基于DALI的智能照明控制系统设计毕业设计论文

摘要随着电力资源的日益紧张，在民用建筑工程电气设计工作中，应大力推广和实施节能方针。基于节约能源为目的，同时满足人们需要的各种光环境，开发了基于DALI的智能照明控制系统。本文讲述了DALI协议的产生背景，DALI协议的发展，DALI协议的内容以及DALI照明系统的优势；在现有的认识基础上，对DALI协议做了分析和研究，设计构建一个基于DALI协议的智能照明控制系统，实现了系统可以对每个灯进行数字寻址、调光以及照明场景预设等功能。并进一步设计了该系统的实验方案以及实验指导书。关键词：节能，智能照明系统，DALI协议，电子镇流器AbstractWiththeincreasinglytensepowerresources,weshouldpromoteandimplementthesavingenergypolicyinthecivilprojectelectricitydesignwork.Inordertosavingenergyandcreatingdifferentlightingscenes,thedissertationdesignstheintelligentlightingsystembasesonDALI.ThisarticleintroducestheDALIprotocolbackground,DALIprotocoldevelopment,DALIthecontentsoftheagreement,DALIlightingsystemsandtheadvantage;oftheexistingunderstandingonthebasisoftheDALIprotocoltotheanalysisandresearch,designaDALIprotocolbasedontheintelligentlightingcontrolsystem,thesystemcanachieveforeachdigitaladdressablelights,dimmerlightingandthescenedefault,andotherfunctions.Thusthedesignofthesystemandtheexperimentalprogrammeofexperimentalguidance.Keywords:EnergySaving,IntelligentLightingSystem,DALI,Ballast目录1 绪论 11.1引言 11.2国内外照明控制系统的现状 11.3课题意义及选题依据 11.4课题目标及主要内容 22 照明控制系统 32.1传统照明系统与智能照明系统的对比分析 32.2智能照明系统的控制措施 32.3智能照明控制系统的组成 52.4智能照明系统的优越性 72.5智能照明系统的几种协议 93 DALI智能照明控制系统 123.1DALI协议简介 123.2DALI协议电气特征 133.3DALI协议指令类型与命令结构 133.4DALI参数 153.5DALI智能照明系统的组成 164 DALI智能照明系统的实验方案设计 214.1实验要求与目的 214.2实验方案的设计 214.3智能照明实验系统的演示和展示性实验方案设计 224.4智能照明实验系统自主型的实验方案设计 244.5智能照明实验系统开放型实验方案设计 254.6实验指导书和实验报告编制设计 25结论 31参考文献 32致谢 33附录 34PAGEPAGE34绪论1.1引言由于能源资源有限，特别是现阶段国家电力供应缺口很大，建设“节约型社会”的观念深入人心。而照明能耗在整个建筑能耗中所占比例较大，照明节能日显重要。现阶段世界各国都在重视采用智能照明系统，推行“绿色照明”计划。在我国，照明耗电占年发电总量的l0％（超过100亿kW·h）。而对照明时间长，尤其照明场所多的现代建筑、机关、学校，照明超过本单位所有耗电的40％。目前，国内这些地方的照明灯具控制大多采用手动开关，即使严格管理，仍不可避免地出现忘记关灯的疏忽。特别是在白天，情况更是如此。从而造成大量的能源浪费；另外，各种照明灯具都具有一定的使用时限，在光线充足的情况下仍继续使用，必然会缩短灯具的使用寿命[1]。为解决上述问题，一种新型的节能控制系统就应运而生。现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习、生活提供良好的视觉条件，而且要能利用造型的光色营造出具有一定美感的室内环境，以满足人们的心理和生理要求。1.2国内外照明控制系统的现状近年来，随着照明系统的进一步得到重视，在智能照明领域，很多厂商纷纷推出自己的产品，但大多数没有采用国际通用的协议规范，而是自定协议，各自为战。这样，照明控制系统一般可分为开放型照明控制系统与非开放性照明控制系统。事实证明，这种模式造成开发成本昂贵，非无法实现不同厂商产品之间的互联互操，难以开拓市场。选择一个由一个中立的、营利组织管理、不依赖某一特定的制造商国际标准协议，必然成为智能照明发展的正确方向。1.3课题意义及选题依据照明控制是贯彻落实“建设节能环保型社会”计划中不可缺少的组成部分。同时，照明控制也是照明设计中很重要的内容，特别是在对光环境要求比较高的场所。所以照明控制的作用可以归纳为两个方面：节约能源和营造良好的光环境[2]。而现在的世界，封闭协议势必与技术发展的潮流不相符，研究和开发照明控制系统时，原则上应遵循某种开放协议，鉴于需求的多样性，应按需选择相应的开放协议，以满足不同的需求。DALI是英文DigitalAddressableLightingInterface的缩写，意为数字式可寻址照明控制接口标准。DALI是用于满足现代化照明控制需要的非专有标准，它不是一个系统，而是一种定义了实现电子镇流器和控制模块之间进行数字化通信的接口标准。利用DALI可以实现对多个灯具进行单独寻址、调光、营造出所需的各种光环境，并达到节约能源的目的。DALI协议是开放的国际标准，我国的很多技术人员也正在进行据此开发具有自身知识产权的照明控制产品，因此DALI的前景是十分美好的。如果说，智能照明的时代已经到来，而DALI智能照明时代的将来更为辉煌。1.4课题目标及主要内容本文利用DALI协议，设计开发了基于DALI的智能照明系统。主要工作如下：（1）介绍照明控制系统的基本概念，以及各种的照明技术；（2）详细介绍DALI协议的基本内容，原理及应用；（3）构建了基于DALI的智能照明系统，实现DALI协议在智能照明系统中的应用；（4）DALI智能照明系统的实验方案设计，以及实验指导书的编写。照明控制系统2.1传统照明系统与智能照明系统的对比分析传统照明系统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。智能照明系统是指用计算机技术并辅助其他手段，对电力照明实行自动控制，从而达到在降低照明系统电能消耗和其他使用费用的同时，在适当的时间、适当的场合提供适当的照明。智能照明控制系统一般包括时钟控制、自动调光控制、区域场景控制、动静探测控制、应急照明控制等控制内容。在控制方式和照明方式上，传统照明系统中的灯具控制基本上采用手动开关，在很大程度上依赖人的参与，其照明方式也只有开和关两种状态；而智能照明控制系统的控制功能强、方式多、可通过实现场景的预设置和记忆功能，操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景，各照明回路随即自动变换到相应的状态。在照明方式上，由于智能照明控制系统采用“调光模块”，通过系统的自动调光即可在不同使用场合得到不同的灯光效果。从管理角度看，传统照明系统对照明的管理是人为化的管理，而智能照明系统可实现能源管理自动化，通过分布式网络，只需一台计算机就可对整幢大楼的照明实现有效监控和管理。由于智能照明系统采用了光线感测、动静探测、定时开关、智能调光等技术以及智能化的运行模式，从而使整个照明系统可以照经济有效的最佳方案来准确运作，不但降低了运行管理费用，而且最大限度地节约了能源，与传统的照明控制方式相比较，可以节约电能20%以上[3]。同时，智能照明系统中采用了软启动、软关断技术，能避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具、延长灯具使用寿命的作用。更值得一提的是，智能照明控制系统具有开放性，通过标准接口可方便地与BAS系统联接，实现智能大楼的楼宇自控系统集成[4]。2.2智能照明系统的控制措施照明节能的基本原则是在保证不降低生产、作业视觉要求，不降低照明质量的条件下，力求减少照明系统中光能的损失，最有效地使用电能。一般可以通过两个途径：一是使用最有效的照明装置（包括光源、灯具、镇流器等）；二是使用者在需要时才使用它，尽量减少不必要的开灯时间、开灯数量和过高的照度，杜绝浪费。后者就是照明控制。智能照明系统可对白炽灯、日光灯（专用镇流器）、节能灯、石英灯等多种光源调光，满足各种环境对照明的要求。适用范围有：大型公共建筑，如会展中心、航站楼、客运站、体育场馆、大型商场等；博物馆、美术馆、图书馆等文化建筑和教学建筑；星级酒店和高档写字楼的宴会厅、多功能厅、会议室、大堂、走道等场所。智能照明常用的控制方式有场景控制、群组组合控制、定时控制、天文时钟、光感探头控制、就地控制、远程控制、图示化监控、应急处理、日程计划安排等。其主要功能及应用场所如下:（1）场景控制用户预设多种场景，按动一个按键，即可调用需要的场景。多功能厅、会议室、体育场馆、博物馆、美术馆、高级住宅等场所采用该控制方式。（2）群组组合控制可设定一个按键，对多个配电箱（跨区）中的照明回路进行开光控制，即一键可控制整个场所的照明开关。（3）定时控制根据预先设定的时间，触发相应的场景，使灯光打开或关闭。应用于地下车库等大面积场所。（4）天文时钟输入当地的经、纬度，系统自动推算出当天的日出、日落时间，根据这个时间来控制照明场景的开关。特别适用于夜景照明、道路照明。（5）光感探头控制根据光感探头探测到的照度，控制照明场所相关灯具的打开或关闭。常应用在写字楼、图书馆等场所。靠近外窗的灯具可采用光感探头，根据天然光的亮度进行开或关，以节约用电。（6）就地控制一般情况下，控制过程自动进行。在某些情况下，可使用控制面板来强制调用需要的照明场景模式。（7）远程控制通过互联网（Internet）对照明控制系统进行远程监控。可对系统中的各个照明控制箱的照明参数进行设定、修改；对照明状态进行监视、控制。（8）图示化监控用户可以使用电子地图功能，对整个控制区域的照明进行直观的控制。可将整个建筑的平面图输入系统中，并用各种不同的颜色来表示该区域当前的状态。（9）应急处理在接收到安保系统、消防系统的警报后，能自动将指定区域照明全部打开。（10）日程计划安排可设定每天不同时间段的照明场景状态，并将场景调用情况进行记录打印输出，方便管理[5]。2.3智能照明控制系统的组成智能照明控制系统采用模块化分布式结构，系统结构见下图2.1。各模块内置微处理器和存储器，通过一条（五类）通讯电缆将所有照明控制部件连接起来进行信息传递，完成对室内外照明及相关控制。智能照明控制系统由输入、输出及系统三部分组成。输入部分的功能是：将外界的控制信号转换为系统信号，并作为控制依据。它包括控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、时钟管理器、遥控器。输出部分的功能是：接收总线上的控制信号，控制相应的负载回路，实现照明控制。它包括调光控制器、开关控制器及其它模拟输出单元。系统部分由供电单元、系统网络、调制解调器、编程插口和PC监控机等具有独立功能的部件组成，在系统控制软件的支持下，通过计算机对照明系统进行全面的实时控制[6]。AC220VAC220V直流电源调光控制开关控制调光控制输出输出输出传感器控制面板时钟管理器编程接口液晶显示触摸屏遥控器接口总线编程器打印机调制解调器图2.1（1）调光控制器调光模块是控制系统中的主要设备。它的主要功能是对不同功能的灯具进行配电、无级连续调光和开关控制（开关控制器无调光功能）。能适应电源电压、频率的变化，抑制电磁干扰，改善电源电压输出波形，防止高启动电流和热冲击，以及通过软启动特性和软关断技术来保护灯具，延长灯具寿命。（2）控制面板相当于传统照明系统中的照明开关，安装在便于操作的地方。人们可以通过操作控制面板上的按钮,，启动照明系统中的灯光控制回路组合，从而调用某个灯光场景。所谓灯光场景，即系统中由不同的照明回路、不同的亮暗搭配而成的一种灯光效果。这种灯光场景可以预设置和记忆在调光模块和开关模块中，用户可以通过控制面板或液晶显示触摸屏设置相应灯光场景以达到某个照明效果。（3）智能传感器是系统中实现照明智能管理的自动信息传感元件，具有动静检测（用于识别有无人进入房间）、照度动态检测（用于自动日光补偿）和接收红外线遥控三种功能。（4）时钟管理器用于一周或一年内复杂照明事件和任务的时序设定，可对客厅、餐厅、卧室、洗手间、走廊、景观照明等系统具有周期性控制特点的场所实施时序控制。一台时钟管理器可管理多个区域，每个区域可有多个回路、多个场景。（5）液晶显示触摸屏它是一种较高级的人机界面，具有信息存储记忆功能，能显示多种画面图像及相关信息，实现直观的多功能、多区域控制。（6）编程插口采用便携式编程器或计算机插入编程插口与系统网络相连接，就可对系统任何一个调光区域的灯光场景进行预设置、修改或读取，并显示各调光回路预设置值。（7）控制计算机这种智能照明控制系统是一个数字式控制系统，它能接受控制计算机的管理。可通过控制计算机对照明控制网络进行实时监控、管理和对有关信息的网络远程传输[7]。2.4智能照明系统的优越性（1）良好的节能效果采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源。智能照明控制系统借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有必需时才把灯点亮或点到要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30％以上。此外智能照明控制系统中对荧光灯进行调光控制，由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗。一般商场和写字楼的灯光照度都是按照晚问使用设计，白天也要开灯补光，这样就造成大量电能的浪费，在这种场合值得大力推广智能照明控制系统。（2）延长灯具寿命延长光源的寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工作量，降低了照明系统的运行费用。管理维护也变得简单了。无论是热辐射光源。还是气体放电光源，电网电压的波动是光源损坏的一个主要原因。因此，有效地抑制电网电压的波动可以延长光源的寿命。智能照明控制系统中的相关器件能成功地抑制电网的浪涌电压，同时还具备了电压限定和滤波等功能，避免过电压和欠电压对光源的损害。采用软启动和软关断技术，避免了冲击电流对光源的损害。通过上述方法，光源的寿命通常可延长2-4倍。（3）改善工作环境，提高工作效率良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，提高照明质量。智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。（4）实现多种照明效果的光环境多种照明控制方式，可以使同一建筑物具备多种艺术效果，为建筑增色不少。现代建筑物中，照明不单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。一栋建筑物中，室外景观照明可以预设为春夏秋冬四季变化，周末节假日场景，大型庆典场景；会客厅、会议室等可以预设会议、投影会间休息等不同场景。在传统的人工控制方式下，难以实现如此多种多样的照明效果。（5）提高管理水平智能照明控制系统是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。在一般的情况下，不需要有人的参与照明系统自动实现开关和调光功能。既大大减少了管理人员的数量，也排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况出现。（6）功能扩展的便利性智能照明系统通过接口连接各种智能模块，扩展系统的功能。照明系统能自动检测电源、各种模块的工作情况，有异常情况发生就会及时报警和处理。其次，消防系统主机通过通讯接口能实时获得应急照明系统的运行资料，按程序要求对应急照明系统实施联动控制。系统还可以通过调制解调器与远程主机进行通讯，远程监视、控制照明，实现照明系统的网络化、数字化。（7）较好的投资收益效果智能照明控制系统在节能和延长灯具寿命的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。根据一般的办公大楼运营的经验来看，节能效果能达到40％以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到25％～30％；学校在这方面还没有具体的统计数据，但根据分析，效果还是令人满意的[5]。2.5智能照明系统的几种协议（1）基于HBS协议的智能照明控制系统HBS是家庭总线（HomeBusSystem）的简称，是由日本三菱、松下、日立、东芝等著名企业联合推出的家庭网络协议，主要应用于智能家居系统。HBS系统除了有强大的智能照明功能外，还有防盗、防火、报警、远程监控等安全监控功能，以及水表、电表、煤气表的计量控制功能。其中智能照明的主要功能有：1）一对一的控制，一处的开关控制一处的灯光，控制相当细致；2）状态显示，开关面板上可显示所控灯光的状态，便于检查；3）红外遥控，通过红外遥控器控制灯光，操作方便；4）场景设置，可根据用户的需要设置更换照明环境，以达到舒适的效果。鉴于HBS系统的控制灵活、方便，目前为止已在很多建筑的照明安防系统有应用。（2）基于C-BUS总线的智能照明控制管理系统C-BUS系统是Clipsal-Bus的简称，由澳大利亚奇胜电器公司于九十年代初推出的一个二线制智能控制系统，主要用于楼宇内的智能照明系统，此外还可用于楼宇的空调通风系统、安防系统、变配电系统、电梯系统等。C-BUS系统机构灵活，常设计成总线型、星型、树型等拓扑结构，组成网络相当方便。在C-BUS系统中，大多单元器件均内置微处理器和存储单元，由一对信号线连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址，并且每个单元的地址是独立的，即可独立寻址。用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出元件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为C-BUS信号在C-BUS系统总线上广播，所有的输出单元接收控制信号并作出判断，控制相应回路输出。

C-Bus系统是由计算机设定的，一旦系统设置完成后电脑即可移走。所有的系统参数被分散存储在各个单元中，即使系统断电也不会丢失。一旦电脑接入C-BUS系统中，则可实现时监控，定时控制等功能。其中智能照明的主要功能有：1）对大厦中公共照明、泛光照明系统的开关状态和故障状态进行监控；2）对公共区域的照明可根据时间表进行分区，分时控制，以节约能耗；3）对泛光照明系统根据要求改变照明模式。虽然C-BUS系统是开放的，与其他系统的可通过专用接口软件连接，但该系统不是国际标准的产品，所以他们的兼容性有限，与其他公司的产品之间的互连比较困难。（3）i-BUS智能照明控制系统i-BUS系统由ABB公司创立，目前已经被广泛应用于智能建筑中，如大型的医院、图书馆、商场、广场等，其也是集现代楼宇中的照明、空调通风、安防等设备的自动控制为一体，具有强大的功能。i-BUS系统通常通过一条i-BUS总线连接各种控制功能的模块，其基本结构是一条i-BUS主干线上通过干线耦合器挂有若干条i-BUS主线，一条i-BUS主线上再通过线路耦合器挂着支线，通过各支线来控制具有不同功能的模块，一条支线上可通过组合具有不同功能的模块来灵活完成各种控制功能。经常用到的i-BUS模块有执行器、人体感应器、触摸屏、智能面板等。由于i-BUS系统是全分散型的控制系统结构，无需另加任何中央控制器之类的设备，对灯光等设备的控制是通过软件编程实现的。（4）EIB协议EIB是欧洲安装总线(EuropeanInstalingBus)的简称，它的统一管理机构为EIBA，共有500多个会员，在欧洲的楼宇智能化标准中占主导地位。EIB系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统，主要用于对照明系统和空调系统的智能控制，也可用于消防和保安等系统中的联动控制。系统中所有单元器件（电源除外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（双绞线）连接成网络。每个单元均设置唯一的物理地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为EIB总线信号在EIB总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应同路输出。EIB产品有三种安装方式:执行器类产品用标准导轨集中安装；传感器类产品用86型面板就地安装：而调光器件、百叶窗传动装置则嵌入用电设备。品种丰富、规格齐全的EIB产品，不仅能提供C-Bus,Dynet总线产品的功能，而且还能提供诸如电动窗帘、空调和其它电动执行机构的应用模块，进行能源、采光、保安、通讯和楼宇管理。因此，EIB系统涵盖了楼宇自控系统（BAS）的部分功能。EIB出现之后由于其本身的优良表现获得了越来越多用户的认可，在欧洲基本上确立了主导地位，但是在世界其他地区尚未取得绝对优势。后来EIB协议发展为KNX协议，并于2001年完成了新协议的文本。KNX协议在保持EIB的优良特性的同时，广泛吸取了欧洲其他协议的优点，成为欧洲地区楼宇智能化系统的主流技术代表。（5）DALI协议DALI是数字可寻址照明接口（DigitalAddressableLightingInterface）的简称，DALI协议1994年列入IEC60929标准，是一项标准化、开放的数字通信协议，它规定了电子镇流器与控制器之间的通信方式，得到国际主要灯具、镇流器和夹具制造商的支持，1999年Philips公司对DALI协议做了进一步的完善工作，并在汉诺威国际灯展上推出了基于DALI的系列产品。DALI定义标准时，旨在建立一个结构清晰的简单系统，用于室内的智能、高性能照明管理，实现开/关、调光、场景、状态显示功能，受控对象明确为镇流器。典型DALI协议数字调光镇流器由两部分组成，日光灯调光模块和DALI通讯控制模块。日光灯调光模块大多选用功率半导体国际整流公司生产的专用IC，如IR2156，IR2159，通讯模块则选用专用芯片进行设计，与DALI总线交换信息，并对调光模块进行数字控制，鉴于DALI的良好市场前景，芯片公司纷纷推出各自的芯片，其中尤以Motorola和Philips公司产品最具代表性。DALI协议主要是对电子镇流器的调光控制，是专用的照明控制协议，提供数字可寻址调光接口，作为楼宇自控系统在灯光控制部分的补充和扩展，而且有许多其他系统没有的优点，比如结构简单、安装方便、操作容易、功能优良等，所以为业界厂商所看好，DALI协议不能应用与其他的自动控制系统[8]。DALI智能照明控制系统3.1DALI协议简介DALI数字可寻址照明接口（DigitalAddressableLightingInterface）是一种数据传输的协议，它定义了电子镇流器与设备控制器之间的通信方式。1999年Philips，Orsam，Tridonic等公司共同制订了DALI的工业标准，现在已纳入IEC60929标准，可保证不同的制造厂生产的照明设备互相兼容。DALI系统具有分布式智能模块，各个智能化DALI模块都具有数字控制和数字通信能力，地址和灯光场景信息等都存储在各个DALI模块的存储器内。DALI模块通过DALI总线进行数字通信，传递指令和状态信息来实现灯的开关、调光控制和系统的设置等功能。故DALI控制器位置改变时，不需要改动灯的电源线。DALI协议是基于主从式控制模型建立起来的，控制人员通过主控制器操作整个系统。在DALI系统中，通过荧光灯调光控制器（作为主控制器Master）可对每个镇流器（作为从控制器Slave）分别寻址，这样可实现对连在同一控制线上的每个荧光灯进行查询、调光等控制。一个单段DALI数据控制线上可对64个镇流器分别编址，每个镇流器内最多可设置16个灯光场景，同一个镇流器还可以编在一组或在多个组，最大编数组为16，这样一个DALI系统可控制多达1000个镇流器[1]。DALI是一种数据传输的协议，它与BMS（楼宇综合管理系统）或者EIB、LON总线系统不同，不是具有各种复杂控制功能的系统，而仅仅是作为一个灯光控制子系统的数据传输协议。它支持开放式系统，可通过网关（gateway）集成于大楼管理系统BMS中，接受BMS控制命令或回收子系统的运行状态参数。DALI协议是针对标准化器件的使用而设计的，而且接线简单、成本较低，可广泛适用于以下场合：（1）在根据不同的活动采用不同的照明方式的多功能室内，例如酒店、会议室等；（2）由于不同的要求需要减低或增加亮度的场合；（3）需根据不同的自然光（例如：白天、中午、下午、晴天或阴雨天等）适当地自动调节室内照明度达到合适照度的场合。3.2DALI协议电气特征DALI接口构成智能照明控制系统有简单、可靠、功能优良的主要特点、DALI接口通信协议编码简单明了，通信结构可靠。DALI协议的主要电气特征如下：（1）异步串行通讯协议；（2）信息传送速率1200baud，半双工，双向编码，数据的传送采用曼彻斯特编码方式；（3）双线差分驱动；（4）电压差在9.5V～16V之间为1，在-4.5V～4.5V为0；（5）通讯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。3.3DALI协议指令类型与命令结构DALI协议从主控单元向从控单元发出的指令数据由19bit位数组成。如图3.1所示。第1位是起始位，第2到第9位是地址位，第10到第17位是数据位，第18、19位停止位。地址字节指令字节S7654321076543210SS起始位停止位图3.1主控制令DALI协议允许多种指令，指令的地址字节有多种形式：（1）单独控制个从机的个体地址，编址形式为“0AAAAAAS”，其中“AAAAAA”是地址，编址范围是0～63，称为短地址（shortaddresS），这就决定了可以对64个从控进行单独编址；（2）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，所以最多可进行16组成组控制；（3）广播命令编址形式为“1111111S”，可实现对所控制的全部从机统一指令控制；（4）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，例如实现对从机状态的查询等。如表3.1所示。表3.1DALI协议指令的地址形式地址形式字节形式短地址0AAAAAAS（AAAAAA：0～63，S=0／1）组地址100AAAAS（AAAA=0～15，S=0／1）广播地址1111111S（S=0／1）专用指令101CCCCS（CCCC=命令码，S=0／1）DALI镇流器的编址是在系统调试时完成的，产生地址采用随机方法，每次调试后控制线上任何一个镇流器的地址都是不确定的，因此当系统中某个镇流器发生故障需要更换时，不是简单换一个新的，而是要确保新替换上去的镇流器的地址必须与换下来的地址相同，以免产生地址冲突。目前还必须借助专用调试工具对镇流器地址进行重新编址。DALI协议中从机只有在主控制器查询时，才向主机发送数据。从机向主机发送的数据由11bit位数组成，如图3.2所示。第1位是起始位，第2到第9位是数据位，第10和第11位是停止位[9]。数据字节S76543210SS起始位停止位图3.2从控指令3.4DALI参数DALI是用两条通信线（控制线）在主设备和从设备双方之间进行串行通信，根据串行协议设置高电平或低电平。用通信线的电压表示高电平或低电平，在发送方，电压在11.5V到20.5V间表示高电平，在4.5V到-4.5V间表示低电平。没有通信时（空闲状态），主设备保持高电平。主设备主要指控制器，控制器可以为计算机，也可以为微控制器：从设备主要指DALI镇流器，有时也指DALI传感器。DALI镇流器是最常用的DALI从设备，一方面直接控制照明设备，另一方面可以接收处理DALI信号，并保存该镇流器的地址信息分组信息、场景信息、亮度信息和状态信息等；DALI传感器由各种传感器加控制芯片组成，用来产生照明设备自动调整状态所需要的各种环境信息。主设备控制从设备的方式有两种：一是计算机控制，计算机与照明系统间用串行协议通讯（如RS232）；另一种是微控制器控制，微控制器与照明系统间同样用串行协议通讯。DALI系统接口器件安装简单方便。主控单元与从控单元通过两条控制线连接，安装时也无极性要求，对线材也无特殊要求，控制线无需屏蔽，只要求主电源线与控制线隔离开。不过需要注意的是，一条接口线上的最大电流为250mA。同时，DALI线上的最大电压降不能超过2V，两个DALI器件之间的距离不能超过300m。DALI系统的最大电流限制为250mA，每个电子镇流器的电流消耗设定在2mA，在一个DALI装置中最多有125个镇流器，即镇流器的DALI终端在空闲或接收状态最大可以引导2mA的电流。因此，设计者在设计DALI系统时必须注意任何DALI总线上镇流器和控制装置的电流之和不能超过250mA。镇流器控制器镇流器控制器最长最长300m最大压降2V镇流器镇流器镇流器镇流器镇流器镇流器图3.3DALI安装布线图DALI智能照明控制系统主要由DALI镇流器和控制单元组成。DALI镇流器采用开放的通信协议与控制单元进行通信。DALI系统中，每个镇流器具有唯一的物理地址，DALI接口线（或者回路）有64个物理地址，每个地址单独和控制设备进行通信。每一个单元都能对广播指令产生响应。每一DALI总线上的镇流器最多分成16个组，一个镇流器可以属于不同的组，此外，每个镇流器有16种预设置场景，软件可以把不同的场景分配给每一个镇流器或者一个特定组的所有镇流器，这些功能由软件来实现。DALI镇流器内部是智能型的操作简单容易，具有自动处理灯丝预热、点亮、调光、开关以及故障检测等功能。DALI系统的用户界面十分友好，用户无需对内部结构深入理解就可以很容易操作控制，如发送一个改变现行场景的命令，各个相关镇流器会根据现行亮度与场景要求亮度之差进行相应的调光；或发送查询命令就可回收各镇流器的运行状态和参数等。3.5DALI智能照明系统的组成荧光灯的调光控制方法是随着电子镇流器技术不断创新发展而提高的，早期对带有铁芯镇流器的荧光灯调光一般采用可控硅前沿相控调光器输出直接调控荧光灯的亮度，镇流器仅仅是串联在荧光灯回路中的一个负载，这种调光方法效率低，性能差，调光范围窄，现今国内外很少用。近年来随着高频电子镇流器的出现改变了镇流器的技术性能，不少公司逐步推出效率高、性能好、调光范围宽、智能化程度高的高频可调光电子式荧光灯镇流器，这种镇流器作伪荧光灯的电子控制装置已成为当今荧光灯调光控制的主流产品。可调光电子镇流器通常实用230V的电源电压，通过经DALI线传输的命令可以开关照明设备或调光。DALI是由一些灯具、镇流管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、白炽灯等照明夹具之间的通信。遵循DALI协议的镇流器使用低电压配线连接成一条照明总线，系统中的每个镇流器都分配一个地址，从而实现荧光灯的独立控制和任意分组控制。DALI智能照明控制系统有相当优越的特点，包括控制单元的数字化独立地址、直接双向通信、设备状态反馈、灵活的拓扑结构，简单的布线要求等。DALI照明控制系统如图3.4所示。电源PS电源PS控制单元DALI控制器控制单元控制单元控制线电源线图3.4DALI智能照明控制系统拓展性很强，重新配置非常容易。通过软件设置，就可以根据需要轻易设置或改变照明的场景、功能，而不需要改动原先的硬件布置。由于DALI布线方式灵活，对拓扑形式无特殊要求，系统扩展无需更改布线，新加入设备可接于系统任意位置，且变更设备分组、修改地址等均无需调整线路。也就是说当照明系统需要扩展而增加新镇流器时，无论在DALI智能照明控制系统的什么地方，只要将镇流器连到DALI网络上即可，不需重新配线。DALI镇流器的编址是在系统调试时完成的，DALI系统的编址是虚地址，可以自动产生地址，也可以人工产生地址。DALI系统通过网关集成于建筑管理系统BMS中，可以接受BMS控制命令。DALI是专用的照明控制协议，用于在照明设备之间传送数字信息。DALI不能用于其他的控制系统，例如BAS系统。然而，DALI系统特别适用于调光控制、场景控制、光源故障状态反馈，而且DALI可以和容易与楼宇自动控制系统（BAS）相连接，如图3.5所示。BACnet通信转换网关BACnet通信转换网关传感器控制操作面板无线控制器数字调光电子镇流器数字调光电子镇流器数字调光电子镇流器RS-232DALI总线1200bps，双向串行通信，双绞线介质图3.5集组合开关与调光控制于一体的DALI镇流器，通过DALI接口连接到2条控制线上，通过荧光灯调光控制器（作为Master）可对每个镇流器（作为Slave）分别寻址，这意味调光控制器可对连在同一条控制线上的每个荧光灯的亮度分别进行调光，一个单段DALI数据控制线上可对64个镇流器分别编址，每个镇流器内可设置16个灯光场景，同一个镇流器还可以编在一组或在多个组，最大编数组为16，于是一个DALI系统可控制多达1000个镇流器。DALI系统的功能主要是由控制单元决定的。控制单元将传感器，控制操作面板开关，数字调光电子镇流器以及执行设备联在一起协调工作。在现实生活中，传感器、控制操作面板和控制单元的连接方式主要只有两种。然而，采用哪一种则取决于现实中具体的灯光控制需要。主要有以下两种方式：（1）把传感器和控制操作面板分别直接连接到以控制单元为中心的控制单元上，通过控制单元再和DALI网络连接.此方式通常适用于标准的DALI设备，如图3.6。智能传感器控制操作面板智能传感器控制操作面板无线遥控器控制单元DALI由于这种控制方式的控制单元都要安装在固定的位置，传感器、控制操作面板等安装时都要与固定的控制单元连接，系统扩展时非常不方便、不灵活，因此通常应用于小型调光系统，而且还比较少被采用。（2）以DALI网络为中心，传感器、控制操作面板以及控制单元都通过DALI网络相连接，而无需用线直接把传感器、控制操作面板以及控制单元相连接，如图3.7。DALIDALIDALIDALI智能传感器控制单元控制操作面板无线遥控器图3.7而此种方式在系统扩展时只要将照明控制系统中的设备，如智能传感器，控制操作面板以及控制单元连接到预先设置安装好的DALI网络上即可，扩展非常方便灵活，适用于大型智能照明控制系统。实现远距离的各个设备的连接和对照明的控制。因此这种方式一般在大型智能照明系统得到广泛的运用。DALI智能照明系统的实验方案设计4.1实验要求与目的构建一个DALI单区域智能照明控制系统，系统将实现场景预设、亮度调节，软启动软关断等复杂的照明控制功能，给学生展示一个聚集当今智能照明先进技术的实验平台。（1）使照明系统运行在全自动状态。可预先设置若干场景，根据预设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。（2）照明设备的联动功能。当实验平台内有事件发生时，需要的照明组能够做出相应的联动配合。（3）智能调光功能。对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）能够根据周围空间光线的强弱进行智能调光，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。4.2实验方案的设计本实验通过构建一个DALI单区域智能照明控制系统，系统将实现场景预设、亮度调节，软启动软关断等复杂的照明控制功能，给学生展示一个聚集当今智能照明先进技术的实验平台。DALI镇流器内部是智能型的，DALI系统中每个镇流器有其独立的地址，因此可以实现对每个荧光灯的亮度分别进行调光控制。通过DALI系统发出指令，可不必在主回路上设计开关。DALI系统可向照明装置发出指令，又可以接收照明装置反馈的信号。DALI系统可以很容易的重新配置。通过软件设置，可容易改变照明的场景、功能，而不需要改变硬件。当照明系统需要扩展而增加新镇流器时，无论在DALI系统的什么地方，只要将镇流器连到DALI网络上即可，不需重新配线。DALI镇流器的编址是在系统调试时完成的，DALI系统的编址是虚地址，可以自动产生地址，也可以人工产生地址。DALI系统通过网关集成于BMS中，可以接受BMS控制命令，或返回子系统的运行状态参数。DALI安装简单方便，DALI接口有2条主电源线，2条控制线，对线材无特殊要求，安装时无极性要求，但主电源线与控制线需隔离开，控制线无需屏蔽，但控制线上电流在250mA，线长300m时压降不超过2V。在DALI总线中连接传感器，传感器编址后可以唯一寻址。在本实验系统中，运用了DALI网络提供电源的DALIPS、5.7寸彩色触摸式屏幕x-touchPANEL、控制两个照明灯组的模块DALIGC、控制四个灯光场景模块DALISC、超小型继电器模块DALIRM、以及用以实现人体红外开关，室内与自然光补偿照度可配合遥控器使用的DALIMsensor等仪器设备。以上仪器设备将采用来自奥地利锐高(TridonicAtco)公司的产品。本实验的DALI智能照明控制系统电路图如图4.1：图4.1系统电路图4.3智能照明实验系统的演示和展示性实验方案设计本智能照明实验系统中，有DALI智能照明控制系统展示平台1套，规格尺寸为2m*1.5m的平台，用以向学生展示较为完整的、先进的DALI智能照明控制系统；此外，另布置DALI智能照明最小控制系统4套，用以让学生自己可动手组建DALI智能照明控制系统，可加强学生的动手能力和对DALI智能照明控制系统的认识。具体布线图如图4.2：图4.2系统结构图（1）监视器件：通过DSI-SMART作为对外界光照度或者人的活动的监测。其可以对周围环境的光照度进行采样，然后传送到控制模块进行灯具的光调节。（2）T5RGB荧光灯组：通过可触摸控制面板或者计算机分别调节每支荧光灯的色彩亮度，调节整个灯组色彩变化效果。（3）白炽灯、射灯以及天花节能灯灯组：通过可触摸控制面板或者计算机可以分别设定其的开关时间以及亮度等。（4）LED灯组：通过可触摸控制面板或者计算机可以分别对LED灯组的工作模式进行设定，如现实效果、内容等。（5）T5荧光灯组：通过与传感器的探测可以进行自动的控制场景模式、开关时间以及亮度等。（6）T8荧光灯组：其主要就是色温的控制表现，通过可触摸控制面板或者计算机分别调节每支荧光灯的色温，达到调节整个灯组色温的效果。（7）控制组：控制组中有一个可触摸控制面板，通过其可以对系统进行开关、调光以及场景选择等控制。通过这个实验的演示与展示，学生可以对当前主流的智能照明系统有个比较深的感性认识，以及对此系统中的一些器件功能有所了解和认识。并且通过该实验平台，学生还可以看到整个智能照明系统是如何运作，也能够直接看到灯具的具体场景变化、光亮度、彩度的变化，以及自动感应红外线探头对外部环境变化使得灯具的变化等。也可以通过此系统的方便的控制以及完美的表现效果，能激发起学生对此方面课程的兴趣和热爱，进而不断了学习、研究、创新。4.4智能照明实验系统自主型的实验方案设计本实验是上述演示和展示实验中的一部分，由T5RGB荧光灯组和一些控制组器件中的可触摸控制面板以及一些对外连接接口组成，构成了一个简单的DALI智能照明控制系统。其系统结构图如图4.3：图4.3自主实验结构图通过一些DALI的简单设置，学生可以通过计算机来分别对每支荧光灯的亮度进行调节，使荧光灯呈现丰富的色彩，取得预想的效果。本实验是给学生自己组装、设置的一个简单的DALI智能照明控制系统，其目的就是通过在上述演示与展示实验之后，能够给学生提供实践动手操作的机会，使学生能够在对DALI智能照明控制系统的感性认识上上升到理性认识，对该系统以及其原理有一个更深的认识，这对他们以后的学习提供了很大的帮助。4.5智能照明实验系统开放型实验方案设计本实验是开放型实验，是在完成以上两个实验方案之后由学生自主设想完成的开放性实验。就是在原有配置的基础上对该DALI智能照明控制实验系统进行改进和创新，如：通过监测器件DSI-SMART对被监测的环境进行监测后，不仅仅是传送到控制模块进行灯具的光调节，而且还能够接入EIB总线，对其他的照明系统和空调系统的智能控制，也可用于消防和保安等系统中的联动控制。虽然已现有的实验配置和学生现阶段的知识，要完全实现上述所说到的全部功能有一定的难度，但是此实验为开放性实验，其主要目的只是通过在前两个实验的基础上，当学生掌握了DALI智能照明控制系统的有关方面的知识之后，为了激发学生的思维，为了提高学生的能力，为了鼓励学生的创新而设置的实验。此实验没有固定的套路，没有固定的模式，一切都是为了激励学生进行创新。因此为了避免学生的一味的模仿，在此不写出相关的实验方案，让学生自由发挥。4.6实验指导书和实验报告编制设计实验一实验项目名称：基于DALI的智能照明系统的演示和展示性实验实验项目性质：总体DALI智能照明实验系统的演示和展示所属课程名称：楼宇智能化技术实验计划学时：1学时一、实验目的DALI单区域智能照明控制系统，系统将实现场景预设、亮度调节，软启动软关断等复杂的照明控制功能，展示了一个聚集当今智能照明先进技术的实验平台。（1）使照明系统运行在全自动状态。可预先设置若干场景，根据预设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。（2）照明设备的联动功能。当实验平台内有事件发生时，需要的照明组能够做出相应的联动配合。（3）智能调光功能。对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）能够根据周围空间光线的强弱进行智能调光，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。二、实验内容和要求DALI镇流器内部是智能型的，DALI系统中每个镇流器有其独立的地址，因此可以实现对每个荧光灯的亮度分别进行调光控制。通过DALI系统发出指令，可不必在主回路上设计开关。DALI系统可向照明装置发出指令，又可以接收照明装置反馈的信号。DALI系统可以很容易的重新配置。通过软件设置，可容易改变照明的场景、功能，而不需要改变硬件。当照明系统需要扩展而增加新镇流器时，无论在DALI系统的什么地方，只要将镇流器连到DALI网络上即可，不需重新配线。DALI镇流器的编址是在系统调试时完成的，DALI系统的编址是虚地址，可以自动产生地址，也可以人工产生地址。DALI系统通过网关集成于BMS中，可以接受BMS控制命令，或返回子系统的运行状态参数。DALI安装简单方便，DALI接口有2条主电源线，2条控制线，对线材无特殊要求，安装时无极性要求，但主电源线与控制线需隔离开，控制线无需屏蔽，但控制线上电流在250mA，线长300m时压降不超过2V。在DALI总线中连接传感器，传感器编址后可以唯一寻址。要求在本实验系统中，了解为DALI网络提供电源的DALIPS、5.7寸彩色触摸式屏幕x-touchPANEL、控制两个照明灯组的模块DALIGC、控制四个灯光场景模块DALISC、超小型继电器模块DALIRM、以及用以实现人体红外开关，室内与自然光补偿照度可配合遥控器使用的DALIMsensor等仪器设备的工作原理。以及了解该实验系统的运行原理和演示效果。三、实验主要仪器设备和材料1、DALIPS：为DALI系统提供电源。2、x-touchPANEL：可触摸控制面板，灯光寻址编程菜单界面功能。3、DALIGC：2个独立输入，用于控制两个照明灯组的模块。4、DALISC：用于控制4个灯光场景的模块。5、DALIRM：配有DALI输入的继电器模块。6、DALI－Msensor：实现人体红外开关，室内与自然光补偿照度可配合遥控器使用。7、DALIUSB：WINDIM/DALI的计算机串行接口。8、DALI－PCD300one4all：上沿和下沿移相调光器30－300VA。9、PCAT5EXCELone4all14-35W22-240V50/60/0Hz：可调光数字电子镇流器。10、TEone4allsc50-105VA：低压卤素灯DALI数字可以调光变压器。11、LED0025K2ll24V：DALI数字可以调光LED电子转换器。12、DALIEIB：实现与EIB总线线连接。四、实验方法、步骤既结果测试1、实验系统结构示意图图4.4实验系统结构示意图2、实验步骤：（1）监视器件DSI-SMART：通过DSI-SMART作为对外界光照度或者人的活动的监测。其可以对周围环境的光照度进行采样，然后传送到控制模块进行灯具的光调节。（2）T5RGB荧光灯组：通过可触摸控制面板（x-touchPANEL）或者计算机分别调节每支荧光灯的色彩亮度，调节整个灯组色彩变化效果。（3）白炽灯、射灯以及天花节能灯灯组：通过可触摸控制面板（x-touchPANEL）或者计算机可以分别设定其的开关时间以及亮度等。（4）LED灯组：通过可触摸控制面板（x-touchPANEL）或者计算机可以分别对LED灯组的工作模式进行设定，如现实效果、内容等。（5）T5荧光灯组：通过与传感器的探测可以进行自动的控制场景模式、开关时间以及亮度等。（6）T8荧光灯组：其主要就是色温的控制表现，通过可触摸控制面板（x-touchPANEL）或者计算机分别调节每支荧光灯的色温，达到调节整个灯组色温的效果。（7）控制组：控制组中有一个可触摸控制面板（x-touchPANEL），通过其可以对系统进行开关、调光以及场景选择等控制。DALISC和DALIGC主要负责对灯具的预设好