商業(yè)建筑中照明系統(tǒng)的有線控制技術(shù)是當(dāng)今的主流技術(shù)，并會在未來多年繼續(xù)占主導(dǎo)地位，盡管無線通訊技術(shù)的使用在不斷增長。 這是 IMS Research 最近的研究報告得出的結(jié)論之一，該機(jī)構(gòu)還預(yù)測數(shù)字可尋址照明接口 （DALI） 技術(shù)將是照明系統(tǒng)中應(yīng)用最多的控制協(xié)議，并且預(yù)計制造商們將在2010 至 2017 年報告期間供應(yīng) 9 千多萬套設(shè)備。

DALI 網(wǎng)絡(luò)由一個控制器和一個或多個照明器件組成。 這些器件可以是鎮(zhèn)流器電路、開關(guān)和調(diào)光器，但持續(xù)增長的器件將會是用于自動照明控制且有助于降低能耗的人體感應(yīng)、環(huán)境控制傳感器。 IEC 62386 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 DALI 協(xié)議，但 DALI 本身是一個由領(lǐng)先制造商和各種機(jī)構(gòu)組成的工作組，旨在推動這項技術(shù)發(fā)展，使其成為交互式照明控制的技術(shù)保障。

本文將介紹作為有線照明接口的 DALI 的起源，進(jìn)而讓您了解其工作原理、應(yīng)用場所及優(yōu)勢。 盡管 DALI 能簡化照明系統(tǒng)設(shè)計，但實現(xiàn)一個合乎規(guī)范的接口在最初階段是一件令人頭疼的事，無論在通訊協(xié)議還是滿足規(guī)定的信號發(fā)送電平方面。 微控制器 （MCU） 似乎能為控制數(shù)據(jù)的編碼和格式化提供一種顯而易見的解決方案，并且即使在最基本的照明器件中也能做到高性價比。 然而，MCU 通常在不超過 5 V 的電源下工作，由此帶來的挑戰(zhàn)是將邏輯信號轉(zhuǎn)換為更高的 DAIL 電平（-6.5 V 至 22.5 V）。

很明顯，如果有人能提供更專門的適合 DALI 應(yīng)用的解決方案，將會受到光源和控制器件設(shè)計人員的歡迎。 幸運(yùn)的是，STMicroelectronics （ST） 已在其制造的 ST7 8 位微控制器系列中，作為片載外設(shè)之一增加了一個 DALI 通訊接口。 除了支持 DALI 的 ST7DALIF2 MCU 外，ST 還提供支持 DALI 應(yīng)用的評估平臺，該平臺包括一個硬件模塊設(shè)計 ，能達(dá)到正確連接 DALI 網(wǎng)絡(luò)所需的電壓水平和其他條件。 稍后將介紹這種助于進(jìn)一步解釋 DALI 工作原理的解決方案。

什么是 DALI？

數(shù)字可尋址照明接口 （DALI） 被認(rèn)為是能夠讓商業(yè)照明領(lǐng)域擺脫進(jìn)退兩難境地的技術(shù)，因為該領(lǐng)域存在由于總線系統(tǒng)發(fā)展而使房間照明控制變得更加復(fù)雜的風(fēng)險。 這種方法本身就是對要求更多樣化控制的一種響應(yīng)。 這種方法已經(jīng)幫助我們克服了硬線開關(guān)和模擬信號發(fā)送的局限性，如 0 - 10 V 調(diào)光控制的各種限制。 然而，作為控制供熱、通風(fēng)、空調(diào)和遮擋以及照明的建筑管理系統(tǒng)，如 EIB 或者 LON 等總線系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟。 因此，這些解決方案擁有的高水平功能即意味著高昂的價格也就不足為奇了，不僅包含元件成本，而且還有費(fèi)時費(fèi)力的安裝費(fèi)用。

DALI 于是成為一種迫切需要的折中方法；在使建筑管理系統(tǒng)更加完善的同時，為房間模擬照明控制提供了一種靈活的智能化替代方案，因為 DALI 可作為一個子系統(tǒng)集成到綜合型更強(qiáng)的 BMS 設(shè)計中。 讓 DALI 真正生勝出的是它能提供一種標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，以保證來自不同制造商的產(chǎn)品具有兼容性。 這不僅能讓照明系統(tǒng)設(shè)計人員更靈活地選擇照明元件，而且還能簡化安裝過程，因為無需去滿足數(shù)據(jù)電纜的特殊連接要求。 而且，業(yè)主能通過對其照明系統(tǒng)進(jìn)行改造或者擴(kuò)展來適應(yīng)未來需要，并明白將來隨時能找到兼容的照明和控制設(shè)備。 最后，從最初為適應(yīng)更廣闊的市場進(jìn)行較大規(guī)模生產(chǎn)制造，以降低設(shè)備價格，到由于承包商熟悉符合 DALI 要求的元件及通用接口，因此實現(xiàn)更短的安裝時間，所有這些優(yōu)勢都確保標(biāo)準(zhǔn)化解決方案能實現(xiàn)成本效益。

圖 1：采用混合光源的典型報告廳。

DALI 標(biāo)準(zhǔn)由 DALI AG 負(fù)責(zé)制定。這是一個目前有著 60 多個會員的工作組，其會員都是數(shù)字照明控制領(lǐng)域的權(quán)威制造商和機(jī)構(gòu)。 IEC 60929 是該標(biāo)準(zhǔn)的第一版，主要規(guī)定了在使用可調(diào)光熒光燈鎮(zhèn)流器情況下的接口，以確保不同制造商的鎮(zhèn)流器可互換使用。 IEC 60929 將在 2014 年撤銷并由 IEC 62386 替代。在新標(biāo)準(zhǔn)中，將 DALI 規(guī)定為適用于所有光源和照明控制器的一個單一接口，同時還包括相關(guān)元件，如變壓器、繼電器模塊、傳感器和應(yīng)急照明。 所以，DALI 取代了以前的 0-10 V 照明控制系統(tǒng)，并成為數(shù)字信號接口 （DSI） 的開放式替代標(biāo)準(zhǔn)，從而在交互操作、狀態(tài)反饋和高級控制方面確立了優(yōu)勢。 DALI 作為一個機(jī)構(gòu)，在創(chuàng)造各種機(jī)會以及推動采用 DALI 商標(biāo)的合規(guī)產(chǎn)品的兼容性方面代表了其會員利益，這保證了采用不同來源產(chǎn)品的終端用戶的供給安全。

DALI 工作方式？

DALI 采用兩線式接口，能在一個標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中完成多達(dá) 64 個設(shè)備之間的通訊，而這么多設(shè)備既可以布置在一條總線上，也可以采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 如需要，DALI 網(wǎng)關(guān)還允許通過將多個子系統(tǒng)連接在一起，對更多的設(shè)備執(zhí)行尋址。 信號發(fā)送以標(biāo)稱電平為 0 V 和 16 V 的數(shù)字方式完成（實際為 -6.5 V 和 +22.5 V，因每個邏輯電平均為 ±6.5 V），并采用異步半雙工串行協(xié)議，以 1200 位/秒的速率傳輸數(shù)據(jù)。 在使用差分信號時結(jié)合了曼徹斯特編碼，因此即使在電子噪聲顯著的情況下也能確保運(yùn)行可靠，從而能讓 DALI 布線沿電源電纜進(jìn)行，或者甚至能與電源采用同一根多芯電纜。 通過在低壓下運(yùn)行，無需再滿足更多的鎮(zhèn)流器安全絕緣要求（盡管要求網(wǎng)絡(luò)電纜應(yīng)達(dá)到電源等級），并且接口中所用的二極管電橋讓用戶再也不用擔(dān)心任何連接極性問題。 因電纜走線的最大規(guī)定長度為 300 m，從而保證了在基于 1.5 mm2 橫截面導(dǎo)線的網(wǎng)絡(luò)中，控制器和最后一個設(shè)備之間的壓降不會超過 2 V。

DALI 的設(shè)備已被指定了地址，與其他設(shè)置值一起存儲在設(shè)備中。 每個設(shè)備均能被單獨(dú)或者作為一個分組設(shè)備中的一部分來尋址，每個設(shè)備可作為任何一個分組中的一部分（最多 16 個分組）。 這樣，就能在房間內(nèi)實現(xiàn)不同燈光的設(shè)想，根據(jù)不同情況或者標(biāo)準(zhǔn)中指定的“場景”進(jìn)行控制。 例如，房間中所有的燈可以屬于一個分組中的一部分，并能在單條指令控制下達(dá)到最大輸出。 第二個分組則可以是所有壁燈，第三個分組可以是會議室前部的所有筒燈，而其余的頂燈則屬于第四個分組。 這種分組方式下的預(yù)設(shè)定場景可以是“演示模式”，即前部的筒燈亮，壁燈調(diào)暗至 50%，其余頂燈則關(guān)閉（如圖 1 所示），而當(dāng)有人進(jìn)入或者離開房間時，所有的燈全亮。 為進(jìn)一步簡化這種配置，每個設(shè)備也可存儲多達(dá) 16 個場景所需的調(diào)光設(shè)置值。 各個設(shè)備也能報告其狀態(tài)，因此一個控制器就可以監(jiān)控這些設(shè)備，例如燈光亮度級或者運(yùn)動傳感器，并檢測故障燈泡。

實現(xiàn) DALI 接口

如在介紹中所述，一個簡單的、帶有一些基本片載外設(shè)的低成本微控制器便能輕松執(zhí)行 DALI 通訊協(xié)議，采用串行數(shù)據(jù)流方式發(fā)送、接收地址、控制信號，存儲并響應(yīng)所有的場景設(shè)定指令。 即使是曼徹斯特編碼，也能通過通用輸入/輸出 （GPIO） 端口以及一個用于時鐘恢復(fù)的模擬比較器完成。 在 DALI 所用的不太高的數(shù)據(jù)速率下，這種情況當(dāng)然不會使現(xiàn)代 MCU 在性能方面不堪重負(fù)。 不過，ST 的 ST7DALIF2 8 位 MCU 集成了片載 DALI 通訊接口，是一款極具吸引力的產(chǎn)品，既簡化了設(shè)計工作，加快了產(chǎn)品面市速度，又保證了一個合乎規(guī)范的解決方案。

ST7DALIF2 屬于 ST7 微控制器系列，其性能得益于一個通用架構(gòu)。這種架構(gòu)采用運(yùn)行速度高達(dá) 8 MHz 的 8 位核心處理器、標(biāo)準(zhǔn)閃存編程存儲器、EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器、RAM 以及一組外設(shè)，具體包括計時器、I/O 端口（含 SPI）、采用固定增益運(yùn)算放大器的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 該器件工作電壓為 2.4 - 5.5 V，具有當(dāng)應(yīng)用待機(jī)或者空載時所需的、全部有用的節(jié)能模式。 采用不同的封裝，可提供多達(dá) 15 個 I/O 引腳。

ST7DALIF2 與其它 ST7 系列器件的明顯區(qū)別是其片載 DALI 通訊模塊 （DCM），如圖 2 內(nèi)部框圖右下角所示。

圖 2：ST 的 ST7DALIF2 DALI 微控制器的頂層框圖。

參照 DALI 的內(nèi)部框圖（圖 3）及其標(biāo)準(zhǔn)幀格式（圖 4），我們能很好地了解 ADLI 通訊模塊 （DCM） 的功能。 該模塊工作時不可或缺的器件是用來存儲時鐘、地址、數(shù)據(jù)、控制、控制/狀態(tài)信息的各種寄存器。 寄存器 DCMCLK 用于按照 DALI 數(shù)據(jù)速率調(diào)整設(shè)備時鐘，DCMFA 提供正向幀地址，并結(jié)合來自 DCMFD 的正向數(shù)據(jù)，再加上必要的終止和起始位后形成一個正向（即轉(zhuǎn)發(fā)）幀。 DCMBD 接收來自反向幀的數(shù)據(jù)，而 DCMCR 和 DCMCSR 則用于保持控制和狀態(tài)設(shè)定值。

圖 3：DALI 通訊模塊 （DCM） 的內(nèi)部框圖。

圖 4：DALI 標(biāo)準(zhǔn)正向和反向幀、雙相位信號發(fā)送電平。

ST7DALIF2 MCU 僅在 MCU 邏輯電平下支持 DALI 信號。 不過，ST 已經(jīng)開發(fā)出 STEVAL-ILMOO1V1，作為與其 STM8S-DISCOVERY 套件配合使用的硬件評估模塊，該套件用作該評估模塊的主板，并附送 DALI 軟件庫。 該硬件模塊能將 MCU 邏輯信號轉(zhuǎn)換為上升、下降時間均正確的 DALI 全電壓電平，同時具有過壓保護(hù)功能，以防止電源電壓與 DALI 導(dǎo)線誤接。 該模塊如圖 5 所示，其電路原理簡圖如圖 6 所示。

雖然目的是讓用戶更多地了解 DALI 及其功能，但是該模塊提供了完整的 DALI 工作解決方案，可以連接任何 DALI 網(wǎng)絡(luò)并由其控制。 由此可知，該模塊可作為插接式接口用在最終設(shè)備中，而且同樣能提供參考設(shè)計，讓照明設(shè)計人員直接用在他們的設(shè)計中。 實際上，ST 還在 STEVAL-ILMOO1V1 模塊的用戶手冊中提供了 PCB 布局以及完整的原理圖。

圖 5：用于接口電平轉(zhuǎn)換的 ST STEVAL-ILMOO1V1 插接式 DALI 模塊。

圖 6：STEVAL-ILMOO1V1 模塊的電路原理圖。

總結(jié)

從傳統(tǒng)的手動開關(guān)面板，到利用建筑管理系統(tǒng)實現(xiàn)的高端技術(shù)，在商業(yè)建筑照明控制領(lǐng)域有許多潛在的解決方案。 針對避免專門接線以及實現(xiàn)具有調(diào)光、環(huán)境光感測和運(yùn)動檢測靈活性方面的各種要求，已經(jīng)催生了許多不同的控制策略和總線網(wǎng)絡(luò)解決方案。 不過，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字接口只在 DALI AG 主持下實現(xiàn)的。

本文介紹了什么是 DALI 及其工作原理，并特別引用了 STMicroelectronics 提供的解決方案以及支持 DALI 的微控制器和一個電路設(shè)計，其中的電路設(shè)計解決了將 MCU 邏輯電平轉(zhuǎn)換為 DALI 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號發(fā)送電壓的問題。 DALI 最終實現(xiàn)的是一種方式：通過讓各個制造商提供用戶能在自己的網(wǎng)絡(luò)中放心連接的規(guī)范產(chǎn)品，保證建筑照明系統(tǒng)設(shè)計、安裝和維護(hù)的供給安全。 通過經(jīng)濟(jì)的制造過程和簡化的安裝，這種標(biāo)準(zhǔn)化也能產(chǎn)生成本效益。