數字可尋址照明接口DALI-1與DALI-2的對比分析

趙柱博，張 波，莊曉波

(1.上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114；2.國家電光源質量監督檢驗中心(上海)，上海 201114)

引言

目前用于智能照明的通信手段很多，有線技術主要有DALI(digital addressable lighting interface，數字可尋址照明接口)[1]、PLC、RS485、Ethernet(IEEE 802.3)、EIB/KNX、LonWorks、DMX512和C-Bus等；無線技術主要有ZigBee、藍牙、WiFi、紅外、普通RF和Z-wave等。這些協議在各自的領域均有自己的優勢，并占據各自優勢市場。其中，DALI控制總線采用主-從結構，由主控制設備發出調節燈具的控制命令，總線傳輸控制命令，作為從屬裝置的獨立式控制裝置或者置于燈具內的內裝式控制裝置接受并執行命令。同時當主控制設備發出查詢命令時，從屬裝置通過總線給主控制設備發出本身的狀態信息。主控制設備根據從屬裝置的狀態信息發出再操作命令。DALI控制總線的一個接口最大能接64個可尋址的控制裝置/設備，并最多能連接16個可尋址組。通過網絡可使多個接口互聯以便控制大量的接口和燈具。由此，能夠實現場景組合，調光控制，故障反饋等功能[2]。雖然，DALI是有線的通信協議，但其簡單易用、可靠性高，是具發展前景的智慧照明控制協議。在2009年以前，DALI協議內容在EN 60929的附錄(Appendix E)中定義。2009年之后DALI開始作為獨立的國際標準IEC 62386來制定和發布。從2017年起，DiiA(The Digital Illumination Interface Alliance，數字照明接口聯盟)收購了德國ZVEI擁有的DALI注冊商標，成為DALI協議的國際聯盟組織，負責推廣DALI標準、制定新的協議和建立規范認證流程。

為了解決不同廠家的控制裝置與 DALI 標準兼容卻彼此不兼容的問題，DALI-2 在DALI 原始版本(或者稱為DALI-1)基礎上進行升級。DALI-2 就是 DALI 協議標準 IEC 62386 的第二個大版本，或者稱為 DALI Version 2。在認證方面，DALI-2 Logo采取強制認證。產品要帶有DALI-2 Logo必須經過DiiA認可實驗室的檢測認可。這一點對標準的發展壯大至關重要。DiiA采用獨立的DALI-2認證程序，通過DALI-2認證的產品，會對測試結果進行獨立驗證。這與當前市場上可靠性完全是基于自我聲明的DALI產品相比，有著更為顯著的互換性、監督性并具有更多的功能。我們將對DALI-1、DALI-2控制裝置的適用標準、測試設備，以及DALI-1與DALI-2的檢測方法進行對比分析。

1 適用標準和測試設備

DALI-1控制裝置認證依據的標準有：IEC 62386-101:2009《數字可尋址照明接口 第101部分：一般要求-系統》[3]，IEC 62386-102:2009《數字可尋址照明接口 第102部分：一般要求-控制裝置》[4]，IEC 62386-207:2009《數字可尋址照明接口 第207部分：控制裝置的特殊要求LED模塊(設備類型6)》[5]。

DALI-2控制裝置認證依據的標準是，IEC 62386-101:2018《數字可尋址照明接口 第101部分：一般要求-系統》[6]，IEC 62386-102:2018《數字可尋址照明接口 第102部分：一般要求-控制裝置》[7]，IEC 62386-207:2018《數字可尋址照明接口 第207部分：控制裝置的特殊要求LED模塊(設備類型6)》[8]。

DALI-1、DALI-2控制裝置檢測中所使用的設備：ProbitLab測試裝置、ProbitLab2測試裝置，如圖1所示。配套的設備還有交直流電源PCR6000LE、功率分析儀WT3000、泰克數字熒光示波器DPO7054C(帶寬為500 MHz、采樣速率為5GS/s)、照度計B520、電流探頭TCP0030A、硅探測器DET10A/M。

ProbitLab測試裝置只能對DALI-1、DALI-2中不集成總線電源的控制裝置進行測試。

ProbitLab2測試裝置不僅能對DALI-1、DALI-2中所有類型的控制裝置(包括集成總線電源的控制裝置)，也能對DALI系統中總線電源、應用控制器、按鍵設備、絕對輸入設備、存在檢測傳感器、光傳感器這些控制設備進行檢測。

圖1 ProbitLab測試裝置與ProbitLab2測試裝置

2 檢測方法對比

DALI-1控制裝置完整的檢測共有103條程序條款，而DALI-2有144條程序條款，以下選取6條在檢測中經常出現問題的程序條款進行對比分析。

2.1 檢測前序

“檢測前序”作為DALI-2檢測中最重要的條款需要申明7個參數：

1)樣品是否由總線電源供電；

2)樣品是否集成了總線電源；

3)啟動時間(可以只在說明書上聲明)；

4)設備類型(銘牌或者說明書上聲明)；

5)放電時間(可以只在說明書上聲明)；

6)是否適用直流供電(銘牌或者說明書上聲明)；

7)制造商需聲明本次檢測的控制裝置樣品是否為新工廠，如果為新工廠則程序跳轉至”FactoryDefault102”進行檢測。如果不是新工廠則運行”QUERY OPERATING MODE”進行檢測；”FactoryDefault102”、”QUERY OPERATING MODE”兩個配置詳細內容見IEC62386-102 12.2.1。

這里需要說明的是“檢測前序”中最為容易出現“位定時違例”的報錯，如圖2所示。

解決上述問題關鍵在于制造商設置數據端前向幀、后向幀的時間間隔時，需要嚴格遵照 “靜置時間”的幀序列要求，如表1所示。

圖2 “位定時違例”檢測實例

表1 “靜置時間”幀序列要求

DALI-1檢測中沒有對該部分參數的要求。而在DALI-2檢測中該程序條款不合格，則無法進行后續的程序條款測試。

2.2 過電壓保護

此條款主要用來檢測LED控制裝置是否具有“過電壓保護”功能，DALI-1與DALI-2對比的程序流程如圖3所示。“過電壓保護”主要是為了防止控制裝置在接線時，L、N線誤接入DALI端口而引起控制裝置過壓損壞的功能。程序條款中，需要在DALI端口接入1 min的外部電源電壓，然后移除外部電源電壓，將控制裝置接入DALI總線中仍能正常工作(此外部電源電壓需要根據DALI設備使用地區的不同進行選擇，比如中國為220 V～ 50 Hz)。“過電壓保護”的詳細程序條款見IEC 62386-102:2014中的12.3.3條。

圖3 “過電壓保護”DALI-1與DALI-2對比流程圖

DALI-2檢測中“過電壓保護”為可選條款。在實際檢測過程中發現很多制造商為節約成本，取消了“過電壓保護”功能。但從控制裝置的耐用性，以及系統的兼容性方面考慮，建議保留“過電壓保護”功能。

在DALI-1檢測中此條款名稱為“過電壓保護”檢測流程，同樣為可選條款。DALI-1檢測中控制裝置在移除外部電源電壓后有15 min的等待恢復時間，而DALI-2則要求控制裝置在移除外部電源電壓后馬上能恢復工作。由此可知DALI-2檢測比DALI-1檢測更為嚴格，對控制裝置數據端的過電壓保護性能要求更高。

2.3 電流等級

此條款主要用來檢測LED控制裝置的電流等級，DALI-1與DALI-2對比的程序流程如圖3所示。DALI總線要求在整個程序運行過程中控制裝置DALI端的電流不能超過2 mA。詳細程序見IEC 62386-102:2014中12.3.4條，需要注意的是該程序條款中的“需要測量10 s內線性0 V至22.5 V(Phase1)”、“從22.5 V立刻降為0 V”、“保持0 V電壓20 s(Phase2)”、“從0 V立刻上升為22.5 V”4種電壓狀態。

圖4 “電流等級”DALI-1與DALI-2對比流程圖

圖5 IEC標準中4個電壓信號波形圖

圖6 “電流等級”實測電壓、電流波形

IEC標準中4個電壓信號波形見圖5，實際測試中的程序波形見圖6，上方波形為總線端口電壓波形，下方波形為總線端口電流波形。

DALI-1只檢測了控制裝置DALI端口電壓為22.5 V時電流有效值，而DALI-2檢測涵蓋了0V到22.5 V的4種電壓狀態。由此可看出符合DALI-2檢測標準的控制裝置在DALI系統中“電流等級”性能強于符合DALI-1檢測標準的控制裝置。

2.4 發送端電壓

發送端電壓程序條款主要用來檢測：(1)LED控制裝置能否響應不同電壓、電流等級。(2)高、低電平的電壓范圍是否在DALI總線規定的范圍內，DALI-1與DALI-2對比的程序流程如圖7所示。詳細程序見IEC 62386-102:2014中12.3.5條。

“發送端電壓”程序有“V總線=10 V，I總線=250 mA”、“V總線=20.5 V，I總線=250 mA”、“V總線=10 V，I總線=8 mA”、“V總線=20.5 V，I總線=8 mA”4組電壓、電流條件。每組電壓、電流條件中設置255、170、85、0四種DTR0地址數值，即進行16個測量循環。高電平的電壓范圍為10～22.5 V,低電平的電壓范圍為-4.5～4.5 V。圖8為實際測量中的16個循環的電壓波形。

圖9列舉了“V總線=10 V，I總線=250 mA，DTR0(255)”、“V總線=20.5 V，I總線=250 mA,DTR0(170)”、“V總線=10 V，I總線=8 mA，DTR0(85)”、“V總線=10 V，I總線=8 mA，DTR0(0)”4個循環的測試波形。由圖中的測量數據可知4組波形的高、低電平數值均在DALI總線規定的范圍內，符合檢測要求。

此條款在DALI-1檢測中名稱為“額定電壓”檢測流程。DALI-1檢測只進行了3種電壓條件 “V高=22.5 V；V低=-6.5 V；t上升=t下降=10 μs”、“V高=22.5 V；V低=6.5 V；t上升=t下降=10 μs”、“V高=22.5 V；V低=6.5 V；t上升=t下降=100 μs”檢測。從測量條件來看，DALI-1檢測標準未對總線電流有任何要求，總線電壓的測量完整性也遠遠少于DALI-2檢測。

2.5 發送端上升下降邊沿

發送端電壓程序條款主要用來檢測LED控制裝置發送端后向幀中第一個和最后一個電平的上升、下降時間的準確性，DALI-1與DALI-2對比的程序流程如圖10所示。詳細程序見IEC 62386-102:2014中12.3.6條。

發送端上升下降邊沿程序有“V總線=12 V，I總線=250 mA”、“V總線=10 V，I總線=250 mA”、“V總線=20.5 V，I總線=250 mA”、“V總線=12 V，I總線=8 mA”、“V總線=10 V，I總線=8 mA”、“V總線=20.5 V，I總線=8 mA”6組電壓、電流條件。此條款DTR0地址數值都設為95，進行14個上升、下降時間的測量。上升、下降時間的范圍為3～25 μs。圖11為實際測量中的14個循環的電壓波形。

圖7 “發送端電壓”DALI-1與DALI-2對比流程圖

圖8 “發送端電壓”16個循環的電壓波形

圖9 “發送端電壓”4組典型波形

圖10 “發送端上升下降邊沿”DALI-1與DALI-2對比流程圖

圖12～圖14列舉了“V總線=12 V，I總線=250 mA”、“V總線=10 V，I總線=250 mA”、“V總線=20.5 V，I總線=250 mA”3種條件的測試波形。此條款中根據電壓電流條件，確定上升、下降時間的測量電壓。V總線=12 V時，測量電壓為4.5～11.5 V。V總線=10 V時，測量電壓為4.5～(V總線-0.5)V。V總線=20.5 V時，測量電壓為4.5～11.5 V、10%～ 90% V。測量電壓為10%～90% V時，測量的參數是上升、下降時間的下限值。由測量數據可知3組波形的上升、下降時間均在DALI總線規定的范圍內，符合檢測要求。

此條款在DALI-1檢測中名稱為“反向信道上升時間/下降時間”檢測流程。DALI-1檢測只進行了2種電壓電流條件“V高=17.0 V;V低=0 V；t上升=t下降=50 μs；IIPS=250 mA”、“V高=15.0 V;V低=0 V；t上升=t下降=50 μs；IIPS=8 mA”的檢測。測量的電壓條件僅為4.5～11.5 V，上升、下降時間的限值范圍為10～100 μs。由此可以看出“發送端上升下降邊沿”這個條款DALI-1檢測的測量完整性、測量精確性遠遠低于DALI-2檢測。

2.6 發送端位定時

“發送端位定時”程序條款主要檢測DALI總線數據端后向幀1個或者2個半位高低電平的脈寬時間，從而嚴格定義DALI總線數據端后向幀1個或者2個半位高低電平的脈寬時間范圍，增強符合DALI-2標準控制裝置在不同DALI系統中的兼容性，DALI-1與DALI-2對比的程序流程如圖15所示。詳細程序見IEC 62386-102:2014中12.3.7條。

“發送端位定時”程序有“V總線=10 V，I總線=250 mA”、“V總線=20.5 V，I總線=250 mA”、“V總線=10 V，I總線=8 mA”、“V總線=20.5 V，I總線=8 mA”4組電壓、電流條件，每組條件包含24個測量循環。測量循環的條件見IEC 62386-102:2014中12.3.7條的表34。圖16為實際測量中4組電壓、電流條件下的96個脈寬波形。

放大上圖中第一個脈寬波形，此波形為“V總線=10 V，I總線=250 mA”條件時的脈寬波形，脈寬時間測量的電平等級為8V。如圖13所示，測得脈寬時間為439.6 μs，根據程序條款1個半位低電平的要求值為366.7～466.7 μs，符合檢測要求。

此條款在DALI-1檢測中名稱為“脈沖寬度”檢測流程。DALI-1檢測只進行了2種電壓、電流條件“V總線=9.5V，I總線=250 mA”和“V總線=6.5 V，I總線=250 mA”下72個1個半位的脈寬時間檢測，脈寬時間組合見IEC 62386-102:2009中表8。而DALI-2檢測包含了4種電壓、電流條件下更為嚴格的72個1個半位的脈寬時間檢測和24個2個半位的脈寬時間檢測。由此可看出符合DALI-2檢測標準的控制裝置在DALI系統中“數據傳輸”性能強于符合DALI-1檢測標準的控制裝置。

3 結束語

通過以上DALI控制裝置檢測的6個程序條款分析，可以看出DALI-2比DALI-1有了長足的進步，更利于產品的互聯互通。DALI-2認證的推廣能促使智慧控制系統的通訊協議變得更為規范和統一，統一的通訊協議能節省人員培訓費用，模塊化的使用和維修降低了人力成本和時間成本，且其通用的模塊結構使產品設計更加靈活快捷、成本更加低廉。

圖11 “發送端上升下降邊沿”14個電壓波形

圖12 V總線=12 V，I總線=250 mA(4.5～11.5 V)第一個上升、下降邊沿時間

圖13 V總線=10 V，I總線=250 mA(4.5～(V總線-0.5)V)第一個上升、下降邊沿時間

圖14 V總線=20.5 V，I總線=250 mA(10% ～ 90%V)第一個上升、下降邊沿時間

圖15 “發送端位定時”DALI-1與DALI-2對比流程圖

DALI協議不僅可用于室內智能照明，也可用于室外智能道路照明。DiiA聯盟與Zhaga聯盟聯合推出Zhaga-D4i認證計劃，規范了路燈的智能道路控制器插頭、插座和D4i控制裝置等。DALI-2協議的使用將使照明設備能夠以標準化方式收集、存儲和報告各種數據。智能路燈可以與照明控制網絡通信并與之交互，從而提供能耗、故障檢測或許多其他參數，從而可以在能耗和維護方面節省大量成本[9]。

圖16 “發送端位定時”96個脈寬波形

圖17 V總線=10V，I總線=250 mA脈寬波形