基于數(shù)字可尋址照明接口的窗簾驅(qū)動器的設(shè)計(jì)

梁靄明，李 軍

(1.廣州和控信息科技有限公司，廣東 廣州 510275；2.廣州中大中鳴科技有限公司，廣東 廣州 510275)

引言

DALI是一種專門針對照明控制而制定的數(shù)字通信協(xié)議，在DALI的國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，可以對DALI總線上的燈具驅(qū)動尋址設(shè)備進(jìn)行地址及參數(shù)配置，目前市面上的電動窗簾驅(qū)動，采用干觸點(diǎn)接口或485協(xié)議，是較為普遍及標(biāo)準(zhǔn)的控制方式[1-3]。盡管窗簾也是在日間控制室內(nèi)照明的一種常用設(shè)備，但DALI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議卻沒有針對窗簾控制而制定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因此，電動窗簾電機(jī)一般不能直接接入DALI總線系統(tǒng)。

本文提出了一種針對DALI電動窗簾驅(qū)動的設(shè)計(jì)，把電動窗簾直接接入DALI總線系統(tǒng)，設(shè)備地址和參數(shù)可自由配置，實(shí)現(xiàn)行程準(zhǔn)確定位控制，適應(yīng)不同大小窗戶，并兼容垂直卷簾和橫向開關(guān)簾類型的窗簾電機(jī)。從而解決了目前DALI系統(tǒng)總線對窗簾電機(jī)的直接或與照明燈具的聯(lián)動控制。

1 設(shè)備原理

如圖1所示，窗簾驅(qū)動器電路主要由DALI信號收發(fā)電路、單片機(jī)邏輯處理電路、窗簾電機(jī)控制電路和窗簾電機(jī)電流檢測電路4部分組成。DALI信號收發(fā)接口電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線上DALI信號的接收并發(fā)送給單片機(jī)，同時(shí)可以將單片機(jī)發(fā)來的信號發(fā)送到系統(tǒng)總線上。單片機(jī)邏輯處理電路處理DALI系統(tǒng)總線上的配置和控制指令，行程參數(shù)處理和窗簾電機(jī)行程控制管理。窗簾電機(jī)控制電路負(fù)責(zé)連接窗簾電機(jī)上行(開啟)線和下行(關(guān)閉)線，并控制窗簾電機(jī)。

圖1 窗簾驅(qū)動器電路原理框圖Fig.1 Block diagram of the curtain driver circuit

為確保窗簾電機(jī)準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵就是單片機(jī)與窗簾電機(jī)電流檢測電路的配合。如圖2所示，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)(無論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn))，電流檢測芯片U1可以檢測到電流并轉(zhuǎn)換成電壓，從T-I端口反饋給單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部會根據(jù)目標(biāo)功率等級換算成時(shí)間計(jì)時(shí)。若未到達(dá)時(shí)間終點(diǎn)，反饋電壓已經(jīng)恢復(fù)為0 V，即窗簾到達(dá)行程限位，并根據(jù)單片機(jī)的當(dāng)前正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))運(yùn)行狀態(tài)，更新時(shí)間和功率狀態(tài)標(biāo)志以達(dá)到行程校正的目的。

圖2 窗簾電機(jī)電流檢測電路圖Fig.2 Current detection diagram of curtain motor

圖3 窗簾驅(qū)動器應(yīng)用示意圖Fig.3 Schematic diagram of curtain driver application

2 關(guān)鍵參數(shù)

基于DALI協(xié)議的多功能照明接口的窗簾驅(qū)動器的配置是通過專門的系統(tǒng)配置軟件來實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵參數(shù)為關(guān)閉(下行)時(shí)間Tmax、步進(jìn)級別N、上行補(bǔ)償時(shí)間ΔT，示意圖如圖3所示。

2.1 關(guān)閉(下行)時(shí)間Tmax

如圖3所示，關(guān)閉(下行)時(shí)間Tmax即窗簾由最大行程跑到最小行程所需要的時(shí)間，這時(shí)間用戶可以通過計(jì)時(shí)器確定，但為了提高計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性及減輕現(xiàn)場技術(shù)人員的工作量，我們參照DALI標(biāo)準(zhǔn)并自定義了一組指令集[3，4]，如表1所示。當(dāng)驅(qū)動器收到該組指令集時(shí)可自行跑到最大行程并開始計(jì)時(shí)，到達(dá)最小行程即自行結(jié)束。此功能需要窗簾電機(jī)電流檢測電路實(shí)時(shí)檢測以確定是否到達(dá)行程目標(biāo)點(diǎn)。

表1 自動確定行程指令集

2.2 步進(jìn)級別N

如圖3所示，步進(jìn)級別N目前只定義了5級，對于對開窗簾而言，每一級所對應(yīng)的計(jì)算如式(1)：

(1)

注：Tn即步進(jìn)級別為N時(shí)，每執(zhí)行一個步進(jìn)所行走的時(shí)間。

2.3 上行補(bǔ)償時(shí)間ΔT

對于卷簾窗簾，由于窗簾自身的重力作用，使上行的速度V上較下行的速度V下小，從而引起上行所用的時(shí)間T上要比下行所用的時(shí)間T下要長，這里為提高行程定位精度，引進(jìn)上行補(bǔ)償時(shí)間ΔT。

這樣，上行所用的總時(shí)間就變?yōu)椋?/p>

TM=Tm+ΔT

(2)

注：ΔT存于最小功率等級處，參考值為10～20，實(shí)際時(shí)間要乘以0.1；對開簾的ΔT=0。

3 行程定位

基于DALI協(xié)議，針對窗簾控制器，需要將功率等級對應(yīng)運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)前功率等級Actual_Level反映設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，對應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)時(shí)間Ti；用戶設(shè)置的功率等級Level范圍是0～254，對應(yīng)時(shí)間0～Tm。完全開啟狀態(tài)作為最大功率等級254(Tm),完全關(guān)閉狀態(tài)作為0(等級0)[2-4]。

假設(shè)用戶需要的功率等級Lt(Tt),當(dāng)前功率等級Li(Ti)，計(jì)算等級變化ΔLi(ΔTi)[3]。

ΔLi=|Lt-Li|

(3)

(4)

注：對于對開窗簾而言，上行與下行的Tmax是一樣的。以下將以卷簾作介紹。

1)下行目標(biāo)時(shí)間

Tt=Ti-ΔTi

(5)

只需要控制下行控制端口使窗簾下行運(yùn)行，定時(shí)至Tt后使下行停止。

2)上行目標(biāo)時(shí)間

Tt=Ti+ΔTi+ΔT

(6)

只需要控制上行控制端口使窗簾上行運(yùn)行，定時(shí)至Tt后使上行停止。

3 控制邏輯

如圖4所示，窗簾電機(jī)休閑時(shí)會處于一種待機(jī)狀態(tài)。收到運(yùn)行命令后，立刻計(jì)算運(yùn)行時(shí)間ΔTi。當(dāng)目標(biāo)Lt大于當(dāng)前Li時(shí)，計(jì)算上行時(shí)間Tt并上行計(jì)時(shí)；當(dāng)目標(biāo)時(shí)間Lt小于當(dāng)前時(shí)間Li時(shí)，計(jì)算下行時(shí)間Tt并下行計(jì)時(shí)。若中途收到其他運(yùn)行命令，該次運(yùn)行將中止，運(yùn)行時(shí)間ΔTi將重新計(jì)算并運(yùn)行；否則，運(yùn)行繼續(xù)并檢測是否到達(dá)行程限位點(diǎn)，這個需要電機(jī)電流檢測電路支持。當(dāng)未到達(dá)行程限位點(diǎn)，時(shí)間繼續(xù)計(jì)時(shí)；待到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)后，單片機(jī)發(fā)控制命令，控制電機(jī)運(yùn)行停止。

圖4 窗簾控制邏輯Fig.4 Control logic of curtain

4 翻頁功能

對于百頁窗而言，翻頁是其一種特殊且非常有用的功能，而常規(guī)的控制器或手動控制，根本無法精準(zhǔn)地達(dá)到此翻頁效果。我們目前是采用DALI標(biāo)準(zhǔn)中的逐步變亮和逐步變暗來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)窗簾驅(qū)動器收到逐步變亮標(biāo)準(zhǔn)指令0xYY03(或逐步變暗標(biāo)準(zhǔn)指令0xYY04)時(shí)，驅(qū)動器內(nèi)部單片機(jī)會給窗簾電機(jī)開通100 ms的時(shí)間，這樣窗簾電機(jī)就能達(dá)到翻頁的效果。同一位置可將180°轉(zhuǎn)動進(jìn)行5等份的切分，翻頁效果精細(xì)，基本能滿足所有翻頁的應(yīng)用需求。

5 結(jié)論

本文主要論述了一款基于數(shù)字可尋址照明接口的窗簾驅(qū)動器的設(shè)計(jì)，由上論述可見，本設(shè)計(jì)兼容DALI標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)行程準(zhǔn)確定位控制，適應(yīng)不同大小窗戶，并兼容垂直卷簾和橫向開合簾類型的窗簾電機(jī)，拓展了國內(nèi)DALI照明總線系統(tǒng)在窗簾聯(lián)動上的應(yīng)用。