题目 DALI协议的单片机设计实现
学生姓名 学号 专业 班级 指导教师 评阅教师
完成日期
2011 年
12月 28 日
DALI协议的单片机设计实现
1.引言
1．1选题背景
随着社会经济水平的快速发展，人们对于照明的需求越来越高，从最初的提供亮度的基本功能到现在多方面的需求，包括提供适宜的环境亮度以外，还要营造优雅舒适的氛围等。尤其是在现代化的建筑领域，需要不同的场合提供不同的照明环境，无论是从节约能源还是从提高照明质量出发，都要求照明的控制方式从传统的机械式开关演变为现在综合计算机网路技术、电力电子技术、通信技术、单片机控制技术于一体的智能照明控制系统。而DALI协议正是作为一种典型的开放式智能照明节电系统协议，在现代照明控制中也得到广泛应用。
1.2选题意义
在国内，市场上少有自主研发的支持DALI协议的调光产品，而且自主研发的DALI调光产品也大多参考Microchip和Atmel等厂商公布的设计方案，创新不足。而国际大公司研发的DALI系统一般灌注在SOC（片上集成系统）芯片内出售，资料保密、技术垄断，具有很少的参考价值。DALI终端设备的市场，被这些厂商牢固掌握在手里，造成DALI设备价格不菲。在此背景下，采用通用MCU芯片设计基于开放式DALI协议的调光产品和智能调光系统，非常符合国内智能照明领域的发展需要。
1.3课题研究的主要内容
本课题在介绍了智能系统通信协议的基础上，提出了一种适用于中小场所的DALI智能照明系统方案，介绍了系统各部分的工作原理并对系统的软件编程进行了详细的分析。其中包括DALI协议的电气特性、数据帧结构及指令信息，基于单片机的DALI协议实现及采用VB编程设计上位机的方案。通过上位机软件和DALI调光主控制器对DALI电子镇流器的单播、组播、广播控制、自动调光控制，以及其他符合DALI协议的各种控制和监控，降低系统照明功耗，并实现了数字显示各路照明功率。
2．智能照明系统及其DALI协议介绍
智能照明控制系统就是根据某一区域的功能、时段、室内光亮度或该区域的用途，采用计算机技术、通讯技术以及数字调光技术相结合的方法，使照明系统自动化。近些年，智能照明控制技术经历了集中控制、分散控制转变到分布式控制的三个阶段，这与工业自动化控制技术的演变十分相似。根据智能照明系统通信协议的开放/封闭性和系统功能的特点大致可以分为以下三类:
? 封闭式智能照明节电系统:澳大利亚Clipsal公司的C-Bus协议，
Dynalite公司的Dynet协议，美国路创公司的Lutron灯光控制技术是国内最具代表性的三种系统，封闭式智能照明节电系统的共同特点是协
议封闭，不同公司间的产品互不兼容，自成体系。
? 开放式智能照明节电系统:由照明设备主要生产厂家发起，行业成员广
泛参与共同制定协议规范。
? 楼宇自动化和智能家居中的照明子系统:美国的BACnet，X-10，CEBus，
欧洲的EIB，日本的Echonet等是楼宇自动化和智能家居领域的开放式国际主流协议，照明控制以子系统的形式出现。
数字化可寻址调光接口(Digital Addressable Lighting Interface ，简称DALI)协议就是一种典型的开发式智能照明控制协议，它是由一些灯具、镇流器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、白炽灯等照明工具之间的通信
2.1国内外DALI智能照明系统的发展和现状
在国外摩托罗拉推出了基于摩托罗拉68HC908 的8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(DALI)参考设计，PHILIPS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PHILIPS公司的新款数字可寻址照明接口(DALI)参考设计。DALI协议在房间控制和楼宇管理系统开发照明控制的嵌入式领域得到了广泛的应用。
2.2 DALI协议
2.2.1 DALI协议的电气特性
(1) 异步串行通信协议。
(2) 信息传送速率为1 200 b / s,采用半双工方式,双向采用曼彻斯特编码方式
传送数据。
(3) 双线差分驱动方式。 (4) 电平标准如图1所示。
(5) 通信传输由主控单元控制。
(6) 共可连接64个从控单元,且均可独立编址。
图1 DALI电平标准示意图 2.2.2 数据帧结构
DALI协议采用双向曼切斯特编码格式（如图2 所示）。值“1”和“O”表示两种不同的电平的跃变，从逻辑低电平转变到高电平表示值“1”，从逻辑高电平转变到低电平表示值“O”。
图2 曼切斯特编码形式
DALI数据分为前向帧和后向帧两类。前向帧的传输方向是从主控器到从式设备(如电子镇流器), 由19 bit组成,1bit起始位,8bit地址位,8bit数据位和2 bit停止位; 后向帧从从式设备到主控器由11bit组成,1bit起始位,8bit数据位,2 bit停止位, 如图3所示。当数据发生误码时, 接收端会将此数据帧丢弃, 等待1. 7 ms后重新开始接收数据。
图3 DALI数据帧结构
2.2.3指令信息 地址信息
DAL I协议允许多种指令,地址部分决定信息控制哪一个DAL I模块,所有的模块都能响应1个个体地址、16个组地址、1个广播指令以及专有指令。指令的地址字节具有多种形式,如表1所示。单独控制单个从机的个体地址,编址形式为“0AAAAAAS”,其中“AAAAAA”是地址位,编址范围是0～63,可控制64个不同地址,称为短地址。DAL I控制器有成组控制的组地址指令,编址形式为“100AAAAS”,其中“AAAA”是地址位,编址范围是0～15,最多可进行16组的成组控制,还可进行广播命令和对所控制的所有从机的统一指令。另外还有专用指令,可进行特殊的命令,编码形式为“101CCCCS”,其中“CCCC”为指令代码。表中, S = 0代表后面的是调光等级值; S = 1代表后面的是指令。
表1 DALI地址信息
调光信息
在DALI的调光信息中,用8 bit来表示调光的亮度水平。值“00000000”表示灯没有点亮, DALI标准按对数调节规则决定灯光亮度水平,DAL I在最亮和最暗之间包含256级灯光亮度,按对数调光曲线分布。在高亮度下具有高增量,低亮度下具有低增量,这样整个调光曲线在人眼里看起来像线性变化。DAL I标准确定的灯光亮度水平为0. 1 %～100 %。值“00000001”在DAL I标准中对应0. 1 %的亮度水平,值“11111111”在DAL I标准中对应100 %的亮度水平。其对数调光曲线如图4所示。
图4 DALI的256级对数调光曲线 直接电弧功率控制按照式(2-1)来进行计算：
式2-1中P(n)表示电弧功率的绝对值，Pmax表示电弧功率的最大物理值。n表 示十进制数值（0-255）。当n=1时，代入式(2-1)，得P (1)=Pmax/1000；当n=254 时，代入式(2-1)，得P(n)= Pmax；当n=0时，镇流器调到最小值，再熄灭；当n=255时，意味着停止调光。
3 DALI智能照明系统结构框图及部分模块电路设计
DALI智能照明系统的结构框图如图5所示，主要有PC机上位机软件模块、单片机主控制器模块、电平转换电路及DALI接口电路组成。系统采用DALI总线型的接口形式，可实现3个数字镇流器的控制，并通过LCD完成与主控制器人机交互的
DALI协议的单片机设计实现
