数字可寻址照明接口DALI-1与DALI-2的对比分析

赵柱博，张 波，庄晓波

(1.上海时代之光照明电器检测有限公司，上海 201114；2.国家电光源质量监督检验中心(上海)，上海 201114)

引言

目前用于智能照明的通信手段很多，有线技术主要有DALI(digital addressable lighting interface，数字可寻址照明接口)[1]、PLC、RS485、Ethernet(IEEE 802.3)、EIB/KNX、LonWorks、DMX512和C-Bus等；无线技术主要有ZigBee、蓝牙、WiFi、红外、普通RF和Z-wave等。这些协议在各自的领域均有自己的优势，并占据各自优势市场。其中，DALI控制总线采用主-从结构，由主控制设备发出调节灯具的控制命令，总线传输控制命令，作为从属装置的独立式控制装置或者置于灯具内的内装式控制装置接受并执行命令。同时当主控制设备发出查询命令时，从属装置通过总线给主控制设备发出本身的状态信息。主控制设备根据从属装置的状态信息发出再操作命令。DALI控制总线的一个接口最大能接64个可寻址的控制装置/设备，并最多能连接16个可寻址组。通过网络可使多个接口互联以便控制大量的接口和灯具。由此，能够实现场景组合，调光控制，故障反馈等功能[2]。虽然，DALI是有线的通信协议，但其简单易用、可靠性高，是具发展前景的智慧照明控制协议。在2009年以前，DALI协议内容在EN 60929的附录(Appendix E)中定义。2009年之后DALI开始作为独立的国际标准IEC 62386来制定和发布。从2017年起，DiiA(The Digital Illumination Interface Alliance，数字照明接口联盟)收购了德国ZVEI拥有的DALI注册商标，成为DALI协议的国际联盟组织，负责推广DALI标准、制定新的协议和建立规范认证流程。

为了解决不同厂家的控制装置与 DALI 标准兼容却彼此不兼容的问题，DALI-2 在DALI 原始版本(或者称为DALI-1)基础上进行升级。DALI-2 就是 DALI 协议标准 IEC 62386 的第二个大版本，或者称为 DALI Version 2。在认证方面，DALI-2 Logo采取强制认证。产品要带有DALI-2 Logo必须经过DiiA认可实验室的检测认可。这一点对标准的发展壮大至关重要。DiiA采用独立的DALI-2认证程序，通过DALI-2认证的产品，会对测试结果进行独立验证。这与当前市场上可靠性完全是基于自我声明的DALI产品相比，有着更为显著的互换性、监督性并具有更多的功能。我们将对DALI-1、DALI-2控制装置的适用标准、测试设备，以及DALI-1与DALI-2的检测方法进行对比分析。

1 适用标准和测试设备

DALI-1控制装置认证依据的标准有：IEC 62386-101:2009《数字可寻址照明接口 第101部分：一般要求-系统》[3]，IEC 62386-102:2009《数字可寻址照明接口 第102部分：一般要求-控制装置》[4]，IEC 62386-207:2009《数字可寻址照明接口 第207部分：控制装置的特殊要求LED模块(设备类型6)》[5]。

DALI-2控制装置认证依据的标准是，IEC 62386-101:2018《数字可寻址照明接口 第101部分：一般要求-系统》[6]，IEC 62386-102:2018《数字可寻址照明接口 第102部分：一般要求-控制装置》[7]，IEC 62386-207:2018《数字可寻址照明接口 第207部分：控制装置的特殊要求LED模块(设备类型6)》[8]。

DALI-1、DALI-2控制装置检测中所使用的设备：ProbitLab测试装置、ProbitLab2测试装置，如图1所示。配套的设备还有交直流电源PCR6000LE、功率分析仪WT3000、泰克数字荧光示波器DPO7054C(带宽为500 MHz、采样速率为5GS/s)、照度计B520、电流探头TCP0030A、硅探测器DET10A/M。

ProbitLab测试装置只能对DALI-1、DALI-2中不集成总线电源的控制装置进行测试。

ProbitLab2测试装置不仅能对DALI-1、DALI-2中所有类型的控制装置(包括集成总线电源的控制装置)，也能对DALI系统中总线电源、应用控制器、按键设备、绝对输入设备、存在检测传感器、光传感器这些控制设备进行检测。

图1 ProbitLab测试装置与ProbitLab2测试装置

2 检测方法对比

DALI-1控制装置完整的检测共有103条程序条款，而DALI-2有144条程序条款，以下选取6条在检测中经常出现问题的程序条款进行对比分析。

2.1 检测前序

“检测前序”作为DALI-2检测中最重要的条款需要申明7个参数：

1)样品是否由总线电源供电；

2)样品是否集成了总线电源；

3)启动时间(可以只在说明书上声明)；

4)设备类型(铭牌或者说明书上声明)；

5)放电时间(可以只在说明书上声明)；

6)是否适用直流供电(铭牌或者说明书上声明)；

7)制造商需声明本次检测的控制装置样品是否为新工厂，如果为新工厂则程序跳转至”FactoryDefault102”进行检测。如果不是新工厂则运行”QUERY OPERATING MODE”进行检测；”FactoryDefault102”、”QUERY OPERATING MODE”两个配置详细内容见IEC62386-102 12.2.1。

这里需要说明的是“检测前序”中最为容易出现“位定时违例”的报错，如图2所示。

解决上述问题关键在于制造商设置数据端前向帧、后向帧的时间间隔时，需要严格遵照 “静置时间”的帧序列要求，如表1所示。

图2 “位定时违例”检测实例

表1 “静置时间”帧序列要求

DALI-1检测中没有对该部分参数的要求。而在DALI-2检测中该程序条款不合格，则无法进行后续的程序条款测试。

2.2 过电压保护

此条款主要用来检测LED控制装置是否具有“过电压保护”功能，DALI-1与DALI-2对比的程序流程如图3所示。“过电压保护”主要是为了防止控制装置在接线时，L、N线误接入DALI端口而引起控制装置过压损坏的功能。程序条款中，需要在DALI端口接入1 min的外部电源电压，然后移除外部电源电压，将控制装置接入DALI总线中仍能正常工作(此外部电源电压需要根据DALI设备使用地区的不同进行选择，比如中国为220 V～ 50 Hz)。“过电压保护”的详细程序条款见IEC 62386-102:2014中的12.3.3条。

图3 “过电压保护”DALI-1与DALI-2对比流程图

DALI-2检测中“过电压保护”为可选条款。在实际检测过程中发现很多制造商为节约成本，取消了“过电压保护”功能。但从控制装置的耐用性，以及系统的兼容性方面考虑，建议保留“过电压保护”功能。

在DALI-1检测中此条款名称为“过电压保护”检测流程，同样为可选条款。DALI-1检测中控制装置在移除外部电源电压后有15 min的等待恢复时间，而DALI-2则要求控制装置在移除外部电源电压后马上能恢复工作。由此可知DALI-2检测比DALI-1检测更为严格，对控制装置数据端的过电压保护性能要求更高。

2.3 电流等级

此条款主要用来检测LED控制装置的电流等级，DALI-1与DALI-2对比的程序流程如图3所示。DALI总线要求在整个程序运行过程中控制装置DALI端的电流不能超过2 mA。详细程序见IEC 62386-102:2014中12.3.4条，需要注意的是该程序条款中的“需要测量10 s内线性0 V至22.5 V(Phase1)”、“从22.5 V立刻降为0 V”、“保持0 V电压20 s(Phase2)”、“从0 V立刻上升为22.5 V”4种电压状态。

图4 “电流等级”DALI-1与DALI-2对比流程图

图5 IEC标准中4个电压信号波形图

图6 “电流等级”实测电压、电流波形

IEC标准中4个电压信号波形见图5，实际测试中的程序波形见图6，上方波形为总线端口电压波形，下方波形为总线端口电流波形。

DALI-1只检测了控制装置DALI端口电压为22.5 V时电流有效值，而DALI-2检测涵盖了0V到22.5 V的4种电压状态。由此可看出符合DALI-2检测标准的控制装置在DALI系统中“电流等级”性能强于符合DALI-1检测标准的控制装置。

2.4 发送端电压

发送端电压程序条款主要用来检测：(1)LED控制装置能否响应不同电压、电流等级。(2)高、低电平的电压范围是否在DALI总线规定的范围内，DALI-1与DALI-2对比的程序流程如图7所示。详细程序见IEC 62386-102:2014中12.3.5条。

“发送端电压”程序有“V总线=10 V，I总线=250 mA”、“V总线=20.5 V，I总线=250 mA”、“V总线=10 V，I总线=8 mA”、“V总线=20.5 V，I总线=8 mA”4组电压、电流条件。每组电压、电流条件中设置255、170、85、0四种DTR0地址数值，即进行16个测量循环。高电平的电压范围为10～22.5 V,低电平的电压范围为-4.5～4.5 V。图8为实际测量中的16个循环的电压波形。

图9列举了“V总线=10 V，I总线=250 mA，DTR0(255)”、“V总线=20.5 V，I总线=250 mA,DTR0(170)”、“V总线=10 V，I总线=8 mA，DTR0(85)”、“V总线=10 V，I总线=8 mA，DTR0(0)”4个循环的测试波形。由图中的测量数据可知4组波形的高、低电平数值均在DALI总线规定的范围内，符合检测要求。

此条款在DALI-1检测中名称为“额定电压”检测流程。DALI-1检测只进行了3种电压条件 “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”检测。从测量条件来看，DALI-1检测标准未对总线电流有任何要求，总线电压的测量完整性也远远少于DALI-2检测。

2.5 发送端上升下降边沿

发送端电压程序条款主要用来检测LED控制装置发送端后向帧中第一个和最后一个电平的上升、下降时间的准确性，DALI-1与DALI-2对比的程序流程如图10所示。详细程序见IEC 62386-102:2014中12.3.6条。

发送端上升下降边沿程序有“V总线=12 V，I总线=250 mA”、“V总线=10 V，I总线=250 mA”、“V总线=20.5 V，I总线=250 mA”、“V总线=12 V，I总线=8 mA”、“V总线=10 V，I总线=8 mA”、“V总线=20.5 V，I总线=8 mA”6组电压、电流条件。此条款DTR0地址数值都设为95，进行14个上升、下降时间的测量。上升、下降时间的范围为3～25 μs。图11为实际测量中的14个循环的电压波形。

图7 “发送端电压”DALI-1与DALI-2对比流程图

图8 “发送端电压”16个循环的电压波形

图9 “发送端电压”4组典型波形

图10 “发送端上升下降边沿”DALI-1与DALI-2对比流程图

图12～图14列举了“V总线=12 V，I总线=250 mA”、“V总线=10 V，I总线=250 mA”、“V总线=20.5 V，I总线=250 mA”3种条件的测试波形。此条款中根据电压电流条件，确定上升、下降时间的测量电压。V总线=12 V时，测量电压为4.5～11.5 V。V总线=10 V时，测量电压为4.5～(V总线-0.5)V。V总线=20.5 V时，测量电压为4.5～11.5 V、10%～ 90% V。测量电压为10%～90% V时，测量的参数是上升、下降时间的下限值。由测量数据可知3组波形的上升、下降时间均在DALI总线规定的范围内，符合检测要求。

此条款在DALI-1检测中名称为“反向信道上升时间/下降时间”检测流程。DALI-1检测只进行了2种电压电流条件“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”的检测。测量的电压条件仅为4.5～11.5 V，上升、下降时间的限值范围为10～100 μs。由此可以看出“发送端上升下降边沿”这个条款DALI-1检测的测量完整性、测量精确性远远低于DALI-2检测。

2.6 发送端位定时

“发送端位定时”程序条款主要检测DALI总线数据端后向帧1个或者2个半位高低电平的脉宽时间，从而严格定义DALI总线数据端后向帧1个或者2个半位高低电平的脉宽时间范围，增强符合DALI-2标准控制装置在不同DALI系统中的兼容性，DALI-1与DALI-2对比的程序流程如图15所示。详细程序见IEC 62386-102:2014中12.3.7条。

“发送端位定时”程序有“V总线=10 V，I总线=250 mA”、“V总线=20.5 V，I总线=250 mA”、“V总线=10 V，I总线=8 mA”、“V总线=20.5 V，I总线=8 mA”4组电压、电流条件，每组条件包含24个测量循环。测量循环的条件见IEC 62386-102:2014中12.3.7条的表34。图16为实际测量中4组电压、电流条件下的96个脉宽波形。

放大上图中第一个脉宽波形，此波形为“V总线=10 V，I总线=250 mA”条件时的脉宽波形，脉宽时间测量的电平等级为8V。如图13所示，测得脉宽时间为439.6 μs，根据程序条款1个半位低电平的要求值为366.7～466.7 μs，符合检测要求。

此条款在DALI-1检测中名称为“脉冲宽度”检测流程。DALI-1检测只进行了2种电压、电流条件“V总线=9.5V，I总线=250 mA”和“V总线=6.5 V，I总线=250 mA”下72个1个半位的脉宽时间检测，脉宽时间组合见IEC 62386-102:2009中表8。而DALI-2检测包含了4种电压、电流条件下更为严格的72个1个半位的脉宽时间检测和24个2个半位的脉宽时间检测。由此可看出符合DALI-2检测标准的控制装置在DALI系统中“数据传输”性能强于符合DALI-1检测标准的控制装置。

3 结束语

通过以上DALI控制装置检测的6个程序条款分析，可以看出DALI-2比DALI-1有了长足的进步，更利于产品的互联互通。DALI-2认证的推广能促使智慧控制系统的通讯协议变得更为规范和统一，统一的通讯协议能节省人员培训费用，模块化的使用和维修降低了人力成本和时间成本，且其通用的模块结构使产品设计更加灵活快捷、成本更加低廉。

图11 “发送端上升下降边沿”14个电压波形

图12 V总线=12 V，I总线=250 mA(4.5～11.5 V)第一个上升、下降边沿时间

图13 V总线=10 V，I总线=250 mA(4.5～(V总线-0.5)V)第一个上升、下降边沿时间

图14 V总线=20.5 V，I总线=250 mA(10% ～ 90%V)第一个上升、下降边沿时间

图15 “发送端位定时”DALI-1与DALI-2对比流程图

DALI协议不仅可用于室内智能照明，也可用于室外智能道路照明。DiiA联盟与Zhaga联盟联合推出Zhaga-D4i认证计划，规范了路灯的智能道路控制器插头、插座和D4i控制装置等。DALI-2协议的使用将使照明设备能够以标准化方式收集、存储和报告各种数据。智能路灯可以与照明控制网络通信并与之交互，从而提供能耗、故障检测或许多其他参数，从而可以在能耗和维护方面节省大量成本[9]。

图16 “发送端位定时”96个脉宽波形

图17 V总线=10V，I总线=250 mA脉宽波形