CN104219836A - 一种照明控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明控制系统，包括上位机、控制桥以及若干灯具群，上位机通过控制桥对灯具群进行控制，所述灯具群包括一个灯具群主控单元和若干DALI从控单元，所述DALI从控单元挂接在灯具群主控单元的DALI总线接口上；所述灯具群主控单元包括一个DALI总线接口电路和一个ZigBee收发模块；所述灯具群主控单元和DALI从控单元之间通过DALI协议进行通信；所述灯具群主控单元之间通过ZigBee收发模块进行ZLL通信；控制桥与各灯具群之间通过ZLL协议进行无线通信。本发明的照明控制系统可以在不降低系统便捷性和用户体验的前提下，有效降低照明控制系统的建设成本，还能大幅度提高网络的节点容量。

Description

一种照明控制系统

技术领域

本发明涉及分布式智能照明控制领域，特别是涉及一种照明控制系统。

背景技术

数字可寻址调光接口(Digital Addressable Lighting Interface，简称DALI)和ZigBee无线光链路(ZigBee Light Link，ZLL)是智能照明领域内被广泛认可的两种照明网络通信协议。在智能照明系统中，照明信息通信网络的选择和构建是非常重要的，它决定了照明系统的稳健性、互操作性和易操作性，同时也决定了智能照明系统的施工难度和成本，是实现智能照明首先需要解决的问题。

目前国际上已经形成了多种针对于智能照明网络的标准，其中的DALI协议就是一种专用于照明控制的通信协议，并于1994年被列入了国际电工委员会标准IEC60929。DALI是一种开放的协议标准，这保证了所有基于这一协议的设备都具有互操作性。DALI作为一种有线照明总线，应用在较小规模的照明系统中具有较低的实现成本，但在较大规模的应用中会出现布线复杂，施工困难、灵活性降低等问题，从而使其边际规模的成本快速上升。

为了解决有线网络带来的问题，人们将一种新兴的短距离、低功耗无线网络技术ZigBee引入了照明控制领域。ZigBee是一种基于IEEE802.15.4的无线传感器通信网络协议，它工作于免执照频段，每个ZigBee网络最多可以包含65，000个节点，在ZigBee国际联盟的积极推动下，ZigBee技术被认为是未来最有可能在物联网中广泛应用的网络技术。自2001年ZigBee联盟成立至今已有多个版本的ZigBee规范被推出，这使得ZigBee技术不断得到完善，2012年4月更是推出了专用于照明领域的标准ZigBee Light Link(ZLL)，这使得智能照明系统的配置如按一下按钮一样简单，从而实现了让消费者开箱即用的目标。然而无线网络的连接方式固然有非常高的灵活性，且不再有布线安装方面的困扰，但相对于一个有线节点而言，无线节点都会有更高的硬件开销，因此就单一节点而言，其价格也将比有线节点高昂。

不同的应用场合对智能照明的需求是不同的，比如对于家居的智能照明，更多需要考虑的是智能照明系统的成本、易安装性、易操作性和节能环保等问题，而应用于舞台灯光的智能照明系统，更多需要考虑的则是功能是否强大，系统是否稳定等问题。因此对于单一的照明控制网络而言，无论是ZLL还是DALI，都难以满足智能照明应用场合的多样性和复杂性。这也是目前存在多种主流照明网络协议的主要原因之一。另外对于一个由单一网络构成的照明控制系统而言，是无法兼容于其他主流照明网络协议的。

在组建较大型系统时，单一的网络往往是难以胜任的。比如ZigBee，虽然其网络节点最多可以达到65535个，但由于数据传输带宽只有250Kbps，以及实际运行协议栈的硬件和软件平台本身的限制，一个基于CC2530的ZigBee网络其节点数一般不会多于500个。另外照明网络一般会作为一个更大系统(如智能家居系统)的子系统，这样一来分配给照明灯具的网络地址可能会更少。所以即使对于ZigBee这样容量很大的网络在组建大型系统时，网络地址依然是很匮乏的资源。对于最多只有64个地址的DALI网络而言更是如此。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种照明控制系统，从而实现ZLL无线网络和DALI有线网络优势互补的效果，这样既保留了无线网络组网的便捷性与灵活性，又可以进一步降低系统的总成本。另外还可以提高系统的兼容性和网络的节点容量。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种照明控制系统，包括上位机、控制桥以及若干灯具群，上位机通过控制桥对所述若干灯具群进行控制；所述灯具群包括一个灯具群主控单元和若干DALI从控单元，所述DALI从控单元挂接在灯具群主控单元的DALI总线接口上；

所述灯具群主控单元包括一个DALI总线接口电路和一个ZigBee收发模块；

所述灯具群主控单元和DALI从控单元之间通过DALI协议进行通信；所述灯具群主控单元之间通过ZigBee收发模块进行ZLL通信；控制桥与各灯具群之间通过ZLL协议进行无线通信。

进一步优选的，所述ZigBee收发模块包括一个Flash存储器、一个微处理器(MCU)、ZigBee射频前端和天线。所述微处理器统一处理来自灯具群内部的DALI信息和来自灯具群外部的ZLL信息，并将灯具群内部的DALI设备对灯具群外部模拟为ZLL设备，从而不需要额外使用专用的MCU来完成ZLL协议数据和DALI协议数据之间的转换。

优选的，所述照明控制系统进一步包括一个普通ZLL设备，所述普通ZLL设备通过ZLL协议与其他灯具群以及控制桥进行无线通信。

优选的，在单播寻址时，上位机先根据ZigBee短地址寻址到该节点所在的灯具群，再根据DALI地址在该灯具群中寻址到该节点。

优选的，在组播寻址时，对于特定的16个组播地址，上位机先根据组播地址寻址到ZLL网络中属于该组的灯具群，然后再在这些灯具群内部根据组播地址寻址到属于该组的DALI设备。对于其他的组播地址，上位机先根据组播地址寻址到ZLL网络中属于该组的灯具群，再在灯具群内部实行DALI广播寻址到所有设备。

优选的，在广播寻址时，上位机先根据广播地址寻址到网络中的所有灯具群，再在灯具群内部实行DALI广播寻址到所有设备。

优选的，对于距离近、无布线障碍且集中分布的灯具采用有线网络DALI进行连接而形成同一灯具群；对于距离远、布线不方便且分布较为分散的灯具群或灯具之间采用无线网络ZLL进行连接而形成不同灯具群。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的照明控制系统可以有效降低照明控制系统的建设成本。系统中部分距离近、无布线障碍且集中分布的灯具采用了有线连接的方式，这些有线的DALI节点可以采用普通的51单片机或ARM架构的32位单片机来实现，其成本远低于无线的ZLL节点所采用控制器成本，因此单从控制芯片来看，本发明的照明控制系统相对于纯粹的ZLL网络照明控制系统可以大幅度地节约成本。

2、本发明的照明控制系统可以有效降低照明控制系统的施工难度，提高系统灵活性。系统中对于距离远、布线不方便且分布较为分散的灯具群或灯具之间采用了无线网络ZLL进行连接，因此相对基于纯粹DALI网络的照明控制系统，可以降低系统的施工难度并提高系统灵活性。

3、本发明的照明控制系统可以提高系统的兼容性。本发明的照明控制系统全面兼容ZLL协议和DALI协议，同时又保留了ZLL协议组网和操作的便捷、直观。对于已经安装有DALI系统的住宅，借助本发明可以直接升级到无线控制的方式。对于准备安装智能照明系统的用户在购买灯具时也可以有更多的选择。

4、本发明的照明控制系统可以极大提高网络节点的数量。理论上其网络节点数量最大可以达到普通ZigBee网络节点数量的64倍，因此可以在规模更大的照明控制系统中得到应用。

附图说明

图1为本发明的实施例所提供的照明控制系统结构示意图。

图2为图1中灯具群主控单元结构示意图。

图3为本发明的实施例所提供的照明控制系统第一个工作流程图。

图4为本发明的实施例所提供的照明控制系统第二个工作流程图。

图5为图2中DALI接口的发送电路。

图6为图2中DALI接口的接收电路。

图7为本发明的实施例的RS232-USB接口转换电路。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种照明控制系统，它包括：若干内部采用DALI协议进行有线通信而相互之间采用ZLL协议进行无线通信的灯具群、通过ZLL协议和各灯具群之间进行通信并负责和上位机进行通信的控制桥、通过控制桥控制个灯具群的上位机。各灯具群包括一个具备ZigBee信号收发能力且能够解析处理ZLL和DALI协议的灯具群主控单元、若干挂接在灯具群主控单元的DALI总线接口上的DALI从控单元。根据需要，所述照明控制系统还可以包括一个普通ZLL设备，所述普通ZLL设备通过ZLL协议与其他灯具群以及控制桥进行无线通信。

如图2所示，灯具群主控单元包括一个用于将TTL电平转换为DALI电平的DALI总线接口电路、一个用于把DALI总线上挂接设备模拟为ZLL设备并负责进行ZigBee通信的ZigBee收发模块。

具体到本实施例，所述灯具群主控单元的ZigBee收发模块采用TI公司提供的片上集成系统CC2530，这是一款单芯片上集成了ZigBee射频前端、微处理器和Flash存储器三个部分的微处理器。ZLL协议的实现采用TI公司提供的并通过ZigBee联盟认证的黄金单元Z-Stack Lighting1.0.2协议栈，DALI协议直接在Z-Stack Lighting1.0.2协议栈中实现，并将DALI总线上的DALI设备模拟为ZLL设备。灯具群主控单元的工作流程如图3和图4所示：

(1)系统上电后，完成ZLL网络的初始化工作；

(2)在DALI接口底层驱动的支持下完成DALI网络的初始化工作；

(3)在DALI接口底层驱动的支持下自动为DALI总线上未分配DALI短地址的设备分配地址；

(4)进入操作系统，开始系统轮询；

(5)轮询并处理和ZLL网络相关的任务；

(6)在DALI接口底层驱动的支持下轮询并处理和DALI网络相关的任务。

DALI接口底层驱动包含一系列驱动DALI总线的函数，以实现DALI信号的发送和接收。对于DALI的发送，首先需要对待发送指令进行曼彻斯特编码并添加起始位和停止位，然后启动CC2530的8位计时器T3，每隔416.67μs发生一次中断，并送出半位数据，直至发送完毕。对于DALI的接收首先需要开启CC2530计时器T3捕捉通道1的捕捉功能并设置为上升沿和下降沿都产生捕获中断，当捕获中断发生时，记录中断发生的时间并通过I/O口读取电平状态，然后根据这些信息进行解码获得应答信号，最后再对信号进行校验完成DALI信号的接收过程。

具体到本实施例，所述灯具群主控单元的ZigBee收发模块采用CC2530的I/O引脚P0.7作为DALI电平的输出引脚，I/O引脚P1.3和P1.4作为DALI电平的输入引脚。所述灯具群主控单元的DALI总线接口电路包括DALI接口发送电路和接收电路。图5所示为DALI接口的发送电路，其中接口P07接CC2530的通用I/O口P0.7，通过软件编程，P0.7将输出DALI的信号电平；接口DALI0和DALI1就是DALI总线接口；经过转换电路之后，P0.7输出的TTL电平信号就可以转换为DALI总线接口输出的符合DALI电气规范的DALI电平信号。图6所示为DALI接口的接收电路，其中接口DALI0和DALI1是DALI总线接口，来自DALI从控单元的应答信号经此处送入CC2530；P13和P14分别接CC2530的I/O口P1.3和P1.4，其中P1.4是CC2530 T3计时器捕捉模式的外设I/O口，用于捕捉电平信号的变化，P1.3设为输入模式，用于读取总线上的电平状态。

具体到本实施例，所述控制桥采用的依然是TI公司提供的CC2530片上集成系统和黄金单元Z-Stack Lighting1.0.2协议栈。CC2530有两个通用串行接口，本实施例选择通用串行接口0(USART0)作为和上位机通信的串口，并将其映射到备用位置1的I/O口上，即串口的接收和发送分别对应I/O口P0.2和P0.3。

具体到本实施例，所述上位机采用安装了Windows7操作系统的普通PC，作为本发明的进一步改进，采用Prolific公司生产的高度集成的RS232-USB接口转换器PL2302来完成控制桥和PC之间的通信。如图7所示：图中RXD和TXD分别连接控制桥CC2530的I/O引脚的P0.3和P0.2。

具体到本实施例，所述DALI从控单元可以是任何一种符合DALI协议的灯具，本实施例采用了一款主控芯片为LPC1114、符合DALI协议标准的可调光LED灯具。LPC1114是NXP公司生产的低价位、低功耗、高性能，基于ARM架构Cortex-M0内核的32位处理器，价格大约为一美元左右。而CC2530的价格大约要3.5美元左右，因此单从控制芯片来看，本实施例的照明控制系统相对于纯粹的ZLL网络照明控制系统可以节约2/3以上的成本。

具体到本实施例，上位机中的应用程序采用美国NI(National Instruments,美国国家仪器)公司研制开发的图形化编程语言LabVIEW进行编写，包括系统管理员界面、设备管理界面和设备操作界面，并通过一个选项卡进行组织。其中系统管理员界面主要用于设置上位机和控制桥之间通信的相关参数，另外就是对照明控制系统的一些重要属性进行配置，包括将网络中某些设备恢复出厂设置。设备管理界面用于向系统中添加新设备、修改设备备注名称、查看设备信息等。设备控制界面用于控制照明控制系统的灯光效果，包括控制灯具设备的开关、亮度、颜色和饱和度等。

具体到本实施例，在单播寻址时，上位机先根据ZigBee短地址寻址到相关节点所在的灯具群，再根据DALI地址在该灯具群中寻址到该节点。

具体到本实施例，在组播寻址时，按组播地址不同分为两种。一种是对于特定的16个组播地址，上位机先根据组播地址寻址到ZLL网络中属于该组的灯具群，再在这些灯具群内部根据组播地址寻址到属于该组的DALI设备；另一种是对于其他的组播地址，上位机先根据组播地址寻址到ZLL网络中属于该组的灯具群，再在灯具群内部实行DALI广播寻址到所有设备。

具体到本实施例，在广播寻址时，上位机先根据广播地址寻址到网络中的所有灯具群，再在灯具群内部实行DALI广播寻址到所有设备。

具体到本实施例，由于同一个房间内各灯具之间距离近、无布线障碍且分布较为集中，可以视为一个灯具群，因此该房间内只需一个带有DALI接口的无线灯具节点，其他灯具节点采用有线网络DALI进行连接；由于不同房间或不同楼层的灯具群或灯具之间距离远、布线不方便且分布较为分散因此采用无线网络ZLL进行连接。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种照明控制系统，包括上位机、控制桥以及若干灯具群，上位机通过控制桥对所述若干灯具群进行控制，其特征在于，所述灯具群包括一个灯具群主控单元和若干DALI从控单元，所述DALI从控单元挂接在灯具群主控单元的DALI总线接口上；

所述灯具群主控单元包括一个DALI总线接口电路和一个ZigBee收发模块；

所述灯具群主控单元和DALI从控单元之间通过DALI协议进行通信；所述灯具群主控单元之间通过ZigBee收发模块进行ZLL通信；控制桥与各灯具群之间通过ZLL协议进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的照明控制系统，其特征在于，所述ZigBee收发模块包括一个Flash存储器、一个微处理器、ZigBee射频前端和天线，所述微处理器统一处理来自灯具群内部的DALI信息和来自灯具群外部的ZLL信息，并将灯具群内部的DALI设备对灯具群外部模拟为ZLL设备。

3.根据权利要求1所述的照明控制系统，其特征在于，所述照明控制系统进一步包括一个普通ZLL设备，所述普通ZLL设备通过ZLL协议与其他灯具群以及控制桥进行无线通信。

4.根据权利要求1所述的照明控制系统，其特征在于，在单播寻址时，上位机先根据ZigBee短地址寻址到相应节点所在的灯具群，再根据DALI地址在该灯具群中寻址到该节点。

5.根据权利要求1所述的照明控制系统，其特征在于，在组播寻址时，对于其中的16个组播地址，上位机先根据组播地址寻址到ZLL网络中属于该组的灯具群，然后再在这些灯具群内部根据组播地址寻址到属于该组的DALI设备；对于其他的组播地址，上位机先根据组播地址寻址到ZLL网络中属于该组的灯具群，再在灯具群内部实行DALI广播寻址到所有设备。

6.根据权利要求1所述的照明控制系统，其特征在于，在广播寻址时，上位机先根据广播地址寻址到网络中的所有灯具群，然后再在灯具群内部实行DALI广播寻址到所有设备。

7.根据权利要求1所述的照明控制系统，其特征在于，对于无布线障碍且集中分布的灯具，采用有线网络DALI进行连接而形成同一灯具群；对于布线困难且分布分散的灯具群或灯具之间采用无线网络ZLL进行连接而形成不同灯具群。