ交差) として送信されるため、連続する 3 つのアクティブ交差を持つ開始コードは一意に検出できます。多くの X10 プロトコル チャートでは、この開始コードは「1110」として表されますが、これはデータ ビットではなくゼロ交差に関するものであることを認識することが重要です。

スタート コードの直後に、4 ビットのハウス コード(通常、インターフェイス ユニットでは文字 A ～ P で表される) が表示され、ハウス コードの後に​​は 5 ビットの機能コードが続きます。機能コードでは、ユニット番号コード (1 ～ 16) またはコマンド コードを指定できます。ユニット番号またはコマンド コードは、5 ビットのうち最初の 4 ビットを占めます。最後のビットは、ユニット コードの場合は 0、コマンド コードの場合は 1 です。コマンド コードが最終的に送信される前に、複数のユニット コードを順番に送信できます。コマンドは、送信されたすべてのユニット コードに適用されます。ユニット コードを使用せず、ハウス コードとコマンド コードだけのメッセージを送信することもできます。これは、以前に送信された最後のユニット コード グループに対するコマンドに適用されます。

1 つのスタート コード、1 つのハウス コード、および 1 つの機能コードは X10 フレームと呼ばれ、有効な X10 データ パケットの最小コンポーネントを表します。

各フレームは、冗長性、信頼性、および回線リピータの収容を目的として、電力線ノイズがあっても受信機が確実に理解できるよう、連続して 2 回送信されます。再送信、回線制御などを考慮した後、データ レートは約 20ビット/秒であるため、X10 のデータ送信は非常に遅く、このテクノロジはデバイスのオン/オフなどの非常に単純な操作に限定されます。

データが 1 つのアドレスから別のアドレスへ、アドレスからコマンドへ、または 1 つのコマンドから別のコマンドへ変更されるたびに、データ フレームは少なくとも 6 つの明確なゼロ交差 (または「000000」) で区切られる必要があります。6 つのゼロのシーケンスにより、デバイス デコーダー ハードウェアがリセットされます。

その後のハードウェア開発 (1997 年) では、ネイティブ X10 ハードウェアが改良されました。ヨーロッパ (2001 年) では、230 VAC 50 Hz 市場向けに開発されました。改良された製品はすべて同じ X10 プロトコルを使用し、互換性があります。

ワイヤレス キーパッド、リモート スイッチ、モーション センサーなどを可能にするために、RF プロトコルも定義されています。X10 ワイヤレス デバイスは、多くの IR リモートで使用されるNEC IRプロトコルとほぼ同じデータ パケットを送信し、無線受信機は、これらの無線パケットを通常の X10 電力線制御パケットに変換するブリッジを提供します。ワイヤレス プロトコルは、 米国では310 MHz 、ヨーロッパのシステムでは 433.92 MHzの周波数で動作します。

無線プロトコルを使用して利用できるデバイスは次のとおりです。

• キーパッド コントローラ (例: X10 Palm Pad HR12A (「クリッカー」))
• KR19A など、1 ～ 4 台の X10 デバイスを制御できるキーチェーン コントローラー。
• センサーデータを送信できる防犯アラームモジュール
• 照明とX-10チャイムを制御するパッシブ赤外線スイッチ
• 非受動的な情報バースト

制御する負荷に応じて、異なるモジュールを使用する必要があります。白熱灯負荷の場合は、ランプ モジュールまたは壁スイッチモジュールを使用できます。これらのモジュールは、トライアック ソリッド ステートスイッチを使用して電力を切り替え、ランプ負荷を調光することもできます。ランプ モジュールは動作中ほとんど無音で、一般に約 60 ～ 500ワットの負荷を制御できる定格です。

蛍光灯、高輝度放電灯、家電製品など、白熱灯以外の負荷の場合、ランプ モジュールのトライアック ベースの電子スイッチングは不適切であり、代わりに家電モジュールを使用する必要があります。これらのモジュールは、インパルス リレーを使用して電力を切り替えます。米国では、これらのモジュールの定格は一般に、最大 15アンペア( 120 V で 1800ワット) の負荷を制御できるようになっています。

多くのデバイス モジュールには、ローカル コントロールと呼ばれる機能があります。モジュールがオフになっている場合、ランプまたはアプライアンスの電源スイッチを操作すると、モジュールがオンになります。この方法では、X10 コントローラーを使用しなくても、ランプを点灯したり、コーヒー ポットをオンにしたりできます。壁スイッチ モジュールではこの機能が提供されない場合があります。その結果、古いアプライアンス モジュールは、たとえば 5W LED テーブル ランプなどの非常に低い負荷では動作しない可能性があります。

一部の壁スイッチ モジュールには、ローカル ディミングと呼ばれる機能があります。通常、壁スイッチ モジュールのローカル プッシュ ボタンは、オン/オフ制御のみを提供し、制御対象のランプをローカルに調光することはできません。ローカル ディミングが提供されている場合、プッシュ ボタンを押し続けると、ランプの明るさの範囲が循環します。

ハイエンドのモジュールには、プログラム可能なオンレベル、カスタマイズ可能なフェードレート、使用時にコマンドを送信する機能 (双方向デバイスと呼ばれる)、シーンのサポートなど、より高度な機能があります。

温度、光、赤外線、動き、または接点の開閉を感知して報告するセンサー モジュールがあります。デバイス モジュールには、サーモスタット、可聴アラーム、低電圧スイッチのコントローラーが含まれます。

X10 コントローラーは、非常にシンプルなものから非常に高度なものまで多岐にわたります。

最もシンプルなコントローラーは、4 つの連続したアドレス (1～4 または 5～8) にある 4 つの X10 デバイスを制御するように配置されています。コントローラーには通常、次のボタンが含まれています。

• ユニット1のオン/オフ
• ユニット2のオン/オフ
• ユニット3のオン/オフ
• ユニット4のオン/オフ
• 明るくする/暗くする（最後に選択した単位）
• すべてのライトがオン/すべてのユニットがオフ

より高度なコントローラは、より多くのユニットを制御したり、毎日特定の時間に事前にプログラムされた機能を実行するタイマーを組み込んだりできます。受動型赤外線モーション検出器または光電セルを使用して外部条件に基づいて照明をオン/オフするユニットも利用できます。

最後に、CM11A シリアル インターフェイスなど、Active Home と呼ばれるソフトウェアを使用して完全にプログラムおよび/または制御できる非常に高度なユニットがあります。これらのシステムは、さまざまな時間指定イベントを実行したり、外部センサーに応答したり、ボタンを 1 回押すだけでシーン全体を実行したり、ライトをオンにしたり、明るさのレベルを設定したりすることができます。制御プログラムは、 Microsoft Windows、Apple の Macintosh、Linux、FreeBSDオペレーティング システムを 実行するコンピューターで使用できます。

盗難警報システムも利用できます。これらのシステムには、ドア/窓センサーのほか、コード化された無線周波数 (RF) 信号を使用して作動を識別したり、定期的にチェックインしてシステムがまだアクティブであることを示すハートビート信号を送信したりするモーション センサーが含まれています。ユーザーは、コード化された RF 信号を使用してセキュリティを確保するさまざまなリモート コントロールを使用して、システムの起動と解除を行うことができます。アラームがトリガーされると、コンソールは録音されたメッセージとともに電話を発信します。コンソールは、アラームがトリガーされたときにライトを点滅させるのに X10 プロトコルを使用し、セキュリティ コンソールは外部サイレンを鳴らします。X10 プロトコルを使用すると、セキュリティを強化するためにリモート サイレンにも信号が送信されます。

X10 を他のホーム オートメーション標準 ( KNXなど)に変換するブリッジがあります。ioBridgeを使用すると、X10 PSC04 電力線インターフェイス モジュールを介して X10 プロトコルを Web サービス API に変換できます。magnocomp の magDomus ホーム コントローラーを使用すると、ほとんどのホーム オートメーション技術間の相互接続と相互運用が可能になります。

サーモスタット

X10 はオープン スタンダードであるため、RCS などの企業は、Web インターフェイスまたは HAL や HomeSeer などの X10 ソフトウェアを実行しているコンピューター経由で制御可能な、x10 制御可能なサーモスタット モデル TX15-B をリリースしました。

X10 コントロールで使用されるソリッドステート スイッチは、非常に小さな漏れ電流を流します。コンパクト蛍光灯は、電源をオフにしたときに煩わしい点滅が表示される場合があります。CFL メーカーは、ソリッドステート タイマーまたはリモート コントロールでランプを制御することを推奨していません。

トライアックソリッドステート出力を備えた一部の X10 コントローラは、デバイスのリーク電流が原因で、低電力デバイス (50 ワット未満) や蛍光灯などのデバイスではうまく動作しない場合があります。金属接点を備えたリレーを使用するアプライアンス モジュールを使用すると、この問題を解決できる場合があります。多くの古いアプライアンス ユニットには、リレーを意図的に高抵抗器でバイパスする「ローカル コントロール」機能があります。これにより、モジュールはアプライアンス自体のスイッチを感知し、ローカル スイッチが操作されたときにリレーをオンにすることができます。この感知電流は、LED または CFL ランプと互換性がない場合があります。

すべてのデバイスが調光器で使用できるわけではありません。蛍光灯は白熱灯調光器では調光できません。コンパクト蛍光灯の特定のモデルは調光可能ですが、コストが高くなります。ファンなどの電動器具は、通常、調光器では期待どおりに動作しません。

X10 の問題の 1 つは、北米の一般的な住宅建築で使用される3 線式 120/240 ボルト システムで、 2 本の活線導体間の信号が過度に減衰することです。1 本の活線導体上の送信機からの信号は、配電変圧器巻線の高インピーダンスを介して他の活線導体に伝搬されない場合があります。多くの場合、X10 信号を 1 本の変圧器脚線から他の脚線に伝搬するための信頼できる経路がまったくありません。この障害は、ストーブや乾燥機などの大型の 240 ボルト機器のオン/オフに応じて発生したり解消したりすることがあります (電源がオンになると、このような機器は 2 本の脚線間の X10 信号に低インピーダンス ブリッジを提供します)。この問題は、脚線間にコンデンサをX10 信号の経路として設置することで恒久的に解決できます。メーカーは、この機能を実行する 240 ボルト ソケットに差し込む信号カプラを一般に販売しています。より高度な設置では、脚間にアクティブリピータデバイスを設置しますが、信号増幅器とカプラ デバイスを組み合わせる場合もあります。三相電力を使用する家庭では、相間通信にリピーターも必要です。北米以外の多くの国では、通常、家全体が 1 本の 240 ボルト単相電線で配線されているため、この問題は発生しません。

テレビ受信機や家庭用無線機器は、不必要な「オフ」または「オン」信号を引き起こす可能性があります。ノイズ フィルタ (コンピューターや多くの最新機器に搭載されているもの) は、X10 信号から外部ノイズを排除するのに役立ちますが、X10 用に設計されていないノイズ フィルタは、機器が接続されている分岐回路を通過する X10 信号を減衰させる可能性もあります。

コンピュータ、テレビ受信機、衛星受信機などの現代の電子機器で使用されている特定のタイプの電源は、高周波信号に低インピーダンス パスを提供することで、通過する X10 信号を減衰させます。通常、これらの電源の入力に使用されるコンデンサは、X10 信号をラインからニュートラルに短絡し、そのデバイスの近くの回路で X10 を制御する可能性をすべて抑制します。X10 信号がそのようなデバイスに到達しないようにブロックするフィルターが利用可能であり、問​​題のあるデバイスをそのようなフィルターに接続すると、原因不明の X10 断続障害を修復できます。

コンピュータやその他の電子機器で使用されるバックアップ電源やスタンバイ電源を使用すると、電源に使用されているフィルタリングにより、家庭内の設備でその電源が完全に機能しなくなる可能性があります。

X10 信号は、最初に制御するデバイスを指定し、次にそのデバイスが実行する操作を送信することで、一度に 1 つのコマンドのみを送信できます。2 つの X10 信号が同時に送信されると、衝突またはインターリーブが発生し、コマンドがデコードできないか、または誤った操作がトリガーされる可能性があります。CM15A および RR501 トランシーバーは、他のモデルで時々発生する可能性のあるこれらの信号衝突を回避できます。

X10 プロトコルは低速です。デバイス アドレスとコマンドの送信には約 4 分の 3 秒かかります。卓上コントローラーを使用する場合は一般に目立ちませんが、双方向スイッチを使用する場合や、何らかのコンピューター コントローラーを使用する場合は目立った問題になります。デバイスの調光速度を遅くすると、明らかな遅延をいくらか軽減できます。より高度なモジュールでは、グループ制御 (照明シーン) 拡張コマンドを使用するという別のオプションもあります。これにより、1 つのコマンドで複数のモジュールを同時に調整できます。

X10 プロトコルは、調光速度、直接調光レベル設定、グループ制御 (シーン設定) のより高度な制御をサポートしています。これは、X10 標準の公式部分である拡張メッセージ セットを介して行われます。ただし、すべての拡張メッセージのサポートは必須ではなく、多くの安価なモジュールは基本メッセージ セットのみを実装しています。これらでは、各照明回路を次々に調整する必要があり、見た目が悪く、非常に遅くなることがあります。

標準の X10 電力線および RF プロトコルは暗号化をサポートしておらず、256 台のデバイスしかアドレス指定できません。同じ X10 デバイス アドレスを使用している近隣からのフィルタリングされていない電力線信号は、互いに干渉する可能性があります。干渉する RF ワイヤレス信号も同様に受信される可能性があり、敷地内で RF から電力線へのデバイスが使用されている場合、X10 RF リモコンを持っている近くの誰かが故意にまたは無意識に混乱を引き起こすことは簡単です。

• インステオン
• ホームオートメーション
• 電力線通信

• X10 ナレッジベース
• X10 回路図と変更
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