（计算机应用技术专业论文）数字可寻址照明接口（dali）的分析与研究.pdf

摘要 随着经济的发展，高科技电子产品的普及等因素，引发了电力危机和 能源短缺。为了解决这个问题，提出了许多节约能源和开发新能源的举措， “绿色照明工程和智能照明控制系统就是针对电力危机提出的措施， d a lt 是照明控制系统的一种数字通信协议。 d a l l 协议弥补了传统照明控制系统的不足，是由著名的照明设备产 商共同制定的，专门成立了一个改进d a l i 协议和推广d a l i 产品的协会： a g d a l i 。 本文讲述了d a l i 协议的产生背景，d a l i 协议的发展，d a l i 协议的 内容以及d a l i 照明系统的优势：在现有的认识基础上，对d a l i 协议做了 分析和研究，设计了一个基于d a l i 协议的照明控制系统。 关键词： d a l i 协议，照明控制系统，电子镇流器，控制器 a b s tr a c t t hecr js is0 fe 1ec tr icsys t0 ma ndsh0 r ta geo fer le r g v p r 0d uced bythef as tde v e lop m e l 2 t0 feco n o m y ，th e p0p u l a r i za t i0 n0 fh j g h techn o lo g ic p r 0duc t i0 n ， e tc in0 r d e3 、t 0r es 0 1v ethe pr ob 1e i ) 1 。 the pe o p l e su p p0seman y 讯e t h o d s0 fs a v in ge n e rg ya ndex p l 0 i tn e we ner g y “g ree nl lg h t in g ” a l q di n te 1 1 i gen t l i gh t jn gc 0r t r o l svs te mw e 上 o i e ar lsa j tothec r is is0 fe lec t t icsy s t e m ，d ig i t a laddr ess a b le i 。ig h t i l q gin ter f ace ( i ) a l i ) i sad ig i ta lco m n ll l i 3 ic a t i0 n p r o t 0c 0 l0 f l i g h tin gc 0 n t r 0 1 svs te m t h ed al i p r o t 0 c o lm a k eu pt h e d is a d v a n t a g eo ft t a d i1 i0 n a l 1 ig h t i n gc 0 n t r 0 1s y s t e m ，w a ses t a b l i s h e dj o i n t lybyf a m ousc o o f 1 ig h i ：i 1 2 9e q u i p m e n t t h e ys p e c i a l l yes t a b l is h e d0 r l eur l i0 n ：a g d a l i in0 r d e rt op r o m o t ei ? a l ip r o t o e o la n dp o p u l a r i z ep r o d u c tsb a s e d0 n d a l i t h ist hes isd es c r i be dt he b a c k g r o t l n d 。t h ed e v e l0 1 3 m e n tt h e c o n te x t0 fd a l ia n dt he a d v a n t a g e0 fd a l is y s te m a h a lyze da n dd 0 s o m eres e a r c h0 fi ) a l lb as e dthe c o m p r e h e n d0 fex is t i n gin f o r m a t i 0 n d e s i g n e d al i g h t in gc o n t r 0 1 sy s t e mb a s e dd a l i k e y w o r d s d a l il ig h t i l 3 9c 0 n t r0 1 s y s t e l nb a l l a s tc 0r l t r 0 1 1e r v 五 6 6 9 1 26 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：程记焱 日 期：2 触年辱月多日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：竖毖论文作者签名：壹篁墨壅 昆明理丁大学项十论文 第一章序言 第一章序言 1 1 背景 1 1 1 全球电力危机 经济增长强劲导致电力需求增长；高科技电子产业的发展及其产品 使用的普及，电力需求增长率上升；气候变化异常，水文条件发生变化 也使得对电力的需求越来越大。在许多地区，由于经济快速增长而导致 电力建设无法及时跟上，严重的电力短缺不仅直接影响工业和高科技产 业，而且对社会运行乃至广大居民的日常生活也带来诸多不便。二十世 纪末以来，加利福尼豫州( 简称加州) 电力危机的信息泛滥成灾，加州 的电力危机已经影响到了周围的地区，而且影响将继续扩大。 工商时报综合外电报导，美国的能源危机有向外扩散到全美洲的趋 势，继加州电力危机之后，德州与东北部跟着传出电力供应可能不足的 警讯。巴西从2 0 0 1 年6 月1 日起实施大规模限制用电措旋，全国各地都 要不定时停电。从报纸、电视等新闻媒体中，不时可以看到世界各地电 力危机，荷兰天热电力告急，澳大利亚面临电力危机，东京电力危机等等， 在中国，由于地方经济发展迅速，电力供应不足和效率低下，许多发达 城市也发生大规模电力危机。对全球来说，急需开发新能源和节约能源。 1 1 2 绿色照明的提出 有资料显示，如果不开发新能源和节约能源，世界上的能源只够人 类用1 0 0 年，所以许多国家想以节约能源的方式延长有限能源的使用期 限。”绿色照明”是2 0 世纪9 0 年代初提出的照明领域的新方针，它是从节 约能源、保护环境的角度提出来的，其具体目标是：推广使用效率高、 寿命长、安全和性能稳定的电光源、照明电器配件以及调光控制器件组 成的照明系统，节约照明用电，减少发电对环境的污染，提高人们的工 作效率和生活质量。美国环保局于1 9 9 1 年初提出了绿色照明和有关计划， 并积极付诸实施，几年来取得了显著成效，随后得到了联合国和世界上众 多国家的关注，并制订了相关的计划。 我国对节约能源也十分重视，在照明领域的节能方面进行了很多工 昆州删tj 、学f m 】f 5 2 - 克 第一常序言 作。例如在进入2 0 世纪9 0 年代之际，中国照明学会组织了照明节能的分 析研究，提出了一些措施，l9 9 0 年组织撰写了未来十年照明节能预测 的报告，对2 0 世纪最后十年的照明节能潜力进行了研究分析，提出了技术 措施和建议，报送国家计委、中国科协等领导单位，引起了更多重视，该报 告被列入了】9 9 1 年全国节能宣传周节能报告文集进行了重点宣传。 国家经贸委l9 93 年丌始把照明节能提到了能源、环境与经济协调发展的 战略高度，放在资源节约工作的优先位置，并于l9 9 4 年开始组织制词中国 绿色照明工程计划，于l9 9 6 年正式制订了中国绿色照明工程实施方案， 正式组织试点和实施。l9 9 6 年1 0 月，19 9 7 年10 月，19 9 8 年l0 月，结合全 国节能宣传周，出国家经贸委资源节约综合利用司主办，中国照明学会等 单位协办了三届中国绿色照明国际研讨会，进行了技术交流和广泛的宣 传，起到了积极榷动作用。 “中国绿色照明工程”，是旨在节约电能，保护环境，改善照明质 量的重点节能示范工程。其主要b 的是促进我国高效照明电器产品的发 展，提高生产企业的产品质量，引导和规范市场秩序，扩大优质照明电 器产品的市场份额；通过宣传教育，提高消费者照明节电意识和对高效 照明产品的认识，增进产品。的市场消费，逐步建立一个健康的高效照明 产品市场服务体系。 高效照明器材是照明节能的重要基础但照明器材不只是光源，光源 是首要因素，但不是唯一的，灯具和电气附件( 如镇流器) 的效率，对于照 明节能的影响是不可忽视的。 1 1 ，3 智能照明控制系统的引入 建筑照明节能潜力主要包括电光源潜力、镇流器潜力和传感监控器 潜力、灯具潜力以及运行管理潜力等。实施绿色照明工程的一个任务是 正确合理选用灯具，选用灯具的一个方面是处理好能量效率与装饰性的 关系。当莳，在民用建筑中乃至一部分工业建筑中，照明设计有一种偏 向，强调了灯具的装饰性能，而忽视了灯具效率和光的利用系数，造成 过大的能源消耗，丽得不到良好的照明效果。 建筑能耗已成为一个国家总能耗的重要组成部分，发达国家的建筑 能耗占其总能耗的3 0 一4 0 ，我国建筑能耗约占全国总能耗的1 4 。 就建筑运行能耗而占，电力消耗已成为建筑物的主要能耗。照明控制系 昆 蜘理t 大学颂 论文 第一章序言 统正越来越成为“智能建筑”和“绿色建筑”中的重要设备，是智能化 和节能的重要手段，将成为未来建筑业内装备发展产业的新的投资热点。 在2 0 0 0 年法兰克福国际照明博览会照明技术考察展览会中，在室内的照 明系统中已经采用了一种比b u s 系统更加适合于照明控制的实用的低价 位易于推广的通讯接口系统d a i i ( d ig i t a l a d d r oss a b lei 。jg h tin g in te r f a c 8 ) 数字可寻址照明接口。 d a l 。t 是“d ig i t a la d d r e ss a b lel ig h t i n g i n t o r f a ce ”的首字母缩 写，它足。个国际标准，确保不同照明器具厂家生产的产品的可更换性， 它给灯具设备制造商、大厦管理者、照明设计师和用户一个保证，以确 保不同来源产品的可兼容性。 1 - 2 照明控制系统 照明控制系统主要由日光灯、吊灯、壁灯、射灯和落地台灯等组成。 除日光灯外，所有其它灯均可作亮度调节，以满足不同的需要。灯光会 根据不同的场景，做出相应的调整，只要按一个按钮便可生成一种预先 设置的照明效果，例如，欣赏影片时，按下按钮把灯光调暗；任何一个 开关不再像以往一样只能固定控制一盘或一组灯，您可以指定任何一个 有开关的控制对象( 任何位置的一盏或多盏灯) 。例如，对于卧室床头的 一个开关，您既可以设定它来控制床头灯，也可以设定为开关卧室里所 有的灯光。 智能照明控制产品又称环境调光产品，它构成了新一代的照明控制 系统，不同于楼字系统控制照明。这种新型系统和楼宇系统控制照明最 大的不同就是楼宇系统只是进行弱电控制，执行端另用接触器开、关照 明回路；而智能照明控制系统却是包括了弱电控制和强电供电，使之一 体化，是一个不可分割的系统，它自成体系，直接对照明负载连续供电 及控制。所以，用户不能仅仅看其控制特性，同时必须注意其作为电气 设备的性能指标。当这类产品构成系统使用时，它的配置首先取决于照 明回路的数量、负载容量、负载类型，而不论是划归“强电”还是“弱 电”管理，它的选型配曩、安装、调试都必须与照明供电回路紧密结合。 它可以独立运行，也可以纳入楼宇系统作为子系统。 电子镇流器作为绿色照明产品的重要组成部份，以其节能、无频闪、 无噪声、灯管使用寿命长和功率因数高对线路损耗小等特点，得到很好 昆叫胖t 人学硎 论文 第一章粤言 的发展= u j 调光电子镇流器不同于普通的屯子镇流器，它除了和普通的 电子镇流器一样需要接交流电源和接荧光灯管外，还需要接调光控制器。 d 扎t 是种新的渊光控制器的标准。 数宁可寻址照明接口 d a l i ( d ig i t a la d d r ess a b lel ig h t in g in t 。r e t c e ) 控制调光电子镇流器u j 以实现对每个独立的镇流器进行单 独控觎控制内容包括：控制开关，调光，组控调光，检测灯的开关、 亮度、异常等状态。 1 3d h l l 照明控制系统 对只需要控制位置和该位置上亮度的照明控制来说，采用b 【j s 通汛 接u 系统显然太复杂了，成本也高，为了使装备简单，降低造价，寻找 一种新的通讯接口是很有意义的。数字可编址照明接口b a l i 系统就是在 这样的背景下诞生了，d a 乙i 是照明控制系统的、i k 界新标准，于2 0 0 2 年 夏纳入i e c 9 2 9 e n 6 0 9 2 9 标准。 d a l i 系统采用两条控制线，实施对多至6 4 个对象的控制。它笈出地 址和亮度信号。控制调光镇流器或调光器内的输入控制电压，从而对受 控灯具实施开关和调光。该系统可以装在电子镇流器或调光器内，也可 以作为一个附件装在没有这套系统但可调光的镇流器或调光器外，由一 个布景在室内的d a l i 控制器实施控制。d a l i 系统已成为许多生产这类产 品公司采用的接口标准如o s r a m ，p t l i t i p s ，h e l v a r ，v s ，m a g n e t e k ， f a g e r h u l t ，i n s t a ，h u c 0 等。 d a l i 是由一些灯具、镇流管和夹具制造商合作开发的，它是一项开 放的数字通信协议，允许控制器和荧光灯、白炽灯等照明夹具之间的通 信。一般d a l i 的用途包括调整灯光昼夜照明的亮度、为白天举行的活动 而调整照明，还有节能和远程控制功能。 d a 【，i 使房间的灯光更容易控制良满足多种要求，并支持灯光控制预 先发置。b a l i 网络可通过网关和p c 终端控制与楼宇管理系统相连，创新 多种潜在功能。例如：窗边的电灯可与传感器相连，根据日照的强度调 整电灯明暗，从而节约能源。还有，会议室的电灯也可与运动传感器相 连，当屋了县坐满了人，灯光可通过预先的设置调整到开会状态；当人 们离开时，灯光在一段时间后将自动关闭。 d a l i 作为照明接口的一个标准，以其灵活性和低价格一直受到业界 昆叫理t 大学顶士沦义第一章序言 照明设备制造商的青睐。 摩托罗拉8 位控制器部总经理p a u lg r i m i n e 先生说：“d a l i 为照明控 制系统提供了简单和廉价的选择。摩托罗拉正在为我们的用户不断推出 一系列参考设计，帮助他们加速开发嵌入式系统，使之更专注于他们的 特长。我们丰富的照明参考设计，允许我们集中力量开发属于我们自己 知识产权的照明系统。” “随着照明工业的快速发展，产品设计是否采用先进的数字控制、 节能设计，或产品投放市场时间长短将决定产品的成功和失败，”l e x e l 大厦控制开发中心的研发部门总设计师j a a k k om u t k a l a 先生说：“摩托 罗拉d a l i 参考设计给了我们照明行业的用户面临着不断增加的提高性能 和降低价格的压力。” 摩托罗拉推出了基于摩托罗拉6 8 h c 9 0 88 位快闪微控制器的一系列 特殊应用的数字可寻址照明接口( d a l i ) 参考设计，p h i l i p s 公司也推出 了一系列特殊应用的新款数字可寻址照明接口参考设计，国内广州周立 功单片机发展有限公司代理p h i l i p s 公司的新款数字可寻址照明接口 ( d a l i ) 参考设计。d a l i 协议帮助嵌入式系统设计师为房间控制和楼宇 管理系统开发照明控制应用。 d a l i 作为一个相对复杂的数字照明网络，它通常适用于大型的系统 安装，可以根据具体需求，编制不同的软件。它非常适用于以下场合： 小型和开放的办公室，用户可自行控制照明； 会议室和教室，需要不同的照明方案来实现不同类型的用途： 超市和某些零售店，这些场所的商品销售和布局经常发生改变； 需要适应时间、事件和功能的酒店大堂和会议室； 餐馆，需要根据时间来调整照明( 从早锯到午锓再到晚餐) 。 1 4 本论文完成的工作 本论文根据目前国内外对d a l i 协议的研究和应用情况，结合实际 条件，主要对以下方面做分析和研究： 1 )智能照明控制系统的优越性 智能照明控制系统的优越性有良好的节能效果、光源寿命的延长、 改善工作环境、多种照明效果、维护方便简单等。 2 ) d a l i 协议 昆| 1 j 理工人学硕士论文 第一章序言 d a l i 协议包括协议内容、电气规格、数据帧结构、指令等。 ”d a l i 照明控制系统的优越性 d a l i 数字照明网络通过使用现代照明技术实现了低能耗，同时提高 了系统的灵活性并降低了维护的成本。可以对设备进行单独控制，布线 简单，可以获取从设备的状态信息等等。 4 ) d a l i 协议在楼宇照明控制系统中的应用 由于基于d a l i 协议的系统具有明显优势，在照明控制领域具有趄好 的发展前景，因此，目前各大公司正在开发基于d a l i 协议的产品。 本部分根据笔者对d a l i 协议和照明控制系统的理解与现有的知识， 白行设计一个基于d a l i 协议照明控制系统。 6 昆明理1 _ 大学颂l 论文 _ _ _ _ - _ _ p _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ 第二章智能照叫控制系统的工程应用 第二章智能照明控制系统 智能照明控制系统一般可以实现以下功能：自动按照照明场所照度 的变化，调整灯光亮度，实现恒照度照明，达到节能的目的；可以设置 程序按时间或者其他的逻辑控制照明，为节日照明等特定场合设定专用 的照明效果；正常照明和应急照明的自动切换，当正常照明出现故障时， 可以自动切换到应急照明：可以自由设定照明的场景模式，用遥控器开 关控制，调节照明亮度，或进行远程控制；多个照明控制器可以联网， 实现集中控制，远程控制。 2 1 采用智能照明控制系统的优越性 1 良好的节能效果 采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源，智能照明控制系统 借助各种不同的”预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的 光照度进行精确设嚣和合理管理，实现节能。这种自动调节照度的方式， 充分利用室外的自然光，只有当必需时才把灯打开或调到要求的亮度， 利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达 3 0 以上。此外，智能照明控制系统中对荧光灯等进行调光控制，由于荧 光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提 高了功率因数，降低了低压无功损耗。 2 延长光源的寿命 延长光源寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工 作量，降低了照明系统的运行费用，管理维护也变得简单了。 无论是热辐射光源，还是气体放电光源，电网电压韵波动是光源损 坏的一个主要原因。因此，。有效地抑制电网电压的波动可以延长光源的 寿命。 智能照明控制系统能成功地抑制电网的浪涌电压，同时还具备了电 压限定和轭流滤波等功能，避免过电压和欠电压对光源的损害。采用软 启动和软关断技术，避免了冲击电流对光源的损害。通过上述方法，光 源的寿命通常可延长2 4 倍。 3 改善工作环境，提高工作效率 良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。良好的设计，合 第二章智能照明控制系统的工程应馏 理地选用光源、灯具及优良的照明控制系统，都能提高照明质量。 智能照明控制系统以调光模块控制面板代替传统的平开关控制灯 具，可以有效地控制各房间内整体的照度值，从而提高照度均匀性。同 时，这种控制方式内所采用的电气元件也解决了频闪效应，不会使人产 生不舒适、头昏脑胀、眼睛疲劳的感觉。 传统的镇流器 = 光灯以1 0 0 h z 的频率闪动，这种频动会使人的眼睛 容易产生疲劳，降低工作效率。采样可调光电子镇流器则工作在很高的 频率( 4 0 k h z 7 0 k h z ) ，不仅克服了频闪而且大大改善照明质量。 4 实现多种照明效果 多种照明控制方式，可以使同一建筑物具备多种艺术效果，为建筑 增色不少。现代建筑物中，照明不单纯地为满足人们视觉上的明暗效果， 更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富 的视觉效果和美感。建筑物内的展厅、报告厅、大堂、中庭等，如果配 以智能照明控制系统，按其不同时间、不同用途、不同的效果，采用相 应的预设：蓠! 场景进行控制，可以达到丰富的艺术效果。 5 管理维护方便 智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动 控制为辅，照明预置场景的参数以数字形式存储在e p r 0 i d 中，这些信息 的设置和更换十分方便，使大楼的照明管理和设备维护变得更加简单。 6 有较高的经济回报率 智能照明控制系统所增加的费用在三到五年的时间，从省电和节约 灯具两方面可基本收回。而智能照明控制系统可改善环境，提高员工工 作效率以及减少维修和管理费用等，也为业主节省下一笔可观的费用。 2 2 智能照明控制系统所能实现的效果 l 、实现照明控制智能化 采用智能照明控制系统后，可以使照明系统工作在全自动状态，系 统将按预先设定的若干基本状态进行工作。这些状态会按预先设定的时 间相互自动地切换，并将照度自动调整到工作最台适的水平。在靠近窗 户等自然采光较好的场所，系统会很好地利用自然光照明，调节到最佳 水平。当天气发生变化时，系统仍能够自动将照度调节到最适当的水平。 昆叫理 i 大学硼小论文第二章智能照明控制系统的工程应用 总之，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内的照度维持 在预先设定的水平。 当个工作日结束后，系统将自动进入晚间的工作状态，自动并极其 缓慢地调节各区域的灯光，同时系统的探测功能也将自动生效，将无人 区域的灯自动关闭，并将有人区域的灯光调至最合适的亮度。系统还能 够通过楼层管理器使办公区，楼梯间等公共区域的灯协调工作。当办公 区内有人工作时，楼梯闻及走道等公共区域的灯就保持基本亮度，只有 当所有的办公区域内的人走完后才将灯调到安全状态或关闭。此外，还 可以通过手动编程控制面板和遥控编程器，随意改变各区域的光照度， 咀适应各种场合的不同场景要求。 2 、场景变换灵活性 采用智能照明控制系统可预先设置不同的场景在模块中，在需要时对 相应的控制面板进行操作既可调入相应的场景。用户可通过可编程控制 面板对场景进行适时调节以适应不同的场景要求。另外，用户还可以通 过可编程接口用便携式编程器进行不同场景的变换设置。 智能照明控制系统使用了先进的电子技术，能对大多数灯具( 包括白 炽灯、日光灯、配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等) 进行智能 调光，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。将光电单元安装在适 当位置，当室外光强时，室内照度自动调暗；室外光弱时，室内照度则 自动调亮，从而使室内的照度始终保持在恒定值附近，同时实现可观的节 能效果。 2 3 智能照明控制系统的组成 智能照明控制系统是楼宇控制系统中的一部分，智能照明控制主系 统应是一个由集中管理器、主干线和信息接口等元件构成的，对各区域 实施相同的控制和信号采样的网络；其子系统应是一个由各类调光模块、 控制面板、照度动态检测器及动静探测器等元件构成的，对各区域分别 实施不同的具体控制的网络，主系统和子系统之间通过信息接口等元件 来连接，实现数据的传输。 2 4 智能照明控制系统的控制范围 工程中采用智能照明控制系统控制的范围主要包括以下几类：工艺 9 第二章智能照明控制系统的丁程应用 办公大厅、计算机中心等重要机房、报告厅等多功能厅、展厅、会议中 一已、门厅和中庭、走道和电梯厅等公用部位；大楼的总体和立面照明也 由智能照明控制系统提供开关信号进行控制。智能照明控制系统有场景 选择，如会议场景有报告、投影、巾场休息和会议讨论，见图2 1 所示： 场景l报告 场景3中场休息 场景2 投影 场景4 会议讨论 图2 1 智能照明控制系统 第三章d a l l 协泌 第三章d a li 协议 d a l i 是在主要的照明控制设备制造商的共同努力下提出来的，为了 遵守照明市场的要求，为当前的照明技术而定制的理想的、简化的数字 通信标准。d a l i 接口协议已被纳入荧光灯镇流器标准i e c 9 29 e n 6 0 92 9 的 附录e 下，d a l i 协议使通信和安装已尽可能的简化，在某种意义上，所有 连接到局部系统的智能部件都是简单和不受干扰的，对数据电缆线，没 有特殊需求；在d a l i 总线的末端步需要接电阻。所有照明器件制造商都 想办法把复杂的照明任务变得简单、舒适，有了这个协议，可咀给客户 提供一个完善的照明系统解决方案( 电源一镇流器一发光设备控制单 元照明系统) 。 d a l i 协议( 数字可寻址照明接口，d i g i t a la d d r ess a b lel i g h t jn g i n te 1 7 f a c e ) 的新标准定义了从设备( 电子镇流器) 和主设备( 控制单元) 之间的数字通讯。在定义标准的时候，约定不是开发功能最强、复杂的 楼宇控制系统，而是建立一个结构定义清晰的简单系统。d a l l 的设计不 是用于复杂的总线系统，而是用于室内的智能、高性能照明管理。这些 功能可以通过合适的接口集成到楼宇管理系统中。 3 1d a li 协议的发展 以前，在照明技术领域的要求只有一个目标一一满足视觉需求，现 今，要求有许多，舒适、实用和节约能源都是有吸引力的特征，而且把 它们作为目标。传统的用电装置是基于单线开关，调光器和镇流器不能 征确响应要求；模拟接口控制器，如直流l l o v 模拟控制器，既不能提 供灵活性，又不能在一个系统中控制单盏灯，这使得扩展一个存在的系 统是很困难的。因此，从2 0 世纪8 0 年代开始发展总线( b u s ) 系统，使得 照明系统的所有部件间，甚至楼宇管理系统的工程之间可以进行数字通 信，在这些系统中，为了确保器件的高实用性和灵活性，在控制器和电 气器件间可以进行通信。 在市场上总线( b u s ) 系统装置已存在，但是在一般情况下，设备和 系统需要花费很高的代价，不仅造价高，同时要求设计师和电工具有丰 富的系统知识，还必须进行专门的训练才能进行工作。所以，安装这样 的一个系统是昂贵的并且需要高水平的技工。 昆i 婀理：大学颐上论文 错三章d a m 协议 上述问题使得照明工业制定了一个新的标准一照明系统中各部件 之间的数字通信，即d a l i 协议，目的是建立一个低成本，易于处理的系 统。这系统与楼宇管理系统的照明控制不同，简化了通信结构，建立 套指令，来明确照明控制的功能。d a l i 概念代表一个智能的实用的照明 管理，简单易用，具有成本效益。充分利用硬件和软件接口，以合理的 价格可以把d a l i 作为子系统整合进高级的楼宇管理系统设计。 d a l i 协议首先在欧洲提出，19 9 1 年，奥地利电子镇流器公司t r i d o n ic 和其它电子镇流器公司提出了数字串行接口( d ig it a l s e r ia l jn te r f a ce ) 。19 9 8 年欧洲照明设备生产协会提出数字可寻址照明接口 d a l i ( d ig i t a la d d r e ss a h lel i g h t in g in t e r f a c e ) 。 在国际电工协会( i e c ) 促进会的帮助下，d a l i 协议得到发展。在美 国，国家电气生产委员会控制协会作为ie c 的联系者，在2 0 0 0 年成立了 d a l i 委员会，请求北美照明工程协会( i e s n a ) 控制协会讨论d a l i 协议 提案。为了保证各厂商的d a l i 元件之间完全兼容，在2 0 0 2 年夏，d a i 。i 正式被i e c 采用，d a l i 协议被世界标准化，定为i e c 9 2 9 标准的附录e & g 。 这就建立了在全世界销售和使用d a l i 元件的基础，无需考虑厂商、国家 或技术上的不兼容，世界上著名的照明设备公司都支持这个标准。 德国电子电气生产协会( z v e i ) ，一个发光设备部门，成立了一个 贸易协会：a g d a l i ，促进d a l i 协议和相关产品。到2 0 0 4 年2 月，a g d a l i 共有3 2 个成员，包括德国的o s r a m ；荷兰的p h i l i p sl ig h t in g ；奥 地利的t r i d o n ic 等。 3 2d a li 协议 这部分主要描述d a l i 协议的特性。主要特性有 异步串行协议； l2 0 0 波特率，双相位( 曼切斯特) 编码，半双工 两条不同的通信线( 控制线) ； 电压高于l1 5 v 表示高电平( 发送方) ； 电压低于4 5 v 表示低电平( 发送方) ； 主设备( 主控制器) 控制通信： 可以连接6 4 个从属设备： 每个从属设备可以单独编址； 昆明理1 ：大学硕i 论文第三章d a m 协议 主设备的数据帧结构：1 个起始位，16 个数据位和2 个停l e 位： 从设备的数据帧结构：1 个起始位，8 个数据位和2 个停止位； 从设备中存有信息参数：单元设各地址，组标识，场景值等等。 3 2 1d a li 是协议，而不是产品 必须强调的是：d a l i 不是产品，而是协议一一一套规则。现有的d a l i 协议覆盖电气特性，镇流器的控制命令和镇流器的状态信息。关于控制 没备的d a l i 协议正在进行中。 d a l i 协议包括四个主要部分：电源连接，灯具的响应，控制接口和 指令集；d a l i 具体描述了2 5 6 步对数调光曲线( 见图3 1 ) ，对数函线 为1 2 7 + l o g ；, + 1 ，x 表示调光百分比值，从数学上看，每步变化大约为2 8 ， 曲线的最低端表示o 1 的白炽灯，1 的线性日光灯和3 的紧凑型荧光灯 的亮度输出，注意这血线指的是孤功率，而不是流明( 光通量单位) 的 输出。d a l i 协议的目的是提供装备简单，造价低，易于执行，免干扰， 在不同厂家的产品可兼容的数字通信。 d j mv a l u e r e l a t i v el i g h t i n gl e v e l 图3 1 对数调光曲线图 3 2 2 电气参数 】3 第三章d a l 协泌 符合o a l i 协议的电子镇流器在出厂时已编好程序，对镇流器首次施 加电压时，满额输出：没有d a l i 信号电压时，进入预设置形式。在运转 时可以改变光亮度设置，镇流器厂家也提供通用输入电压( 1 l 5v 到3 0 0 v ， j 0 h z 到6 0 h z ) 高功率因数，低谐波失真和瞬间电压保护。 d a l i 是用两条通信线( 控制线) 在主设备和从设备双方之间进行串 行通信，根据串行协议设置高电平或低电平。用通信线的电压表示高电 平或低电平，在发送方，电压在11 5 v 到2 0 5 v 问表示高电平，在4 5 v 到 4 5 v 删表示低电平( 见图3 2 ) 。没有通信时( 空闲状态) ，主设备保 持高电平。 主设备主要指控制器，控制器可以为计算机，也可以为微控制器； 从设备主要指d a l i 镇流器，有时也指d a l i 传感器。d a l i 镇流器是最常用 的h a l i 从设备，一方面直接控制照明设备，另一方面可以接收处理d a l i 信号，并保存该镇流器的地址信息、分组信息、场景信息、亮度信息和 状态信息等；d a l i 传感器由各种传感器加控制芯片组成，用来产生照明 设备自动调整状态所需要的各种环境信息。主设备控制从设备的方式有 两种：一是计算机控制，计算机与照明系统间用串行协议通讯( 如r s 23 2 ) ； 另一种是微控制器器控制器，微控制器与照明系统问同样用串行协议通 讯。 d a l i 协议规定“0 ”为o o t 直流电压( 可以在一4 5 v 至4 5 v 浮动) ，“1 ” 为l6 伏直流电压( 可以在9 5 伏至2 2 5 伏间浮动) ，在电源供给和最远的 装置间电压压降不超过2 伏，装置包括镇流器和控制器( 见图3 2 ) 。d a l j i 信号线，有时指环路或总线，在d a l i 电源和最远的镇流器或控制设备问 不超过3 0 0 米。如果用小规格电线作为d a l i 信号线，这些要求是计算压降 的必要条件。 一个镇流器的d a l i 终端在空闲或接受状态下，可以通过最大2 t n a 的电 流，一些控制设备在空闲状态可以达到l5 m a ：在回答询问期间，当控制 器或镇流器发送“0 ”时。电流必须为25 0 m a 。因此，d a l i 系统的最大电 流限制为25 0 m a ，每个电子镇流器的电流消耗设定在2 m a ，在一个d a l i 装 置中最多有l2 5 个镇流器，即镇流器的d a l i 终端在空闲或接收状态最大可 以引导2 m a 的电流。因此，设计者在设计d a l i 系统时必须注意任何d a l i 总 线上镇流器和控制装置的电流之和不能超过2 5 0 m a 。 d a l i 信号的波特率是1 2 0 0 b a u d s ，与每秒1 0 亿传输速度的以太网相 1 4 昆明理t 大学硕上论文 第三章d a l i 协议 比相对较慢， l6 伏、低速度的d a l i 控制信号可以免于各种冲突和干扰 因此d a l i 系统没有冲突检测； 发送单元 接收单元 霉力v f 秘 褥v l 母 殳有定义 i 蹙有定义 曼有定义 图3 2 电压等级 d a l i 信号是2 线d a l i 通讯。电线不需要屏蔽，即使使用直流电，镇 流器和控制器的d a l i 总线没有明显极性。此外，线的末端不需要电阻器。 d a l i 协议有多种拓扑结构，如电线可以安装成线形、星形排列。如图3 3 所示： j 、赣糕荛e ! - 0 辍。豢善蔗j ：0 矗意蓉董：。 7 一i ，、 ，t 一1 。“、 ： 、玎“、t + ! ! i ； ： ， b ：| l i i 。 1 。 -， i ”、 ：| 蟊蕊羲 ：0 鬻菇瓢l 蠹瓣鹾三 、l ，、 ， 鼍兹谶菇j t 、。 。一曩? 譬 0 箍藏舔e ： ，。7 、 粼瓣。| 、l ：) j ：糕瓷：跨： 图3 3 d a l i 拓扑结构图 一个d a l i 系统不仅仅是d a l i 镇流器，还需要电源供给和控制单元， 电源供给必须提供大约i 6 伏直流电压，和短路时不超过250 m a 的电流。 l_，llll r i o l 昆明理1 ：人学坝】论文第三章d a l l 协议 典型的控制单元是有微控制器、计算机；也可以为控制开关。一些控制 单元( 控制丌关) 提供手动调光功能，还有的具有通过传感器进行人员 检测以及依照日光强度进行调光的整合控制功能。传感器可以根据具体 需求选择，如用于人员检测可以采用动感传感器( 如红外传感器) ，用 于检测同照强度的可以把简易传感器( 感应器) 装在开关上，也可以把 传感器装在房间的某个适当部位。 d a l i 电线可以为c l a s sl 线电压或c l a ss2 低电压配线，这使得d a l i 总线配线可以连同线路管道分支内的电压线或预先的5 线配线一起安装。 当然，d a l i 总线可以完全独立于电压线安装。如果d a l l 总线的任何一部 分使用c l a s s 1 配线，那么整个d a l i 总线必须用c l a s s l 配线安装。例 如，d a l i 总线与线电压线安装在同一管道中，那整个d a l i 总线必须安装 为c 1 a s sl ，简单的说，c 1 a s sl 可以与线电压配线一起安装，而c l a s s2 不可与线电压配线一起安装。配线图如图3 4 所示： 图3 4d a l i 网络配线图 最简单的d a l i 配线结构与家用的门铃电路相似，由一个电源、控制 器和驱动器组成，可以应用于一个简单的会议室或主管办公室。 一个d a l i 镇流器具有在d a l i 系统和r s2 3 2 间进行双向信号转换的 通用网关，并提供所需的16 伏直流电压。软件可以通过r s 232 接口和地 址、场景、组群和别的程序设置对d a l i 总线上的设备进行操作。 以上所述的只是一般系统结构的电气参数，d a l i 系统的核心是它的 数字命令。 3 2 ，3 命令结构和地址类型 d a l i 控制器命令的数据帧结构包括一个起始位，八个地址位( 第 第三_ 啻d a l 。1 协挺 字节) ，八个数据指令位( 第二字节) ，和两个停止位( 见图3 j ) 。 大部分命令用第一字节的第一位区分是单元设备地址或是组地址，用第 一字节的最后一位区分第二字节是指令还是弧功率，地址类型见表3 1 。 如果第一字节中的前七位全是“l ”，那么这是个广播消息，d a l i 总线上 的所有镇流器都要执行。命令分为标准命令和专用命令，标准命令的第 一字节为地址字节，用来对d a l i 从设备寻址，第二字节为指令字节，使 用标准命令主控制器可以实现对d a l i 从设备的分组控制、调光控制、场 景设置等功能：专用命令使用广播方式发送，主要用来对d a l i 系统进行 初始化。从镇流器返回来的信息，数据帧结构包括一个起始位、八个数 据位( 一个字节) 和两个停止位，如图3 6 所示，八个数据位主要表示 镇流器的状态信息。d a i 。t 协议数据帧中有6 位表示设备地址，可以单独 寻址6 4 个设备，同时提供状态信息和一系列可调整参数( 调整时间、频 率) 等等，见2 4 节。 表3 1地址类型 地址类型命令字节描述 短地址( 单个设o a a a a a al + c c c c c c c c ， 备地址)o a a a a a a o + 弧功率( a r cp o w e r ) 组地址l o o g g g g l + c c c c c c c c ， 1o o g g g g o + 弧功率( a r c p o w e r ) 广播地址 1 1 1 1 1 1 l l + c c c c c c c c ， 1 1 1 1 1 1 1 0 + 弧功率( a r cp o w e r ) 0 a a a a a a l + 0 0 0 1 s s s s 场景命令1 1 1 1 1 l l l + 0 0 0 l s s s s 1 0 0 g g g g l + 0 0 0 1 s s s s 在表3 1 中，a 表示单个设备地址位，c 表示指令位，g 表示组地址 位，s 表示场景设置位，弧功率是0 ( 关) 和2 5 5 ( 最大功率) 之间的一 个值( 见图3 1 ) 。 d a l i 协议规定在同一时刻只有一个设备传送一个数据帧，d a l i 控制 设备不包含冲突检测和消解策略，d a l i 镇流器只是对一个控制设备的请 求做出反应，不需要具备冲突检测和消解策略功能。d a l i 命令主要是针 对镇流器，这些命令对镇流器的状态进行编程、控制和监测以及获取镇 垦型些：1 鉴兰型型二丝= 流器的当前状态信息。 d i l i 命令结构( 1 9 位) 第三章d a m 协议 图3 5d a l i 命令数据帧结构 l 。琏择位 6 地址位 i 蛆地址位 e 数据使 t8 数据位，指令位) l 起始位 t 数据字节( 8 数据位) 2 停止位 位12l o 图3 6 镇流器返回的状态信息结构 3 2 4 从设备参数 在进行通信时，每个从设备中都存有一系列参数( 见表3 2 ) ，这些 参数表明从设备在不同情况下的运转状态。 表3 2存储参数描述 参数类型描述 当前光强级别当前光亮度或功率等级 启动光强级别镇流器启动时灯的亮度 系统失败光强级别通信失败时灯具使用的亮度 最小光强级别允许的最小光亮度 最大光强级别允许的最大光亮度 光强渐变速率在一定的时间间隔内光亮度的变化速度 昆明理工人学硕一论文第三章d a m 西议 ( 接上表) 参数类型描述 光强渐变时问光亮度变化间的时间 单元设备地址个单元的独立地址 搜索地址初始化时的使用地址 随机地址初始化时的使用地址 组标识指示从属设备属于哪个组的值( 16 位) 场景值不同场景下的光亮度( 16 字节) 状态信息关于从属设备的当前状态信息 版本号当前使用的d a l i 协议版本号 最小功率级别允许使用的最小功率等级 3 2 5 镇流器编址 d a l i 命令数据帧结构中第一字节的6 位( 见图3 5 ) 用来定义从设备 的地址，因此可定义6 4 个镇流器或可寻址设备地址。因此d a l i 总线上可 以有6 4 个独立的镇流器或从设各地址。然而镇流器在出厂时没有分配地 址。地址在试运行过程中分配，每个镇流器在出厂时，都有一个2 4 位的地 址，称为搜索地址。在试运行时，软件进行初始化，每个镇流器产生一个 2 4 位( 3 字节) 的随机数，称为随机地址。软件根据搜索地址获取这些随 机数，把随机数按数字序列排序，地址“0 ”分配给与搜索地址对应的随机 数( 随机地址) 最小的镇流器，地址“1 ”分配给随机数( 随机地址) 第二 小的镇流器，依次类推，直到地址分配完毕。另一种分配地址的方法是把 灯具与镇流器断开，当软件发现这个镇流器时，把下一个未分配地址分配 给