商業建筑中照明系統的有線控制技術是當今的主流技術，并會在未來多年繼續占主導地位，盡管無線通訊技術的使用在不斷增長。 這是 IMS Research 最近的研究報告得出的結論之一，該機構還預測數字可尋址照明接口 （DALI） 技術將是照明系統中應用最多的控制協議，并且預計制造商們將在2010 至 2017 年報告期間供應 9 千多萬套設備。

DALI 網絡由一個控制器和一個或多個照明器件組成。 這些器件可以是鎮流器電路、開關和調光器，但持續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、環境控制傳感器。 IEC 62386 技術標準規定了 DALI 協議，但 DALI 本身是一個由領先制造商和各種機構組成的工作組，旨在推動這項技術發展，使其成為交互式照明控制的技術保障。

本文將介紹作為有線照明接口的 DALI 的起源，進而讓您了解其工作原理、應用場所及優勢。 盡管 DALI 能簡化照明系統設計，但實現一個合乎規范的接口在最初階段是一件令人頭疼的事，無論在通訊協議還是滿足規定的信號發送電平方面。 微控制器 （MCU） 似乎能為控制數據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，由此帶來的挑戰是將邏輯信號轉換為更高的 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 應用的解決方案，將會受到光源和控制器件設計人員的歡迎。 幸運的是，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 應用的評估平臺，該平臺包括一個硬件模塊設計 ，能達到正確連接 DALI 網絡所需的電壓水平和其他條件。 稍后將介紹這種助于進一步解釋 DALI 工作原理的解決方案。

什么是 DALI？

數字可尋址照明接口 （DALI） 被認為是能夠讓商業照明領域擺脫進退兩難境地的技術，因為該領域存在由于總線系統發展而使房間照明控制變得更加復雜的風險。 這種方法本身就是對要求更多樣化控制的一種響應。 這種方法已經幫助我們克服了硬線開關和模擬信號發送的局限性，如 0 - 10 V 調光控制的各種限制。 然而，作為控制供熱、通風、空調和遮擋以及照明的建筑管理系統，如 EIB 或者 LON 等總線系統已經發展成熟。 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，而且還有費時費力的安裝費用。

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 可作為一個子系統集成到綜合型更強的 BMS 設計中。 讓 DALI 真正生勝出的是它能提供一種標準化解決方案，以保證來自不同制造商的產品具有兼容性。 這不僅能讓照明系統設計人員更靈活地選擇照明元件，而且還能簡化安裝過程，因為無需去滿足數據電纜的特殊連接要求。 而且，業主能通過對其照明系統進行改造或者擴展來適應未來需要，并明白將來隨時能找到兼容的照明和控制設備。 最后，從最初為適應更廣闊的市場進行較大規模生產制造，以降低設備價格，到由于承包商熟悉符合 DALI 要求的元件及通用接口，因此實現更短的安裝時間，所有這些優勢都確保標準化解決方案能實現成本效益。

圖 1：采用混合光源的典型報告廳。

DALI 標準由 DALI AG 負責制定。這是一個目前有著 60 多個會員的工作組，其會員都是數字照明控制領域的權威制造商和機構。 IEC 60929 是該標準的第一版，主要規定了在使用可調光熒光燈鎮流器情況下的接口，以確保不同制造商的鎮流器可互換使用。 IEC 60929 將在 2014 年撤銷并由 IEC 62386 替代。在新標準中，將 DALI 規定為適用于所有光源和照明控制器的一個單一接口，同時還包括相關元件，如變壓器、繼電器模塊、傳感器和應急照明。 所以，DALI 取代了以前的 0-10 V 照明控制系統，并成為數字信號接口 （DSI） 的開放式替代標準，從而在交互操作、狀態反饋和高級控制方面確立了優勢。 DALI 作為一個機構，在創造各種機會以及推動采用 DALI 商標的合規產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，能在一個標準網絡中完成多達 64 個設備之間的通訊，而這么多設備既可以布置在一條總線上，也可以采用星形拓撲結構。 如需要，DALI 網關還允許通過將多個子系統連接在一起，對更多的設備執行尋址。 信號發送以標稱電平為 0 V 和 16 V 的數字方式完成（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議，以 1200 位/秒的速率傳輸數據。 在使用差分信號時結合了曼徹斯特編碼，因此即使在電子噪聲顯著的情況下也能確保運行可靠，從而能讓 DALI 布線沿電源電纜進行，或者甚至能與電源采用同一根多芯電纜。 通過在低壓下運行，無需再滿足更多的鎮流器安全絕緣要求（盡管要求網絡電纜應達到電源等級），并且接口中所用的二極管電橋讓用戶再也不用擔心任何連接極性問題。 因電纜走線的最大規定長度為 300 m，從而保證了在基于 1.5 mm2 橫截面導線的網絡中，控制器和最后一個設備之間的壓降不會超過 2 V。

DALI 的設備已被指定了地址，與其他設置值一起存儲在設備中。 每個設備均能被單獨或者作為一個分組設備中的一部分來尋址，每個設備可作為任何一個分組中的一部分（最多 16 個分組）。 這樣，就能在房間內實現不同燈光的設想，根據不同情況或者標準中指定的“場景”進行控制。 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設定場景可以是“演示模式”，即前部的筒燈亮，壁燈調暗至 50%，其余頂燈則關閉（如圖 1 所示），而當有人進入或者離開房間時，所有的燈全亮。 為進一步簡化這種配置，每個設備也可存儲多達 16 個場景所需的調光設置值。 各個設備也能報告其狀態，因此一個控制器就可以監控這些設備，例如燈光亮度級或者運動傳感器，并檢測故障燈泡。

實現 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的低成本微控制器便能輕松執行 DALI 通訊協議，采用串行數據流方式發送、接收地址、控制信號，存儲并響應所有的場景設定指令。 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的模擬比較器完成。 在 DALI 所用的不太高的數據速率下，這種情況當然不會使現代 MCU 在性能方面不堪重負。 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品，既簡化了設計工作，加快了產品面市速度，又保證了一個合乎規范的解決方案。

ST7DALIF2 屬于 ST7 微控制器系列，其性能得益于一個通用架構。這種架構采用運行速度高達 8 MHz 的 8 位核心處理器、標準閃存編程存儲器、EEPROM 數據存儲器、RAM 以及一組外設，具體包括計時器、I/O 端口（含 SPI）、采用固定增益運算放大器的 A/D 轉換器。 該器件工作電壓為 2.4 - 5.5 V，具有當應用待機或者空載時所需的、全部有用的節能模式。 采用不同的封裝，可提供多達 15 個 I/O 引腳。

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

圖 2：ST 的 ST7DALIF2 DALI 微控制器的頂層框圖。

參照 DALI 的內部框圖（圖 3）及其標準幀格式（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、數據、控制、控制/狀態信息的各種寄存器。 寄存器 DCMCLK 用于按照 DALI 數據速率調整設備時鐘，DCMFA 提供正向幀地址，并結合來自 DCMFD 的正向數據，再加上必要的終止和起始位后形成一個正向（即轉發）幀。 DCMBD 接收來自反向幀的數據，而 DCMCR 和 DCMCSR 則用于保持控制和狀態設定值。

圖 3：DALI 通訊模塊 （DCM） 的內部框圖。

圖 4：DALI 標準正向和反向幀、雙相位信號發送電平。

ST7DALIF2 MCU 僅在 MCU 邏輯電平下支持 DALI 信號。 不過，ST 已經開發出 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，同時具有過壓保護功能，以防止電源電壓與 DALI 導線誤接。 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 網絡并由其控制。 由此可知，該模塊可作為插接式接口用在最終設備中，而且同樣能提供參考設計，讓照明設計人員直接用在他們的設計中。 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

從傳統的手動開關面板，到利用建筑管理系統實現的高端技術，在商業建筑照明控制領域有許多潛在的解決方案。 針對避免專門接線以及實現具有調光、環境光感測和運動檢測靈活性方面的各種要求，已經催生了許多不同的控制策略和總線網絡解決方案。 不過，標準化數字接口只在 DALI AG 主持下實現的。

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計，其中的電路設計解決了將 MCU 邏輯電平轉換為 DALI 標準規定的信號發送電壓的問題。 DALI 最終實現的是一種方式：通過讓各個制造商提供用戶能在自己的網絡中放心連接的規范產品，保證建筑照明系統設計、安裝和維護的供給安全。 通過經濟的制造過程和簡化的安裝，這種標準化也能產生成本效益。