基于数字可寻址照明接口的窗帘驱动器的设计

梁霭明，李 军

(1.广州和控信息科技有限公司，广东 广州 510275；2.广州中大中鸣科技有限公司，广东 广州 510275)

引言

DALI是一种专门针对照明控制而制定的数字通信协议，在DALI的国际标准协议中，可以对DALI总线上的灯具驱动寻址设备进行地址及参数配置，目前市面上的电动窗帘驱动，采用干触点接口或485协议，是较为普遍及标准的控制方式[1-3]。尽管窗帘也是在日间控制室内照明的一种常用设备，但DALI标准协议却没有针对窗帘控制而制定的标准和规范。因此，电动窗帘电机一般不能直接接入DALI总线系统。

本文提出了一种针对DALI电动窗帘驱动的设计，把电动窗帘直接接入DALI总线系统，设备地址和参数可自由配置，实现行程准确定位控制，适应不同大小窗户，并兼容垂直卷帘和横向开关帘类型的窗帘电机。从而解决了目前DALI系统总线对窗帘电机的直接或与照明灯具的联动控制。

1 设备原理

如图1所示，窗帘驱动器电路主要由DALI信号收发电路、单片机逻辑处理电路、窗帘电机控制电路和窗帘电机电流检测电路4部分组成。DALI信号收发接口电路实现系统总线上DALI信号的接收并发送给单片机，同时可以将单片机发来的信号发送到系统总线上。单片机逻辑处理电路处理DALI系统总线上的配置和控制指令，行程参数处理和窗帘电机行程控制管理。窗帘电机控制电路负责连接窗帘电机上行(开启)线和下行(关闭)线，并控制窗帘电机。

图1 窗帘驱动器电路原理框图Fig.1 Block diagram of the curtain driver circuit

为确保窗帘电机准确定位的关键就是单片机与窗帘电机电流检测电路的配合。如图2所示，当电机运行时(无论正转还是反转)，电流检测芯片U1可以检测到电流并转换成电压，从T-I端口反馈给单片机，单片机内部会根据目标功率等级换算成时间计时。若未到达时间终点，反馈电压已经恢复为0 V，即窗帘到达行程限位，并根据单片机的当前正转(或反转)运行状态，更新时间和功率状态标志以达到行程校正的目的。

图2 窗帘电机电流检测电路图Fig.2 Current detection diagram of curtain motor

图3 窗帘驱动器应用示意图Fig.3 Schematic diagram of curtain driver application

2 关键参数

基于DALI协议的多功能照明接口的窗帘驱动器的配置是通过专门的系统配置软件来实现的，关键参数为关闭(下行)时间Tmax、步进级别N、上行补偿时间ΔT，示意图如图3所示。

2.1 关闭(下行)时间Tmax

如图3所示，关闭(下行)时间Tmax即窗帘由最大行程跑到最小行程所需要的时间，这时间用户可以通过计时器确定，但为了提高计时准确性及减轻现场技术人员的工作量，我们参照DALI标准并自定义了一组指令集[3，4]，如表1所示。当驱动器收到该组指令集时可自行跑到最大行程并开始计时，到达最小行程即自行结束。此功能需要窗帘电机电流检测电路实时检测以确定是否到达行程目标点。

表1 自动确定行程指令集

2.2 步进级别N

如图3所示，步进级别N目前只定义了5级，对于对开窗帘而言，每一级所对应的计算如式(1)：

(1)

注：Tn即步进级别为N时，每执行一个步进所行走的时间。

2.3 上行补偿时间ΔT

对于卷帘窗帘，由于窗帘自身的重力作用，使上行的速度V上较下行的速度V下小，从而引起上行所用的时间T上要比下行所用的时间T下要长，这里为提高行程定位精度，引进上行补偿时间ΔT。

这样，上行所用的总时间就变为：

TM=Tm+ΔT

(2)

注：ΔT存于最小功率等级处，参考值为10～20，实际时间要乘以0.1；对开帘的ΔT=0。

3 行程定位

基于DALI协议，针对窗帘控制器，需要将功率等级对应运行时间，当前功率等级Actual_Level反映设备当前状态，对应当前状态时间Ti；用户设置的功率等级Level范围是0～254，对应时间0～Tm。完全开启状态作为最大功率等级254(Tm),完全关闭状态作为0(等级0)[2-4]。

假设用户需要的功率等级Lt(Tt),当前功率等级Li(Ti)，计算等级变化ΔLi(ΔTi)[3]。

ΔLi=|Lt-Li|

(3)

(4)

注：对于对开窗帘而言，上行与下行的Tmax是一样的。以下将以卷帘作介绍。

1)下行目标时间

Tt=Ti-ΔTi

(5)

只需要控制下行控制端口使窗帘下行运行，定时至Tt后使下行停止。

2)上行目标时间

Tt=Ti+ΔTi+ΔT

(6)

只需要控制上行控制端口使窗帘上行运行，定时至Tt后使上行停止。

3 控制逻辑

如图4所示，窗帘电机休闲时会处于一种待机状态。收到运行命令后，立刻计算运行时间ΔTi。当目标Lt大于当前Li时，计算上行时间Tt并上行计时；当目标时间Lt小于当前时间Li时，计算下行时间Tt并下行计时。若中途收到其他运行命令，该次运行将中止，运行时间ΔTi将重新计算并运行；否则，运行继续并检测是否到达行程限位点，这个需要电机电流检测电路支持。当未到达行程限位点，时间继续计时；待到达目标点后，单片机发控制命令，控制电机运行停止。

图4 窗帘控制逻辑Fig.4 Control logic of curtain

4 翻页功能

对于百页窗而言，翻页是其一种特殊且非常有用的功能，而常规的控制器或手动控制，根本无法精准地达到此翻页效果。我们目前是采用DALI标准中的逐步变亮和逐步变暗来实现的，当窗帘驱动器收到逐步变亮标准指令0xYY03(或逐步变暗标准指令0xYY04)时，驱动器内部单片机会给窗帘电机开通100 ms的时间，这样窗帘电机就能达到翻页的效果。同一位置可将180°转动进行5等份的切分，翻页效果精细，基本能满足所有翻页的应用需求。

5 结论

本文主要论述了一款基于数字可寻址照明接口的窗帘驱动器的设计，由上论述可见，本设计兼容DALI标准，可以实现行程准确定位控制，适应不同大小窗户，并兼容垂直卷帘和横向开合帘类型的窗帘电机，拓展了国内DALI照明总线系统在窗帘联动上的应用。