针对以上问题，本文提出了一种集Zig Bee无线网络、DALI总线协议两种技术的特点，取其无线与有线的特性应用于智能照明控制的解决方案。数字可寻址照明接口（DALI）因其具有的低成本、易安装、可级联以及系统重构灵活等特点，被广泛地应用于数字化照明领域当中。而Zig Bee作为一种无线个人局域网，因其具有低成本、低功耗、低数据速率的特点，也常被应用于智能家居当中，将DALI总线协议嵌入Zig Bee无线网络中，不仅扩大了系统控制范围，而且节约了布线成本。该系统通过智能控制面板对DALI总线上的其他节点设备进行监控和管理，从而实现对整个商场照明的监控和管理。

　　1、DALI协议简介

　　数字可寻址照明接口（Digital Addressable Lighting Interface，DALI）总线协议是一种开源的，并且专门用于照明控制的协议标准。其具有调光、场景选择和灯具地址分配等功能。

　　DALI系统工作在主从模式：一个DALI主机最多控制64从机。该通信采用异步半双工串行通信方式，双线差分驱动，两线压差值在9.5～22.5V之间为高电平，在-4.5~4.5V之间为低电平，总线上的电流不能超过250mA，每个设备消耗的电流不超过2mA。DALI信号采用曼彻斯特编码方式，波特率为1200b/s。

　　2、系统总体设计方案

　　基于Zig Bee、DALI协议的智能照明系统是由DALI系统主机、DALI系统从机、智能终端、协调器、路由器以及传感器节点所组成的分布式控制系统。

　　系统中智能终端与DALI系统主机属于控制器；传感器节点为输入设备，用于采集环境变量，并通过DALI总线发送给DALI主机；DALI从机属于执行器，主要负责接收并解析DALI指令，完成对灯具的控制；智能终端与DALI系统之间报文的无线传递是通过Zig Bee网络来实现的，该网络是由协调器、路由器节点以及DALI主机共同组成。DALI总线电源模块安装于配电箱内，可以给DALI主机、DALI从机和传感器供电。

　　信号传输流程说明如下：一方面智能终端将灯具控制命令与传感器参数配置命令以Mod bus协议报文的形式通过串口发送给协调器，协调器将报文通过无线Zig Bee网络发送给DALI主机，DALI主机解析报文并以DALI指令形式转发给DALI从机或传感器，从而完成对灯具的控制或对参数的配置等工作；另一方面，如果DALI从机或传感器接收到的是查询指令，传感器或DALI从机根据查询指令类型，将环境参数，或设备参数按照灯具控制指令相反的路径传送给智能终端；并且传感器会根据设置的消息发送周期将环境参数以DALI消息的形式定时发送给DALI主机，DALI主机根据环境信息对所在区域的灯具进行控制。系统总体结构框图如图1所示。

　　系统以带有Win CE操作系统的平板设备作为监控中心，用户通过操作安装在控制室的智能终端即可实现对灯具的监控，从而方便地完成以下功能：

　　（1）实现对灯具的单灯控制、组地址控制、广播方式控制以及场景切换等功能；

　　（2）对DALI从机与传感器进行初始化地址分配与参数分配；

　　（3）根据划分工作时间段，设置灯具的工作模式，使灯具在不同时间段工作于不同的亮度等级；按周循环设置灯具工作模式，使灯具在周内、周末和节假日工作于不同的工作模式；

　　（4）系统根据设置的工作模式与环境信息，智能化控制灯具；

　　（5）查询实时灯具亮度与环境参数，方便管理人员对超市整体照明情况进行监控与管理。

　　3、系统硬件设计

　　系统的硬件包括智能终端硬件设计、协调器、路由器、DALI主机硬件设计、传感器节点硬件设计、DALI从机硬件设计。

　　3.1智能控制面板硬件设计

　　智能终端以德州仪器公司OMAP3530微控制器为核心，包括控制SD卡接口电路、UART接口电路、实时时钟接口电路、触摸屏电路、处理器外围电路、电源电路、JTAG接口电路等。智能终端的硬件电路总体框图如图2所示。

　　　　（1） SD卡接口电路

　　为了使智能终端在掉电的情况下，依然能够保持数据的完整性，智能终端选用SD卡作为存储设备。SD卡的读/写有两种总线模式可供选择：一种是SPI总线模式；另一种是SD总线模式。相比之下，SD总线模式的传输速度更快，但是SPI总线模式时序简单通用，考虑到本系统的数据量较小，对数据的读取与存储频率低，因此采用SPI总线模式。

　　（2）实时时钟电路

　　实时时钟电路选用实时时钟芯片PCF8563，使用标准的I2C接口，可在系统掉电的情况下，继续进行计时，同时还为商场LED照明的定时控制提供时间基准。

　　（3）触摸屏电路

　　触摸屏电路为用户提供了良好的人机交互界面，方便用户对其进行操作。本系统采用了7寸电容式触摸屏，可以给用户更好的操作感受。

　　3.2协调器硬件设计

　　协调器在整个Zig Bee无线网络的建立以及维护过程中起着极为重要的作用。协调器、路由器、DALI主机的微控制器均选用德州仪器公司的CC2530芯片。

　　CC2530的片内外设包括调试、闪存控制器、I/O控制器、ADC、AES加密/解密内核、DMA控制器、定时器、随机数发生器、看门狗、UART等模块。8KB的SRAM和32KB可编程FLASH。利用丰富的片内外资源，用户可以进行相应的应用开发。

　　一方面，协调器将DALI系统中传感器采集到的环境信息和灯具状态等信息上传给智能终端；另一方面，智能终端发送的灯具控制命令通过协调器经Zig Bee无线网络转发给DALI主机。其中协调器与智能终端的通信由UART接口电路负责。如图3所示。

　　3.3 DALI主机硬件设计

　　DALI主机同时作为Zig Bee网络的的终端，通过射频模块接收路由器发送来的报文信息，解析后转发给DALI从机和传感器节点。与协调器电路不同的是，DALI主机省去了电源模块和UART接口电路，增加了DALI接口电路，DALI接口电路非隔离式的设计。一方面通过将DALI主机与DALI总线相连接，从而完成DALI指令的接收与发送；另一方面DALI接口电路从总线取电，为DALI主机提供电源。省去了电源电路的设计与供电布线。

　　3.4 DALI从机硬件设计

　　DALI从机电路主要由驱动电路和控制电路两部分构成，如图4所示。

　　灯具控制电路以STM8S105C6微控制器为核心，由四部分电路组成，包括Debug调试接口、复位电路、振荡电路以及DALI接口电路。

　　驱动电路主要由四个部分组成，包括PFC功率因数校正电路、AC/DC转换电路、恒流源电路和DC/DC降压电路，通过调节微控制器输出PWM占空比，从而来改变恒流源输出电流的大小，以此方式得到输出的恒定电流具有较高的精度，确保了LED光源亮度的一致性。

　　3.5传感器节点硬件设计

　　传感器节点安装在过道或窗户旁，用于采集环境亮度与人员流动状况，以发送实时环境消息给DALI主机。照度传感器选用BH1750，微控制器通过I2C总线读取测量值。占用传感器以DS203为核心，该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双敏感元互补方法能够抑制由于温度变化所带来的干扰，从而提高了传感器的工作稳定性。采集信号经过专用的信号处理芯片BIS0001，放大处理后输出人员移动状态。有人员移动时为高电平，无人员移动时输出低电平，其硬件框图如图5所示。

　　4、系统软件设计

　　本系统的软件设计主要包含智能终端设备、协调器、路由器、DALI主机、DALI从机与传感器节点软件设计，各个设备的软件设计均以C#语言为开发语言。

　　4.1 DALI协议内核

　　DALI从机与传感器节点通过植入DALI协议内核，完成对DALI指令的解析与处理。DALI协议内核分为三层，分别为I/O层、协议层和应用层。其中I/O层主要完成定时器初始化、外部中断初始化、I/O口初始化与数据的发送与接收等任务；协议层文件主要完成指令的解析与执行、参数的写入与读取、曼彻斯特编解码等工作；应用层主要完成从机的按键识别、低功耗、PWM输出等功能。

　　4.2 Zig Bee网络组成部分软件设计

　　Zig Bee网络中协调器节点、路由器节点、DALI主机的软件设计是基于Z-Stack协议栈和IAR集成开发环境开发的。

其中协调器完成组网，智能终端报文接收与发送等工作，工作过程如图6所示。

DALI主机即终端节点，完成网络加入，报文解析，DALI消息接收，DALI指令发送，根据工作模式控制自动控制灯具等功能。工作过程如图7所示。

　　4.3智能终端软件设计

智能终端以WinCE系统为操作平台，WinCE操作系统具有较好的可靠性与实时性，支持多线程、基于优先级可抢占式操作系统，它提供灵活的内存访问机制，可以检查出应用造成的系统异常，抑制由于应用不正常直接破坏系统的危险性。智能终端通过串口与协调器通信，同时采用Microsoft Visual Studio2005编程技术和Access 2007数据库完成开发。智能终端的功能包括：用户管理、状态查询、系统控制、其他等部分。智能终端功能模块如图8所示。

总结

　　本文基于Zig Bee无线网络与DALI总线协议，设计了一种智能化照明系统。有线与无线的结合既减少了布线成本，提高了系统的灵活性，又融合了DALI系统的优点，具有较好的调光效果。智能终端的使用使监控更加自动化、智能化，减少人员工作量，提高服务质量。根据工作环境对照明要求的不同，采用分时控制、分区控制、传感器自动控制、集中控制等方式，在满足节能的条件下达到最佳照明效果，具有一定的应用价值。