CN113985772A - 一种可编程dali控制模块 - Google Patents

Abstract

一种可编程DALI控制模块，其特征在于：包括：DALI收发电路单元U100、MCU外围控制电路单元U200和用于隔离U100和U200的电气隔离电路单元U300。本发明提供的可编程DALI控制模块，实现了DALI标准协议对DALI接口电路和上层协议的要求，可内置于DALI控制装置和控制设备产品内部。具有高度可编程配置的特性，不仅可以满足同一设备类型下不同的产品功能规格定义的产品接口需要，还支持将模块配置为不同的设备类型或类型的组合，从而实现了使用一套通用的硬件接口和固件平台支持不同的DALI控制装置和控制设备产品，用户仅仅需要使用配套的工具通过DALI协议接口本身、通用异步收发器(UART)、掉电不丢失存储器件数据烧录或NFC动态标签写入数据对模块进行配置即可。

Description

一种可编程DALI控制模块

技术领域

本发明涉及智能照明控制技术领域，具体为一种可编程DALI控制模块。

背景技术

DALI(Digital Addressable Lighting Interface，数字可寻址照明接口)是由IEC62386所定义的照明标准，一个DALI总线可以接入多达64个控制装置(Control Gear，一般指被控照明设备如LED灯具、继电器等)以及64个控制设备(一般指发出控制指令或者产生触发事件的应用控制器和输入设备如开关、传感器等)。DALI总线既可为总线上的设备提供供电(总线电源供电电流最大为250mA)，也用于通信信号的传输，同一DALI总线上的最远设备布线距离不得超过300米。DALI作为主流智能照明的技术，广泛应用于大型场馆、商业照明和办公照明控制系统。

对照OSI的7层网络模型，可以发现DALI标准协议的物理层(PHY Layer)和介质存取层(MAC Layer)都较为简单，因此市场上并未出现DALI专用的收发器芯片或协议专用系统集成芯片(SoC，System-On-Chip)。支持DALI协议的产品内部的实现方式通常由分立器件搭建的收发电路和微控制器(MCU，Micro Controller Unit，单片机)组成，有的产品要求产品内部需要和DALI总线隔离，那么还会在收发电路和MCU之间加上电气隔离电路(如光耦、磁隔离或者电容式隔离芯片等)，MCU完成对DALI总线上信号的接收解码和发送编码，并根据DALI标准中对不同类型设备定义的应用层(Application Layer)行为和功能要求，通过MCU的通用输入输出(GPIO)、脉宽调制(PWM)、ADC(模数转换)、DAC(数模转换)引脚和相应的执行机构、传感器和输入信号接口，实现对LED驱动电源的功率输出控制、继电器模块开关信号或干接点的控制、信号转换器输出信号的控制、输入开关信号的检测、光照度传感器和存在传感器的信号检测等。

图1为DALI控制装置和控制设备产品的一般实现形式。

除了DALI收发电路和附带隔离电路具备一定的通用性外，DALI产品厂商通常会为每一种不同类型的产品开发不同的MCU周围电路和MCU内的固件(Firmware)，以满足DALI标准协议和产品定义的规格要求。即使是为了实现DALI标准中定义的相同的设备类型(Device Type)，如果产品基础信息、对接的控制接口或输入输出通道的配置不同，也需要不同的MCU的外围电路和固件配合。

这种产品设备类型和产品功能规格差异带来的碎片化开发需求导致厂商研发维护此类产品的资源投入增加，一方面由于投入不足容易带来一些设计和测试不够完善的产品进入市场，另一方面也对一些有意开发正式合规DALI产品的厂商形成了阻碍，这些都非常不利于DALI标准的普及和DALI生态的健康发展。

发明内容

解决上述技术问题，本发明为采用以下技术方案：一种可编程DALI控制模块，其特征在于：包括：DALI收发电路单元U100、MCU外围控制电路单元U200、用于隔离U100和U200的电气隔离电路单元U300和固件设计模块F100。

进一步的，所述DALI收发电路单元U100的对外接口为DALI总线接口，包含两个不区分极性的信号S100和S101。

按照DALI标准规定，DALI控制装置和控制设备产品中如果没有内置DALI总线电源，S100和S101在经过一些安规保护和EMC滤波电路后引出到DALI产品对外接口时均应标识为“DA”，否则应该标识为“DA+”和“DA-”。但是对于DALI控制模块来说，并不用区分S100和S101具体连接到对外接口的哪一个信号上。DALI收发电路单元U100主要有两个功能，检测总线电平状态和控制总线电平状态。

进一步的，所述DALI收发电路单元U100检测总线电平状态为接收器电平阈值范围检测DALI总线状态，包含空闲(IDLE)状态和活跃(ACTIVE)状态。

其依据DALI标准IEC 62386-101，空闲状态表示总线电平为高，活跃表示总线被总线上的设备拉低。总线状态检测信号经过电平调理后作为总线接收信号S102连接到MCU外围控制电路单元U200的DALI信号接收检测输入“DA_RX”。可选地，总线状态检测信号经过电气隔离电路单元U300中的U301接收信号隔离电路产生S103后接入MCU。

进一步的，所述DALI收发电路单元U100控制总线状态为发送器电平阈值范围来将DALI总线短路拉低DALI总线间的电平到总线低电压范围或释放DALI总线到DALI总线高电压范围。

其依据DALI标准IEC 62386-101，MCU外围控制电路单元U200的“DA_TX”信号通过电平调理后连接到U100的总线发送控制信号S104来控制总线状态。可选地，“DA_TX”信号经过电气隔离电路单元U300中的U302发送信号隔离电路后产生S105后控制总线状态。

进一步的，所述MCU外围控制电路单元U200主要包括MCU芯片U201、供电稳压单元U202、外置掉电不丢失存储(NVM，Non-Volatile Memory)器件U203和NFC动态标签器件U204。

进一步的，所述可编程DALI控制模块的信号接口用于支持IEC 62386-102标准和IEC 62386-2xx系列标准中定义的DALI控制装置的设备类型(Device Type)和功能类型(Feature Type)。

进一步的，所述可编程DALI控制模块的信号接口用于支持IEC 62386-103标准和IEC 62386-3xx系列标准中定义的DALI控制设备的实例类型(Instance Type)和功能类型(Feature Type)。

进一步的，所述固件设计模块F100包含DALI模块配置功能单元、DALI控制装置单元、DALI控制装置协议、控制逻辑处理单元、DALI输入设备单元、DALI控制设备(输入设备)协议、DALI总线接口协议、HAL(硬件抽象层)、BSP(板级支持包)和MCU外设驱动程序库。

在实现DALI底层协议和上层应用层协议时采取了容易扩展的设计方式，从而允许通过加载NVM配置数据的方式，动态改变DALI应用层协议的设备类型、实例类型和功能类型及其组合。

进一步的，所述DALI控制装置单元为实现了DALI控制装置一般要求(IEC62386-102标准定义)和控制装置设备类型扩展(IEC 62386-2xx标准定义)的单元。

例如一个4键输入按键耦合器实现的是一个符合DALI控制设备一般要求和IEC62386-301按键扩展要求的DALI输入设备单元。

进一步的，所述DALI模块配置功能单元中的配置接口管理支持DALI、UART或NFCTag中的任意一种。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的可编程DALI控制模块，实现了DALI标准协议对DALI接口电路和上层协议的要求，可内置于DALI控制装置和控制设备产品内部。具有高度可编程配置的特性，不仅可以满足同一设备类型下不同的产品功能规格定义的产品接口需要，还支持将模块配置为不同的设备类型或类型的组合，从而实现了使用一套通用的硬件接口和固件平台支持不同的DALI控制装置和控制设备产品，用户仅仅需要使用配套的工具通过DALI协议接口本身、通用异步收发器(UART)、掉电不丢失存储器件数据烧录或NFC动态标签写入数据对模块进行配置即可。

附图说明

图1为本发明DALI控制装置和输入设备产品的一般实现示意图；

图2为本发明应用于DALI控制装置或输入设备产品示意图；

图3为本发明内部组成和对外接口示意图；

图4为本发明MCU外围控制电路单元U200示意图；

图5为本发明固件设计模块架构示意图；

图6为本发明DALI控制装置单元示意图；

图7为本发明DALI控制设备(输入设备)单元；

图8为本发明DALI模块配置功能单元示意图；

图9为本发明固件设计模块加载配置数据各阶段示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照附图对本发明进行更加全面的描述。本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例。相反的，提供实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

如附图所示，一种可编程DALI控制模块，包括DALI收发电路单元U100、MCU外围控制电路单元U200、用于隔离U100和U200的电气隔离电路单元U300和固件设计模块F100。

所述DALI收发电路单元U100的对外接口为DALI总线接口，包含两个不区分极性的信号S100和S101。所述DALI收发电路单元U100检测总线电平状态为接收器电平阈值范围检测DALI总线状态，包含空闲(IDLE)状态和活跃(ACTIVE)状态。所述DALI收发电路单元U100控制总线状态为发送器电平阈值范围来将DALI总线短路拉低DALI总线间的电平到总线低电压范围或释放DALI总线到DALI总线高电压范围。

所述MCU外围控制电路单元U200主要包括MCU芯片U201、供电稳压单元U202、外置掉电不丢失存储(NVM，Non-Volatile Memory)器件U203和NFC动态标签器件U204。

MCU芯片U201为通用的8位/16位/32位微控制器，内置RC时钟振荡器，一般具备多个通用输入输入(GPIO)、定时器(Timer)、基于定时器的PWM(脉宽调制)输出和输入信号捕捉(Capture)外设、ADC、DAC、I2C、SPI和UART等外设。内置RAM和Flash，用于运行和存储DALI协议固件和数据。MCU U201也可以有内置EEPROM。

供电稳压单元U202为低压差线性降压稳压器(LDO)，支持将较高的输入电压降低到MCU U201能接受的工作范围内，一般为3.3V或5V。同时降压后的电压也可以为其他外围器件如U203、U204供电。

掉电不丢失存储器件U203可为EEPROM、铁电存储(FRAM)，通过I2C或者SPI和MCUU201的相应外设引脚相连，主要用于DALI协议中NVM数据、DALI模块配置NVM数据和DALI产品信息NVM数据的存储。如果可以利用MCU U201内部的Flash或内置EEPROM、或者外置NFC动态标签器件U204内部的EEPROM来保存这些NVM数据，也可以不适用外置NVM器件U203。

可选的NFC动态标签器件U204为支持I2C或者SPI接口并内置EEPROM的NFC标签芯片，一方面可以允许MCU U201通过I2C或SPI接口对其内置EEPROM的数据进行读写，另一方面允许外置NFC读卡器P100通过NFC射频接口NFC-RF天线以无线信号传输的方式对其内部EEPROM数据进行读写。U204可以同时用来保存DALI控制模块所需要的所有NVM数据，也可以仅仅作为NFC配置方式的接口，只保存可编程配置部分的NVM数据。更进一步的，为了提供灵活的应用方式，U204可以独立于DALI模块之外，更具不同的产品应用放置在产品内部容易接收NFC信号的位置，然后通过I2C或者SPI接口接入到DALI控制模块的“NFC-TAG-I2C”或“NFC-TAG-SPI”接口，再连接到MCU U200的相应外设引脚上。

所述可编程DALI控制模块的信号接口用于支持IEC 62386-102标准和IEC62386-2xx系列标准中定义的DALI控制装置的设备类型(Device Type)和功能类型(FeatureType)。

目前常用的产品中支持的设备类型如下：

·IEC 62386-202规范的Device Type 1：自容式应急照明

·IEC 62386-206规范的Device Type 4：白炽灯调光器

·IEC 62386-206规范的Device Type 5：到DC信号转换器(0/1-10V)

·IEC 62386-207规范的Device Type 6：LED模组

·IEC 62386-208规范的Device Type 7：开关设备

·IEC 62386-209规范的Device Type 8：颜色控制

·IEC 62386-216规范的Device Type 15：负载基准标定

·IEC 62386-218规范的Device Type 17：调光曲线选择

·IEC 62386-221规范的Device Type 20：负载降额

·IEC 62386-222规范的Device Type 21：灯具热信息

·尚未纳入IEC 62386的DALI Part 250中规范的Device Type 49：集成总线电源

·尚未纳入IEC 62386的DALI Part 251中规范的Device Type 50：灯具数据·尚未纳入IEC 62386的DALI Part 252中规范的Device Type 51：能耗数据·尚未纳入IEC62386的DALI Part 253中规范的Device Type 52：诊断和维护数据

也可用于支持IEC 62386-103标准和IEC 62386-3xx系列标准中定义的DALI控制设备的实例类型(Instance Type)和功能类型(Feature Type)。

目前产品中常见的有：

·IEC 62386-301规范的Instance Type 1：按键

·IEC 62386-302规范的Instance Type 2：绝对输入设备

·IEC 62386-303规范的Instance Type 3：存在感应器

·IEC 62386-304规范的Instance Type 4：光照感应器

·IEC 62386-305规范的Instance Type 5：颜色传感器

·IEC 62386-306规范的Instance Type 6：通用传感器

·IEC 62386-332规范的Feature Type 32：反馈

·IEC 62386-333规范的Feature Type 33：手动配置

所述固件设计模块F100包含DALI模块配置功能单元、DALI控制装置单元、DALI控制装置协议、控制逻辑处理单元、DALI输入设备单元、DALI控制设备(输入设备)协议、DALI总线接口协议、HAL(硬件抽象层)、BSP(板级支持包)和MCU外设驱动程序库。固件设计模块F100在实现DALI底层协议和上层应用层协议时采取了容易扩展的设计方式，从而允许通过加载NVM配置数据的方式，动态改变DALI应用层协议的设备类型、实例类型和功能类型及其组合，实现DALI控制装置和输入设备的配置和动态创建加载运行。在一个DALI产品中，可以支持一个或多个DALI总线接口，但实际最常见的还是一个DALI总线接口的产品。以下讨论如无特别提及，均以单一DALI总线接口的DALI产品为对象。DALI产品的DALI总线接口之上可以运行一个或多个控制装置单元和控制设备单元，控制设备分为应用控制器和输入设备两大类，可编程DALI控制模块主要支持输入设备这一类。

如图6所示，所述DALI控制装置单元是指实现了DALI控制装置一般要求(IEC62386-102标准定义)和若干控制装置设备类型扩展(IEC 62386-2xx标准定义)的单元，例如一个单路输出可调光的LED驱动电源实现的是一个符合DALI控制装置一般要求和IEC62386-207LED模块扩展要求的DALI控制装置单元。

如图7所示，所谓DALI输入设备单元是指实现了DALI控制设备一般要求(IEC62386-103标准定义)和若干输入设备类型扩展(IEC 62386-3xx标准定义)的单元，例如一个4键输入按键耦合器实现的是一个符合DALI控制设备一般要求和IEC 62386-301按键扩展要求的DALI输入设备单元。

如图8所示，F100配置单元中的配置接口管理支持DALI、UART和NFC Tag方式进行配置，配置数据通过NVM数据读写接口保存于NVM介质中。

如图9所示，DALI可编程模块在上电初始化时，加载NVM配置数据并验证数据合法性，然后根据配置数据对DALI总线接口进行配置，然后创建必要的DALI控制装置单元和输入设备单元，配置这些单元的变量和控制逻辑接口，再将它们加载到DALI总线上，使能DALI接口底层协议和应用层协议，最后进入DALI设备的运行状态。

如图2所示，将本发明所述的可编程DALI控制模块内置于DALI控制装置和输入设备产品中，配以合适的供电单元U902，执行机构U903、传感器检测电路U904、输入信号检测电路U905和其他功能电路U910，对M100模块进行预先配置或者产品组装后配置，即可快速开发出满足DALI标准要求的多种不同的DALI控制装置或控制设备产品。

在上述实施例中可以实现全部功能，或根据需要实现部分功能。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种可编程DALI控制模块，其特征在于：包括：DALI收发电路单元U100、MCU外围控制电路单元U200和用于隔离U100和U200的电气隔离电路单元U300。

2.根据权利要求1所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述DALI收发电路单元U100的对外接口为DALI总线接口，包含两个不区分极性的信号S100和S101。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述DALI收发电路单元U100检测总线电平状态为接收器电平阈值范围检测DALI总线状态，包含空闲(IDLE)状态和活跃(ACTIVE)状态。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述DALI收发电路单元U100控制总线状态为发送器电平阈值范围来将DALI总线短路拉低DALI总线间的电平到总线低电压范围或释放DALI总线到DALI总线高电压范围。

5.根据权利要求1所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述MCU外围控制电路单元U200主要包括MCU芯片U201、供电稳压单元U202、外置掉电不丢失存储(NVM，Non-Volatile Memory)器件U203和NFC动态标签器件U204。

6.根据权利要求1所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述可编程DALI控制模块的信号接口用于支持IEC 62386-102标准和IEC 62386-2xx系列标准中定义的DALI控制装置的设备类型(Device Type)和功能类型(Feature Type)。

7.根据权利要求1所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述可编程DALI控制模块的信号接口用于支持IEC 62386-103标准和IEC 62386-3xx系列标准中定义的DALI控制设备的实例类型(Instance Type)和功能类型(Feature Type)。

8.根据权利要求1所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述固件设计模块F100包含DALI模块配置功能单元、DALI控制装置单元、DALI控制装置协议、控制逻辑处理单元、DALI输入设备单元、DALI控制设备(输入设备)协议、DALI总线接口协议、HAL(硬件抽象层)、BSP(板级支持包)和MCU外设驱动程序库。

9.根据权利要求8所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述DALI控制装置单元为实现了DALI控制装置一般要求(IEC 62386-102标准定义)和控制装置设备类型扩展(IEC62386-2xx标准定义)的单元。

10.根据权利要求8所述的一种可编程DALI控制模块，其特征是：所述DALI模块配置功能单元中的配置接口管理支持DALI、UART或NFC Tag中的任意一种。

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