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基于DALI 协议的智能照明系统设计

中文摘要:

数字可寻址照明接口(DALI) 协议是目前照明控制领域出现的新一代照明控制协议。文中介绍了DALI 协议的工作原理、系统组成结构及系统设计方法。使用PIC 芯片实现系统的硬件构架,定义了计算机与系统之间进行通信使用的命令编码,设计了系统应用软件和硬件接口驱动程序。

英文摘要：

DALI (digital addressable lighting interface) is a new international standard for lighting control systems. This paper describes the operation principle and design of a DALI system. The paper defines some command codings which are used to make communication between the system and a computer and it also describes how to construct a system based on the PIC MCU , design the application software and drive software for hardware.

0 引言

随着社会的进步和生活质量的提高,人们对于照明设备的要求已经不再满足于简单的开关控制,而需要一种节能、高效、 *** 作镇举启灵活的智能照明控制系统。目前常用的照明控制协议有很多种,其中数字可寻址照明接口(DALI) 协议以其开发成本低、系统开发难度小、易于扩展、实用性强等特点,显示出在智能照明控制领域中的强大优势。

1 DALI 协议

DALI 协议是用于照明系统控制的开放式异步串行数字通信协议。DALI 系统采用主从式结构,系统最多可以连接64 个从机单元,每个DALI 从机使用唯一的个体标识地址,该地址在系统初始化时设定,使用过程中根据需求可修改从机的地址从机单元最多可分为16 组(以组地址区分) ,每个从机可以属于几个不同的组,每组设备可以设定16 个场景。主机与从机之间使用两条信号线通信,数据采用曼彻斯特编码方式编码,信号上升沿表示“1”,下降沿表示“0”,通信速率为 1. 2 kbaud/ s。通信过程中主机使用两种不同的数据帧格式:发送帧(主机发送到从机) 和接收帧(从机发送到主机) 。 DALI 协议定义了用于实现系统功能的双字节指令集,指令分为标准指令和专用指令两大类。标准指令的第御如1 字节为地址字节,用于对DALI 从机的寻址第2 字节为命令字节,用来控制寻址得到的DALI 从机。使用标准指令,主控制器可以实现对DALI 从机的分组控制、调光控制、场景设定等功能。专用命令不包含地址字节,两字节内容都是命令码,使用广播方式发送,主要用来对DALI 系统进行地址初始化。

3. 1 主控器设计

主控制器采用PIC16F877 单片机作为CPU。 PIC16F87X系列单片机是美国Microchip 公司的高性能 8 位CMOS 微处理器。PIC16F877 共有5 个I/ O 端口, 分别是RA、RB、RC、RD、RE ,除了通用I/ O 功能外,这些端口还具有各自不同的专用功能,例如PWM 输出、计数器输入、外部电平中断、I2C 总线接口等。 PIC16F877 的专用寄存器和通用寄存器统一编址,共 368 个8 位宽的RAM单元(有些单元保留未用) 。系统主控制器由DALI 模块、RS2232 模块、显示控制模块、电源组成,系统结构如图1 所示。

3. 2 从机设计

系统中使用DALI 镇流器作为DALI 从答冲机。DALI 镇流器由DALI、镇流器控制两部分组成。本系统使用 PIC16F877 作为DALI 芯片,UBA2104 作为镇流器控制器。PIC16F877 的EEPROM 中保存DALI 镇流器的参数,例如当前光强级别、镇流器上电光强级别、个体地址、搜索地址、随机地址、组标识、场景光强值、状态信息、版本号等。镇流器的各参数在系统初始化时由主控制器设定,镇流器收到初始化命令后,调用EEPROM 写 *** 作,将参数写入EEPROM,运行过程中根据需要可进行修改。PC16F877 的片内EEPROM 共有256 个字节,地址范围00H～FFH。从机的DALI 软件和主机的DALI 软件设计类似。不同之处在于主控制器接收到的DALI 数据是单字节数据,发送的是双数据从机接收到的是双字节数据, 发送的是单字节数据。因此,在软件设计方面,从机的 DALI 和主机的DALI 只在接收和发送的数据位数上有区别。从机DALI 硬件使用光电耦合的方法从DALI 总线上获取数据。光电耦合电路一方面隔离干扰,另一方面将逻辑信号转换为CMOS 电平。镇流器的PIC16F877 芯片接收DALI 传来的数据, 根据命令的不同,选择不同的处理调用(每个命令都有相应的处理程序) 。这些处理程序修改EEPROM 中的从机状态参数,将DALI 控制命令中的亮度等级转换成相应的脉宽调制(PWM) 信号输出,PWM信号经过阻容变换电路转换成0 ～ 10 V 的模拟信号送到 UBA2014 ,控制照明设备亮度。

4 结束语

本文介绍了使用PIC 单片机实现DALI 控制协议的软硬件设计,讨论了如何实现高可靠的智能照明控制,详细分析了DALI 协议的工作原理。

DALI是Digital Addressable Lighting Interface的缩写，意思为“数字可寻址照明接口”,目前最先进的数字调光技术,已作为国际调光的标准,DALI标准中定义的调光接口的硬件电气特性还有CPU的命令,所以每一个DALI调光镇流器中必须要有CPU接收DALI的命令,然后解码出PWM信号,再输到PWM调光芯片上,达到调节灯光的目的,这个协亏兄议比DMX复杂很睁亮多,而且悉空宽针对每一种不同类型的灯光,DALI标准中都作了不同的标准描述. 如果不想自己写CPU程序,可以找方案商提供这样的已含有DALI解码的CPU,如CTT-YCP168X.

DALI不仅仅是调光镇流器,还有DALI 主机,DALI按键,DALI传感器等等,这样就可以全部不同类型的DALI设备组成一个系统,集中由一台计算机远程管理和控制灯,如下面这个SmartDALI系统图结构.

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