基于DALI的智能照明系统设计_傅炜钢_图文

1、第24卷第2期2008年3月科技通报BU LL ET IN O F SCIENCE A N D T ECH N OL O GYV o l.24 No.2M ar.2008基于DA LI 的智能照明系统设计傅炜钢,仲玉芳,吴明光(浙江大学工业控制国家重点实验室,杭州310027收稿日期:20070202基金项目:浙江省科技厅2005年省级新产品计划(N O:2005D60SA 390374作者简介:傅炜钢(1983,男,浙江诸暨人,硕士研究生,主要研究方向:智能家居。摘要:在介绍专用于荧光灯照明控制的国际标准数字可寻址照明接口(DAL I的基础上,给出了由主控模块和从控模块组成的照明控制系统完整

2、的解决方案,重点分析了传输信号波形畸变的形成机理,以及克服畸变的技术措施,最后给出了一个应用实例。关键词:数字可寻址照明接口;照明控制;畸变中图分类号:T P271文献标识码:A文章编号:10017119(200802024105Design of an Intelligent Lighting System Based on DALI ProtocolF U Weigang ,ZH ONG Yuf ang ,W U Ming guang(State Key L ab.of Industrial Contr ol T echnolog y,Zhejiang U niv ersity ,H an

3、gzho u 310027,ChinaAbstract:On the basis of int roducing t he new inter nat ional standar d(Dig ital A ddressable L ig hting Interfacefor flu -or escent lighting co nt rol,a complet e desig n is pr oposed,w hich is com posed by mast er mo dule and slave module.T he reason of wavefo rm distor tio n i

4、s discussed in detail,t he solut ion is also pr esented.F inally,an application ex -ample is g iven.Key words:Dig ital A ddressable L ighting Interface;lig ht ing contro l;dist ort ion0 引言随着人们对照明的要求越来越高,灵活的照明控制成为人们追求的目标。传统的模拟照明控制系统已不能满足用户的需求,而功能丰实、结构灵活、使用方便的DALI 智能照明系统能够营造温馨和谐的家居氛围,提升人们的生活质量、改善工作环境,

5、正在逐步进入市场。另一方面,照明在电力消费中所占的比重很大,根据2004年国家建设部的统计结果,我国照明耗电大体占全国发电总量的10%12%,是三峡水利发电工程全年发电量能力840亿度的两倍多。DALI 照明控制技术针对荧光灯等高效照明电器产品设计,又采用智能照明控制方式,不但能够延长灯具的寿命,而且可以节约能源,符合国家倡导的建立资源节约型社会的精神。242科 技 通 报第24卷1 DA LI 协议介绍数字可寻址照明接口(digital addr essable lighting inter face,简称DA LI是1999年制定的专门用于荧光灯照明控制的国际标准(IEC60929,以保证

6、不同制造厂商的DALI 设备能完全兼容。DAL I 标准得到一些著名的照明设备厂商如Philips,O sr am,T rodonic,T r ilux,V ossloh -S chwabe 等的支持1,具有良好的市场表现,已经在国家大剧院和深圳机场得到了成功的应用。 DALI 基本系统单元由一个主器和64个独立寻址的从器组成,从器可分属16个组,因此,每个DA LI 基本系统单元可设置16种照明场景2。DAL I 采用的是双线差分驱动,总线上传输的信号,无论是上升沿还是下降沿规定都要在10100L s 之间。当压差大于915V 时认为是高电平,低于615V 则认为是低电平。615915V 之

7、间的区间没有定义3。如图1所示: 图1 DAL I 协议电气规范 Fig.1 Electr ical features of D AL I pro tocolDALI 物理层信号传输采用曼切斯特编码,下降沿表示逻辑/00,上升沿表示逻辑/10。传输的数据可以分为两类:前向帧和后向帧。前向帧的传输方向是从主器到从器,它由19位组成,1个起始位,8个地址位,8个数据位和2个停止位;后向帧则由从器到主器,由11位组成,1个起始位,8个数据位,2个停止位。传输速率均为1200bits/s 。2 主控模块设计2.1 主控模块硬件设计主控模块结构如图2所示,CPU 处理器选用Fr eescale 公司生产

8、的M C68H C908KX8,外围电路主要由DALI 接口、键盘部分、LCD 显示部分、RS232接口、监控模式接口电路以及电源供应等部分组成,DA LI 接口电路是设计的难点。图2 D AL I 主控模块结构图Fig.2 Diag ram o f DA LI master module主控模块接口包括发射电路和接收电路。发射电路主要包含一个三极管T 1,控制总线的导通和关闭。T 1由两个三极管(T2和T 3共同控制,其中T 3通过反相器和CPU 引脚PT B7相连。当引脚输出低电平时,T 3导通,T 1截止;当引脚输出高电平时,T3截止,T 1导通。T 2由通过R1的电流控制,从控模块与此

9、相连,电流与通过T 2的一样。当电流超过250mA 时,R1的电压便使T 2导通,从而使T 1截止,这样保证了最大电流不超过250mA。图3 DA LI 主控模块发送接口电路Fig.3 Send inter face circle of DA LI master module主控模块的接收电路主要包括电压比较器第2期傅炜钢等.基于DALI 的智能照明系统设计243IC3和非门IC4。电压比较器IC3和两个电阻构 成了一个滞回比较器,可以防止小幅高频噪声对信号接收的影响,提高系统稳定性和可靠性。滞回比较器出来的信号通过非门IC4与CPU 引脚PTB6和外部中断IRQ 1相连。 图4 DAL I

10、主控模块接收接口电路Fig.4 Receive interface circle of DAL I master module2.2 主控模块软件设计 主控模块软件主要完成的功能是DAL I 信号解析,此外还包括RS232通信,人机接口和LCD 显示等,软件的流程如图5所示。主函数首先完成参数初始化然后进入一个主循环。软件设计采用的是事件驱动机制:功能模块在中断服务程序中实现,如果一个功能模块和另一个功能模块发生关联时,设置一标志位,在主函数的主循环中查询这些标志位,然后进入相关功能模块,执行相应操作,这样的工作方式借鉴了L COS 的工作机制,各功能模块之间可以独立调试,有利于功能的维护和扩

11、展。在主循环体中程序还对处理器的看门狗计数器清零。3 从控模块设计从控模块和主控模块的设计基本类似,这里只介绍一下接口电路,其他的不再累述。因为从控模块要控制镇流器的工作,容易受到干扰的影响,为了保护主机,防止干扰通过DA LI 总线反馈回主机,从控模块的接口电路需要实现的功能之一是总线隔离,通常采用的方法是图5 主控模块软件流程框图F ig.5 F lo w chart of master module光电耦合。另外DA LI 协议要求从控模块对总线的极性是不敏感的,所以我们设计的方案采用双向光耦和交流光继电器PV A1354,这样就同时满足了总线隔离和无极性的要求。图6 DA L I 从控

12、模块接口电路F ig.6 Inter face circle o f DA LI slave module4 波形畸变分析主控模块发送指令二进制1111,1111,0000,0000,即十六进制FF00,用示波器捕捉到DAL I 总线上信号如图7所示;从图中可以看到,在空闲的时候,DALI 总线保持高电平;再考虑传输速率2T =215ms/3=833133us,对比244科 技 通 报第24卷 DALI 数据帧格式,完全符合DALI 协议对传输速度的要求;而且经过曼切斯特编码方式的解析,得到的结果(1个起始位,数据1111,1111,0000,0000,以及2个停止位与需要发送的指令也完全相符

13、,说明在编码格式上已经完全符合DALI 协议要求。图8显示的是主控模块发送查询最大值的命令后,从控模块返回的应答信号。上面一条线表示的是从控模块发送的应答信号波形,下面一条线表示的是主控模块DA LI 接收端检测到的波形。对比两者,发现有很明显的不同,上升沿主控模块接收延迟很小,而下降沿有很明显的延迟。进一步分析得知,这主要是由于从机DA LI 总线发送隔离驱动芯片PVA1354的器件特性造成的,如图9所示。PV A1354打开所需要的时间比关断所用的要长,这直接导 图7 十六进制指令FF00的DA L I 信号波形图F ig.7 Signal w avefo rm of D AL I ins

14、tr uctio n F F00致从机应答信号传输到主机的波形失真。采用软件提前发送下降沿的方法,可以消除PVA1354器件特性对传输信号的影响。理想的DALI 传输信号波形,是保证系统长期稳定运行的基础。 图8 从控模块应答信号波形图Fig.8 Response sig nal w avefor m of slavemodule图9 P V A1354光继电器的时延图F ig.9 T ime features of PV A1354chip5 应用实例DAL I 既可以单独构成一个照明控制系统,也可以作为一个子系统挂载到楼宇自动化系统(BAS上4,下面给出了一个DAL I 单独构成一个照明控

15、制系统的应用实例。如图10所示,主控模块扩展了红外遥控和按钮开关,以完成一些日常的照明控制,还扩展了一个RS232接口与PC 机相连,以通过M as -ter 软件配置DA LI 智能照明控制系统。本应用实例中DALI 总线上共挂载了四个从控模块(最多可以接64个,分别控制客厅、卧室、走廊和厕所中的荧光灯。四个从控模块的物理地址分别为0,1,2,3。对于物理地址的分配设定,DALI 协议中并没有明确的规定,所以解决方案有很多,这里借鉴了X -10的设计方法,使用硬件拨盘来设定每个从控模块的短地址,从用户的角度讲,这种方法也是最方便实用的。图11中的DAL I 智能照明控制系统可以设置以下场景:

16、(1会客场景:客厅灯亮100%,其他灯灭。(2看电视场景:客厅灯亮50%,其他灯灭。(3睡觉场景:走廊灯亮10%,其他灯灭。(4上厕所场景:卧室灯亮50%,厕所灯亮100%,走廊灯亮10%,其他灯灭。除了场景控制外,DALI 智能照明控制系统还可以进行分组控制,因为本应用实例规模较小,所以没有用到分组控制,但是分组和场景都可以按照需求自由配置,修改方便,不需要重新更改布线。该系统还可以进一步扩展,如安装光线传感器,实现自动亮度调节;安装家庭网关,与楼宇自动化系统(BAS 相连,实现远程控第2期傅炜钢等.基于DALI 的智能照明系统设计245 图10 D AL I 智能照明控制系统F ig.10

17、 Intellig ent lig hting co ntr ol system based on DA LI制等。通过这个实例可以看出,DALI 智能照明控制系统具有传统模拟照明控制系统所无法企及的优越性,在安装布线、使用的方便性和照明控制性能上,前者都远远优于后者。6 结束语智能照明控制系统作为智能建筑的一个重要组成部分,已逐渐渗透到建筑领域的方方面面,其优越性也在不断实践中逐步显现出来。DALI 是世界上第一个正式的面向数字化灯光控制的协议,它的出现对于推动照明向节能、智能方面发展具有重要意义。DA LI 协议结构简单功能齐全,能够以较低成本实现智能照明控制,较为适合我国的办公、会展等中

18、小型照明场合,与楼宇自动化系统结合,也可以应用于大型照明控制场合,有广阔的应用前景。参考文献:1 DA LI A G o f ZV EI.DA L I M anual M .Div isionL uminar ies,2001.2 刘锴、吴明光.数字可寻址照明接口协议及其应用J.电气自动化,2004.3(26:58.3 H ein,P.F.D AL I -a digital addressable lighting in -terface for lig hting elect ronicsC/Industr y A ppl-i cat ions Co nfer ence,2001.T hirty -Sixt h IA S Annua l M eeting.Conference Reco rd of the 2001IEEE.2001(2:901905.4 A ct ivit y G roup DA LI o f ZV EI e.V.DA L I and inno -vativ e building management M .Electrical Lum-i nar ies Association,2003.(上接第240页ICM .2004:742745.8 G uccione S,L evi D,S