Световой интерфейс DALI

Пример интерфейса «1-10 В» для электронного балласта люминесцентной лампы на микросхеме IR21592.

Наш разговор о централизованном управлении сценариями освещения в «умном доме» был бы не полным, если бы мы не рассказали о способах этого централизованного управления. Действительно, освещение в наших жилищах обеспечивает примитивные сценарии — включение и выключение люстры и, в ряде случаев, включение и выключение половины люстры. Регуляторы освещенности встречаются реже, к тому же они «работают» только на один источник света. Узнать о техническом состоянии ламп мы тоже можем только визуально. Собственно, вот и вся автоматизация.

Следуя концепции «умного дома», разработчики сделали попытку централизации управления яркостью источников. Они создали так называемый аналоговый интерфейс «1-10 В», который позволяет регулировать яркость светильника линейно в диапазоне входного напряжения 1…10 В постоянного тока. Разработчиками интерфейса принято, что при напряжении ниже 1 В светильник должен быть полностью погашен, в то время как при напряжении выше 10 В он должен выйти на максимум светового потока.

Этот интерфейс получает питание от обмотки, которая накладывается на дроссель корректора коэффициента мощности (PFC). Конечно, можно применить и отдельный малогабаритный трансформатор типа ТПК-2, но это удорожает электронный балласт. Кроме этого, интерфейс должен быть изолирован от остальной схемы и выдерживать напряжение не менее 4 кВ (согласно стандарта EN61000-3-2 для устройств класса С).

Устроен интерфейс просто: обмотка Т1 дросселя корректора коэффициента мощности служит источником напряжения, выпрямление, сглаживание и стабилизация которого выполняется элементами VD1, CI, Rl, С2, VD2. На элементах R2, R3, R4, СЗ, VS1 выполнен генератор пилообразного напряжения. В исходном положении тринистор VS1 закрыт, происходит нарастание напряжения на выводах 3 и 5 микросхемы DA1 за счет заряда конденсатора СЗ через резистор R4. Когда напряжение на аноде VS1 превысит напряжение на управляющем электроде (оно задано резисторами R2 и R3), тринистор откроется, конденсатор СЗ разрядится, после чего тринистор закроется и процесс повторится. На выводы 2 и 6 компаратора DA1 поступает опорное управляющее напряжение через фильтр С4, С5, R5, R6, которое сравнивается с пилообразным напряжением и на выходе DA1 формируется широтно-модулированное колебание, которое, проходя через оп-трон DA2, сглаживается интегратором R9, R10, Сб. Элементы микросхемы DA1 включены параллельно для увеличения ее нагрузочной способности.

Крайнее неудобство интерфейса «1-10 В» проявляется в необходимости «затягивать» на центральный прибор управления столько проводов, сколько установлено светильников. Если светильников много, «паучья сеть» из проводов может запутать даже ее создателей. Отказаться от аналогового интерфейса позволили принципы компьютерных сетевых технологий, когда все абоненты подключаются к двухпроводному кабелю, каждому абоненту назначается свой уникальный номер (адрес). Центральный контроллер, к которому подключена сеть, может управлять абонентами и запрашивать от них необходимую информацию.

Идеи сетевых технологий были воплощены в середине 90-х гг. прошлого века в интерфейсе DALI (Digitally Addressable Lighting Interface), который был разработан ведущими мировыми светотехническими фирмами — Helvar, Huco, Philips, Osram, Tridonic, Trilux, Vossloh-Schwabe и нашел отражение в стандарте Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) IEC-60929. Этот интерфейс стремительно развивается, к выпуску продукции на его основе подключается все большее количество фирм. Изделия, оснащенные DALI, маркируются общепринятой маркой, показанной на рисунке.

Марка интерфейса DALI

Читателю следует знать, что этот интерфейс разработан только для управления освещением и не предполагается к использованию в других областях электронной техники. Основные принципы построения DALI-системы показаны на рисунке. В системе присутствуют люминесцентные лампы (также здесь могут быть лампы накаливания и LED-лампы) с ЭПРА, оснащенными интерфейсами DALI. Все ЭПРА объединяются с помощью 5-проводного кабеля в единую систему с управляющим контроллером DALI, к которому подключен пульт управления. Нетрудно заметить, что пульт управления напоминает классический выключатель, но позволяет оперативно задействовать 4 световых сценария, а также настроить каждый сценарий.

Построение DALI-системы

Построение DALI-системы

 

Несколько слов по поводу кабеля. Обычно его выбирают марки NYM в неметаллической оплетке с пятью проводниками: L (предпочтительно коричневый цвет) — фазный провод; N (синий цвет) — нейтраль; РЕ (желто-зеленый цвет) — заземление; DALI (черный цвет) — два провода интерфейса управления.

Рекомендации по выбору сечения проводников DALI следующие: для расстояний до 100 м выбирают сечение 0,5 мм2; для расстояний 100… 150 м — 0,75 мм2, для расстояний 150…300 м — 1,5 мм2. Стандарт не допускает эксплуатацию DALI-абонентов на расстояниях свыше 300 м между двумя соединенными устройствами. Не допускается также соединять интерфейсные кабели «кольцом», но можно не следить за полярностью — DALI совершенно безразлично, какие контакты интерфейса подключаются к нему. Скорость передачи данных по шине — 1200 бит/с.

Спецификация DALI допускает подключение к одной двухпроводной шине не более 64 устройств, при этом устройства могут произвольно компоноваться в 16 групп с управлением по единому сценарию группы. Как это понимать? Допустим, в помещении имеется 64 светильника, каждому из которых назначен уникальный адрес. Часть светильников можно объединить в группу и управлять ими одинаково, например, одновременно установить половинный световой поток. Группы можно оперативно формировать — для этого не нужно физически переставлять светильники. Достаточно переназначить номер группы на пульте управления. Также DALI-протокол предусматривает хранение в памяти DALI-абонентов до 16 световых сценариев.

Система сообщений в DALI-системе подразделяется на три типа:

  1. широковещательные (broadcast) — предназначены для всех абонентов;
  2. групповые (group) — предназначены для абонентов группы;
  3. индивидуальные (device) — предназначены конкретному абоненту.

Типовые сообщения DALI-протокола следующие:

  1. Set light level — установка освещенности;
  2. Go to minimum level — установка минимальной освещенности;
  3. Turn lamp off — отключить лампу;
  4. Set light at predefined level — установить свет с предустановленным уровнем;
  5. Return light level — возвращение к установленному уровню освещенности;
  6. Return status — запрос статуса DALI-абонента.
Регулировочная кривая уровней освещенности в DALI-системе

Регулировочная кривая уровней освещенности в DALI-системе

 

Уровни освещенности (light levels) определяются логарифмической кривой в диапазоне от 0,1 до 100 %, задаваемой 8-битовым числом. Такой вид регулировочной кривой приспособлен к особенностям восприятия освещенности человеческим глазом.

Очень важна функция централизованной диагностики состояния ламп. DALI-интерфейс позволяет запросить статус любой лампы и вывести на управляющую панель сообщение (alarm) о неисправности. Это, вне всякого сомнения, эффективно, поскольку электрикам нет нужды делать постоянные обходы своего хозяйства.

Блок-схема DALI-балласта на основе IR21592

Блок-схема DALI-балласта на основе IR21592

 

Пример реализации электронного балласта с DALI-интерфейсом показан на рисунке, а подробнее об этой конструкции можно прочитать в технической документации. Здесь «общение» между DALI-интерфейсом и микросхемой электронного балласта IR21592 осуществляется посредством микроконтроллера PIC16F628. Сам балласт построен по классической схеме, описанной ранее, и особенностей не имеет. Микроконтроллер отслеживает состояние лампы (исправна/неисправна), а также формирует ШИМ-сигнал управления яркостью, который поступает на микросхему балласта сглаженным RC-цепью.

Особый интерес может представлять физический интерфейс DALI, схема которого приведена на рисунке. Диодный мост VD1—VD4 устраняет чувствительность интерфейса к полярности на линии связи. Микросхемы опторазвязки DA1 и DA2 выполняют гальваническую развязку линии от силовых цепей. Обработку сигналов ведет микроконтроллер DDI. Для него сформировано четыре идентификационных сигнала: ENABLE (включение DALI-ин-терфейса), TX-DALI (передача данных от балласта к устройству управления), RX-DALI (прием данных от устройства управления), RECIVE (идентификация состояния приема/передачи).

Физический интерфейс DALI

Физический интерфейс DALI

 

В примере, приведенном на рисунке, обработка данных осуществляется микроконтроллером программно. Однако поскольку DALI-интерфейс имеет большие перспективы в будущем, уже сейчас фирма Atmel выпустила микроконтроллер серии AVR типа AT90PWM2, оснащенный аппаратным DALI-интерфейсом. Прием, передача и обработка данных в этом микроконтроллере осуществляется аппаратно, то есть с помощью специального периферийного устройства. Можно также предположить, что в ближайшем будущем число таких микроконтроллеров расширится. Наверняка появятся и специализированные микросхемы DALI-интерфейсов, которые не нужно будет программировать.

Наконец — о промышленной продукции с DALI-интерфейсом. На рисунке показан внешний вид центрального блока управления DALI BASIC SO, выпускаемого фирмой Osram. Кроме клемм, к которым осуществляется подключение линии связи и пульта управления, блок имеет светодиоды, сигнализирующие о работоспособности системы. Зеленый светодиод сигнализирует о готовности системы к использованию, желтый показывает, что по DALI-шине идет обмен данными. Красный светодиод сообщает о повреждении. Кроме этого, будет замкнут контакт обобщенной сигнализации, который может управлять, например, звонком или зуммером. Блок имеет габариты 140 х 90 х 60 мм.

Пример промышленного диммера приведен на рисунке. Это серия HF-REGULATOR DALI, выпускаемая фирмой Philips, одного из разработчиков концепции DALI. Диммер имеет габаритные размеры 111 х 79 х 33 и предназначен для подключения компактных люминесцентных ламп. Встроенный корректор коэффициента мощности выводит коэффициент мощности диммера на уровень 0,95. В остальном диммер мало отличается от обычных электронных балластов.