（检测技术与自动化装置专业论文）基于dali协议的智能照明控制网关的研究.pdf

l b a s e do nd a l ip r o t o c o i m a s t e rc a n d i d a t e ：z h a n gq i n g s u p e r v i s o r ：v i c ep r o f x lj i n b i a o r o t ujn b i a o m a y2 0 10 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g a u n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a ，5 10 0 9 0 、 协议在国内外的研究、应用现状，然后从以下几个方面进行系统的研究： 详细分析了d a l i 控制网关的硬件需求，阐述了控制网关的硬件设计思路和实 现方法。本控制网关选用了s t c 8 9 c 5 1 6 r d + 型5 1 单片机作为系统的核心处理器， 以太网控制芯片选用了w 51 0 0 ，并设计了d a l i 总线驱动接口电路、以太网接口电 路、外部s r a m 电路和串口调试电路。由于s t c 8 9 c 5 1 6 r d + 不支持d a l i 协议的 收发模式，本系统使用单片机的两个i o 口实现d a l i 总线的接收和发送。 阐述了d a l i 控制网关的软件需求，分析指出了控制网关的软件设计思路和实 现方法。首先编写相关的d a l i 总线和以太网的底层驱动函数，以使得d a l i 信号 数据和i n t e m e t 网络信号数据得以互联，然后针对d a l i 智能照明控制网关，编写 精简的w e b 服务器响应程序和网页程序，既提高了程序运行的速率，也从一定程 度上简化了系统。 提出了d a l i 智能照明系统的构建，分析指出了将d a l i 网关集成到楼宇智能 化系统的方式方法。 通过对d a l i 网关各个模块的调试和系统联调，解决了在调试过程中出现的问 题，最终实现了利用网页对灯具的开关控制，调光控制。达到了基于d a l i 协议的 智能照明控制网关的设计目标。 关键词：d a l i 协议，以太网，智能照明 广东工业大学丁学硕 ：学位论文 a b s t r a c t d a l i ( d i g i t a la d d r e s s a b l el i g h t i n gi n t e r f a c e ) i s a no p e nt w o l i n ea n d b i d i r e c t i o n a ls e r i a ld i g i t a lc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 i ti sa ni n t e r f a c es t a n d a r dw h i c h r e a l i z i n gt h ed i g i t a lc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd i g i t a le l e c t r o n i cb a l l a s ta n dc o n t r o l m o d u l e t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e tp r o v i d e su sag o o dp l a t f o r mf o rs y s t e m i n t e g r a t i o n t h eo b j e c t i v eo ft h es t u d yi n t h i sp a p e ri st os e tu pam u t u a lc o n n e c t b e t w e e nd a l ip r o t o c o ln e t w o r ka n di n t e m e t ，d e s i g na ni n t e l l i g e n tl i g h t i n gg a t e w a y w h i c hb a s e do nd a l ip r o t o c o l ，a n de s t a b l i s hab r i d g eb e t w e e nt h e m t h er e s e a r c hi s s i g n i f i c a n ti nt h es i t u a t i o nt h a tt h ed e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n ti l l u m i n a t i o nc o m e s t ob e s o c i e t yt i d e b yf u n d i n ge x p e r i e n c e sa n dr e n d e r i n gn e wm e a n sf o ri n d u s t r y d e v e l o p i n g ，i t ss i g n i f i c a n c ei se m b o d i e d t or e a c ht h eg o a l sa b o v e ，t h ep a p e ra n a l y z e st h em e r i t so fi n t e l l i g e n tl i g h t i n g s y s t e m sw h i c ha r eb a s e do nt h ed a l ip r o t o c o l ，a sw e l la st h es t a t u so ft h es t u d ya n d a p p l i c a t i o no fd a l ip r o t o c o la th o m ea n da b r o a da tf i r s t a n dt h e nc a r r i e so u tt h e r e s e a r c ho nt h ef o l l o w i n gk e yi s s u e s ： t h e p a p e ra n a l y z e s t h ed a l ic o n t r o l g a t e w a y s h a r d w a r er e q u i r e m e n t s ， d e s c r i b e st h eg a t e w a yh a r d w a r ed e s i g ni d e a sa n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o d s t h e c o n t r o lg a t e w a ys e l e c t ss t c 8 9 c 516 r d + w h i c hb e l o n g st o51s i n g l e - c h i pp r o c e s s o r a st h ec o r eo ft h es y s t e m ，w 510 0i sc h o s e na s t h ee t h e m e tc o n t r o l l e rc h i p ，a n d d e s i g n st h ed a l ib u sd r i v e rc i r c u i t ，e t h e m e ti n t e r f a c ec i r c u i t ，e x t e r n a ls r a m c i r c u i t a n ds e r i a ld e b u gc i r c u i t a ss t c 8 9 c 516 r d + d o e sn o ts u p p o r td a l ip r o t o c o l ，t h e s y s t e mu s e s2i op o r t so ft h em i c r o c o n t r o l l e rt or e a l i z et h es e n d i n ga n dr e c e i v i n go f t h ed a l ib u s i te x p l a i n st h ed a l ic o n t r o lg a t e w a ys o f t - w a r en e e d s ，a n a l y z e st op o i n to u tt h a t t h e c o n t r o l g a t e w a y s o f t w a r e d e s i g n i n gi d e a s a n dm e t h o d s a tf i r s t ，w r i t et h e u n d e r l y i n gd r i v e rf u n c t i o n sw h i c hr e l a t i n gt od a l ib u sa n de t h e r n e tt om a k ed a l i s i g n a ld a t aa n di n t e m e tn e t w o r ks i g n a ld a t ac o u l db ec o m m u n i c a t e d a n dt h e n ， i i c o n t r o lw h i c hu s i n gw e bp a g ea r er e a l i z e d i tr e a c h e st h eg o a l so fi n t e l l i g e n tl i g h t i n g c o n t r o lg a t e w a yw h i c hb a s e so nd a l i p r o t o c 0 1 k e yw o r d s ：d a l ip r o t o c o l ，e t h e m e t ，i m e l l i g e n tl i g h t i n g i i i 广东工业大学t 学硕仁学位论文 口三王 日水 摘要i a b s t r a c t 二i i 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 基于d a l i 协议的智能照明网关介绍3 1 3d a l i 网关国内外研究现状4 1 4 本文主要研究的内容框架：6 第二章d a l i 网关硬件设计。：8 2 1d a l i 网关硬件总体构架8 2 2m c u 模块的设计9 2 2 1 主控m c u 部分9 2 2 2 电源部分1 1 2 2 3 串口部分1 2 2 2 3 外扩r a m 部分1 2 2 3d a l i 收发模块的设计13 2 3 1d a l i 总线电气参数规范1 4 2 3 2d a l i 收发模块的实现1 5 2 4 以太网控制模块的设计1 6 2 4 1 以太网控制器简介16 2 4 2 以太网模块的实现2 1 2 4 本章小结2 3 第三章1 ) a l i 网关软件设计2 4 3 1d a l i 网关软件的总体框架设计2 4 3 2 主函数模块的设计2 6 3 3 串口模块的设计2 9 3 4t c p 层收发模块的设计2 9 3 4 1t c p i p 协议分析3 0 3 4 2t c p 传输控制协议设计31 t v 目录 3 5w r e b 服务器模块的设计3 4 3 5 1w e b 服务器结构模型3 5 3 5 2w 曲服务器的构建3 5 3 5 3w e b 服务器的工作过程3 6 3 6 网页模块的设计3 8 3 6 1h t t p 协议层概述3 9 3 6 2h t t p 的通用报文格式3 9 3 6 3d a l i 控制网关的网页模块的实现4 1 3 7d a l i 收发模块的设计4 2 3 7 1d a l i 协议帧格式概述：4 2 3 7 2d a l i 模块延时程序的设计4 4 3 7 3d a l i 总线发送模块的设计4 5 3 7 4d a l i 总线接收模块的设计4 5 3 8 本章小结4 6 第四章d a l i 网关控制系统的设计4 8 4 1d a l i 网关控制系统的构建_ 4 8 4 2d a l i 网关控制系统的应用4 9 4 3d a l i 智能照明系统的集成5 0 4 4 本章小结5 l 第五章d a l i 网关的调试与实现5 2 5 1 单片机最小系统模块的调试与实现5 3 5 1 1 电源模块的调试与实现5 3 5 1 2 程序下载与程序调试模块的实现5 3 5 2d a l i 收发模块的调试与实现5 7 5 - 3w e b 服务器模块的调试与实现5 8 5 4d a l i 网关的整体调试与实现5 9 5 5 本章小结。6 4 结论6 5 参考文献6 7 攻读学位期间发表论文7 0 v 广东工业大学1 二学硕士学位论文 独创性声明7 1 致谢。7 2 9 忖录。7 3 c h a p t e r 2h a r d w a r ed e s i g no fd a l ig a t e w a y 8 2 1d a l ig a t e w a yh a r d w a r ea r c h i t e c t u r ei ng e n e r a l 8 2 2d e s i g no fm c um o d u l e 9 2 2 1m a s t e rm c us e c t i o n 9 2 2 2p o w e rs e c t i o n 11 2 2 3s e r i l a ls e c t i o n 1 2 2 2 3e x p a n s i o nr a ms e c t i o n 。1 2 2 3d e s i g no fd a l ir e c e i v i n ga n ds e n d i n gm o d u l e 13 2 3 1s t a n d a r do f d a l ib u se l e c t r i c a lp a r a m e t e r s 1 4 2 3 2r e a l i z a t i o no f d a l ir e c e i v i n ga n ds e n d i n gm o d u l e 1 5 2 4d e s i g no f e t h e m e tc o n t r o lm o d u l e 1 6 2 4 1i n t r o d u c t i o no fe t h e m e tc o n t r o l l e r 16 2 4 2r e a l i z a t i o no fe t h e m e tm o d u l e 21 2 4s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 2 3 c h a p t e r3s o f t w a r ed e s i g no fd a l ig a t e w a y 2 4 3 1s o f t w a r ef r a m w o r kd e s i g no f d a l ig a t e w a yi ng e n e r a l 2 4 3 2d e s i g no f m a i nf u n c t i o nm o d u l e 2 6 3 3d e s i g no fs e r i a lm o d u l e 2 9 3 4d e s i g no f r e c e i v i n ga n ds e n d i n gm o d u l e i nt c pl a y e r 2 9 3 4 1t c p i pp r o t o c o la n a l y s i s 3 0 ：；4 2d e s i g no f t c pt r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l 31 v t i 广东工业大学工学硕士学位论文 3 5w e bd e s i g no fw e bs e r v e rm o d u l e 3 4 3 5 1w e bs e r v e rm o d e 3 5 3 5 2c o n s t r u c t i o no f w e bs e r v e r 3 5 3 5 3t h ew o r k i n gp r o c e s so f w e bs e r v e r 3 6 3 6d e s i g no f w e bp a g em o d u l e 3 8 3 6 1h t t pl a y e rp r o t o c o lo v e r v i e w 3 9 3 6 2h t t pc o m m o nm e s s a g ef o r m a t 3 9 3 6 3r e a l i z a t i o no f d a l ic o n t r o lg a t e w a y sw e bp a g em o d u l e 4 1 3 7d e s i g no f d a l ir e c e i v i n ga n ds e n d i n gm o d u l e 4 2 3 7 1d a l ip r o t o c 0 1f r a m ef o r m a to v e r v i e w ；。：4 2 3 7 2d e s i g no f d e l a yp r o c e s si nd a l im o d u l e 4 4 3 7 3d e s i g no f d a l ib u ss e n d i n gm o d u l e 4 5 3 7 4d e s i g no fd a l ib u sr e c e i v i n gm o d u l e 4 5 3 8s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 4 6 c h a p t e r4d e s i g no fd a l ig a t e w a yc o n t r o ls y s t e m 4 8 4 1c o n s t r u c t i o no f d a l ig a t e w a yc o n t r o ls y s t e m 4 8 4 2a p p l i c a t i o no fd a l ig a t e w a yc o n t r o ls y s t e m 4 9 4 3i n t e g r a t i o no fd a l ii n t e l l i g e n ti l l u m i n a t i o ns y s t e m 5 0 4 4s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 51 c h a p t e r5d e b u g g i n ga n d r e a l i z a t i o nd a l ig a t e w a y 5 2 5 1d e b u g g i n ga n dr e a l i z a t i o no fm i c r o c o m p u t e rs y s t e mm o d u l e 5 3 5 1 1d e b u g g i n ga n dr e a l i z a t i o no f p o w e rm o d u l e 5 3 5 1 2r e a l i z a t i o no fp r o g r a md o w n l o a da n dd e b u g g i n gm o d u l e 5 3 5 2d e b u g g i n ga n dr e a l i z a t i o no f d a l ir e c e i v i n ga n ds e n d i n gm o d u l e 5 7 5 3d e b u g g i n ga n dr e a l i z a t i o no f w e bs e r v e rm o d u l e 5 8 5 4d e b u g g i n ga n dr e a l i z a t i o no f d a l ig a t e w a yi ng e n e r a l 5 9 5 5s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 6 4 s u m m a r y 。”6 5 r e f e r e n c e 6 7 p a p e r sp u b l i s h e dd u r i n gs t u d y i n gf o rm a s t e rd e g r e e 7 0 v i i i i x 在这 白炽 带来 的各种便利的同时，也会产生相应的问题。其中最为突出的就是电能的大量损耗 问题【l 】【2 1 。 相关数据显示，目前我国照明用电量约占全社会总用电量的1 2 ，如果把 现有的普通白炽灯全部更换成节能灯，全国一年可节电6 0 0 多亿千瓦小时，几乎 相当于三峡水电站全年的发电量。而根据欧司朗的统计数据，假设全球3 0 用户 转向使用节能照明产品，粗略计算这些措施可以减少2 6 0 亿吨全球二氧化碳排放 量和4 6 0 0 亿千瓦时用电量。这些数字相当于印度的全年用电量、日本全年用电量 的一半或中国全年用电量的四分之一。发展智能照明技术是当前国家倡导的节约 型社会中一项十分重要而有意义的工作，科学合理的对待照明用电和节能将有助 于照明技术应用水平的提高和节能效益的提高。而且就目前而言，全球经济形势 不景气，提倡更为经济，更为绿色的智能照明的呼声就更加强烈。因此，研究智 能照明技术有着重要的社会意义和经济意义1 3 】。 所谓智能照明，就是对灯的照度，均匀度，眩光，选色等参数的调节，以达 到人们高效、节能、环保的目的，同时又能满足灵活、舒适、人性化的要求。智 能照明打破了传统照明控制点集中，粗放式开关等模式，采用现场总线模式来对 各种灯具进行统一管理，具有数字化分布式智能控制的特点和开放性。智能照明 控制系统的应用，使得设计更简单，安装更快捷，使用更灵活，管理更方侧4 1 。 目前比较流行的智能照明协议主要有： ( 1 ) 娱乐行业调光网络协议( c a n 和a r t n e t ) 。c a n 标准面向娱乐业多 种设备的网络控制，不仅仅局限在灯光控制，因此其标准的名称为“娱乐技术 广东工业大学丁学硕十学位论文 多用途网络控制协议组”，全套共有6 个文件。a r t - n e t 也主要用于娱乐场所的 调光，与c a n 兼容，并利用其独特的算法，可以对更多的设备组进行编址操作 【5 】 o ( 2 ) c b u s 协议。c b u s 系统内所有的单元器件( 除电源外) 均内置微处理器 和存储单元，由一对信号线( u t p 5 ) 连接成网络。采用二线制总线控制方式，可以 方便地使总线上的各个单元之间直接通讯，而不通过中央控制器。 ( 3 ) x 1 0 协议。x 1 0 协议基于电力线载波技术，即在原有电力线中加入信 号。使用x 1 0 协议的兼容产品可以通过电力线实现相互通信，电力线在提供电 源的同时，又可以传送控制指令，从而实现网络化的控制【6 】【7 1 。 ( 4 ) d a l i 协议。d a l i 协议与1 9 9 4 年列入i e c 6 0 9 2 9 标准，得到国际主要 灯具、镇流器和夹具制造商的支持，1 9 9 9 年p h l i p i s 公司对d a l i 协议做了进一 步的完善工作，并在汉诺威国际灯展上推出了基于d a l i 的系列产品。d a l i 定 义标准时，旨在建立一个结构清晰的简单系统，用于室内的智能、高性能照明管 理，实现开关、调光、场景、状态显示功能，受控对象明确为镇流器【8 】。 在这众多的协议标准之中，只有d a l i 协议是完全开放的协议标准，而且， 它是专门为智能照明而量身定做的，系统简单，方便可靠。因此，采用d a l i 协 议作为本设计的主要对象。 基于d a l i 协议的智能照明系统主要包括以下几个方面：上位机控制面板、 控制网关与系统集成平台、数字电子镇流器、荧光灯。其中上位机控制面板和控 制网关与系统集成平台是本文研究的重点。它们的关系可以由图1 j 1 表示。它是 整个基于d a l i 协议的智能照明系统的中心枢纽。向下能发送命令到数字电子整 流器，从而控制终端，监测终端的工作状态。向上能连接智能建筑管理系统，如： 通过网关连接到b a c n e t 标准的智能建筑系统中，使得基于d a l i 协议的智能照 明系统成为智能建筑管理系统中的一个子系统，大楼管理员可以方便地控制照明 系统【9 j 。因此控制网关和系统集成平台是基于d a l i 协议的智能照明系统的重要 组成部分，对d a l i 协议的应用推广有着深刻的意义。 2 字照明控制通信系统。d a l i 通信协议的标准化，加速了群控、智能照明节能产 品的推广和应用。作为照明接口的一个标准协议，d a l i 以其灵活性和低价格一 直受到业界照明设备制造商的青睐【lo 】。现有的d a l i 协议涵盖电气特性、镇流器 的控制命令和镇流器的状态信息。d a l i 协议包括四个主要部分：电源连接、灯 具的响应、控制接口和指令集。 将组合开关与调光控制于一体的d a l i 镇流器，通过d a l i 接口连接到2 芯 控制线上，通过荧光灯调光控制器( 作为m a s t e r ) 可对每个镇流器( 作为s l a v e ) 分别寻址，这意味着调光控制器可对连在同一条控制线上的每个荧光灯的亮度分 别进行调光。一个d a l i 数据控制线上至多可对6 4 个镇流器分别编址，每个镇 流器内可设置1 6 个灯光场景，同一个镇流器还可以编在一组或在多个组，最大 编数组为1 6 ，从而可以方便地实现不同场景的切换。本文所研究的是整个d a l i 智能照明系统中的控制网关部分和系统集成平台部分，其中控制网关由交换机与 t c p i p 转d a l i 接口设备组成，系统集成是通过1 0 m l o o m 以太网连接p c 与 d a l i 终端设备，整个网络结构如图1 2 所示。 广东工业人学工学硕i ：学位论文 图1 2d a l i 网络结构图 f i g1 2d a l in e t w o r ks t r u c t u r e 1 3d a ll 网关国内外研究现状 d a l i 标准早在1 9 9 9 年已经制定完成，并纳入国际电工委员会标准 i e c 6 0 9 2 9 。d a l i 标准是由一个中立的、非营利组织管理，是不依赖某一特定的 制造商的开放的国际标准协议，得到众多照明设备厂商的大力支持。在外国应用 已经十分广泛：德国的o s r a m ，美国的m i c r o c h i p 公司都做出了比较成型的基于 d a l i 协议的智能照明产品。但这些产品的控制网关大多都采用串行接口( 即 r s 2 3 2 接口) ，并没有引入i n t e r a c t 或i n t r a n e t 功能。而d a l i 协议由于其协议本 身的限制，一台d a l i 控制网关最多只能控制6 4 台基于d a l i 协议的数字镇流 器，而这就大大限制了智能照明网络的扩展。并且基于d a l i 协议的智能照明控 制技术的核心部分大都控制在国外少数生产商手中，价格偏高。美国i r 公司和 m i c r o c h i p 公司推出的d a l ic o m m a n d e rv 2 0 13d a l i 数控电子镇流器智能照明 系统控制软件。其主界面如图1 3 所示【1 1 1 ，其功能十分强大，能方便地实现灯地 址、灯组地址和灯广播地址的设置，亮度调节，淡光时间，监测i o 状态等功能。 4 中心国际灯具展的情况显示，国内的照明生产厂商尚无成熟d a l i 控制网关出 现。因此，代表着先进智能照明控制方式的d a l i 协议网关的发展前景是十分广 阔的。 国内比较有代表性的是广州双龙公司的基于d a l i 协议的智能照明控制软 件，功能上跟d a l ic o m m a n d e rv 2 0 1 3 相差不大，其控制软件的主界面如图1 4 所示。而相配的控制网关是由r s 2 3 2 到d a l i 的转换网关，如图1 5 所示【12 1 。 而这种只带r s 2 3 2 接口的d a l i 控制网关只能控制6 4 个终端，不能与i n t e m e t 或者i n t r a n e t 相连接，其扩展性和适用性十分有限。 广东丁业大学t 学硕十学位论文 关闭程序 r 强制方式j 丽r 一 图1 4 广州双龙公司基于d a l i 协议的智能照明控制软件主界面 f i g1 4s k e t c hm 印o f t h ed a l il i g h t i n gs y s t e mo fg zd o u b l ed r a g o nc o m p a n y 图1 5 广州双龙电子公司的r s 2 3 2 转d a l i 接口控制网关 f i g1 5r s - 2 3 2 t od a l it r a n s m i s s i o ni n t e r f a c eo fg z d o u b l ed r a g o nc o m p a n y 1 4 本文主要研究的内容框架 本文主要完成基于d a l i 协议的智能照明系统控制网关的研究与开发。实质 6 第一章绪论 上就是要以b s 的控制模式实现基于s t c 8 9 c 5 1 6 ) + 单片机的以太网与d a l i 总线上的数字电子镇流器的通信。主要内容是如何将现有的基于d a l i 协议的智 能照明系统接入以太网，并通过嵌入式w e b 服务器技术进行远程访问与监控， 利用c g i 接口，在动态h t m l 页面中显示底层d a l i 数字镇流器的运行状态、 系统配置和数据参数，实现互联网与d a l i 总线之间的信息互连。在此基础之上， 进一步实现上位主机与多个互联网络接口控制器的通讯，即实现一对多的通讯功 能。本论文主要从以下几个方面进行讨论： 首先，从d a l i 协议本身出发，讨论了d a l i 协议的发展和国内外的现状， 以及本文研究的背景及意义，在此基础上提出研究目标。 其次，从硬件设计的角度讨论分析了基于d a l i 协议的智能照明网关的设 计，提出硬件设计的总体方案，以及各个模块的电路设计，主要包括单片机主控 模块的设计、d a l i 收发模块的设计、以及网络控制模块的设计。 再次，从软件设计的角度讨论分析了d a l i 协议智能照明控制网关的总体设 计思路，提出b s 的设计模式，利用网页控制d a l i 智能照明控制网关。主要包 括单片机主程序的设计、d a l i 收发模块程序的设计、网络收发模块程序的设计。 然后进一步讨论了d a l i 智能照明网络的构建，提出了将d a l i 智能照明控 制网关嵌入到整个智能楼宇中，成为智能建筑的一个部分，便于统一管理和控制。 最后，进行d a l i 智能照明控制网关各个模块的调试与实现，系统联调，最 终利用网页访问的方式实现对d a l i 数字镇流器的访问操作与控制。 在本文的总结部分，作者对基于d a l i 协议的智能照明控制网关的设计进行 了总结概括，说明了设计所进行到的程度，指出了目前设计的d a l i 智能照明控 制网关所存在的不足，以及改进方向的建议。 7 广东工业大学1 = 学硕士学位论文 第二章d a li 网关硬件设计 本文所研究的基于d a l i 协议的智能照明控制网关是基于单片机的以太网 与d a l i 总线的通信控制网关，是t c p i p 协议与d a l i 协议的转换型网关。利 用嵌入式技术，将一个小型w e b 服务器嵌入到d a l i 网关中，通过网页对d a l i 镇流器进行访问，从而实现对灯具的开关、调光、故障检测等智能控制。 2 1d a li 网关硬件总体构架 总体来说，基于d a l i 协议的智能照明控制网关的设计分为硬件设计和软件 设计。硬件部分的设计主要包括主控制器以及网络控制器选择，d a l i 收发模块 设计和以太网收发模块设计。软件部分的设计主要包括网络芯片初始化函数及运 行函数设计，d a l i 总线底层函数驱动函数设计，实时监控w e b 服务程序设计。 而硬件设计是d a l i 网关的基础，是软件设计部分的载体。硬件设计的好坏直接 影响到网关的性能和系统的可靠性，起着十分重要的基础性作用。 对于基于d a l i 协议的智能照明控制网关设计，根据当前流行的设计方式， 有两种不同的选择。一种是选用以高档的3 2 位处理器与嵌入式相结合的设计方 式( 如选用a r m 7 或者a r m 9 ) 作为硬件基础【l3 1 。在这种设计模式中，m c u 的 性能很高，可利用的资源相当丰富，但其成本也相对较高。第二种是选用较低档 的8 位单片机为核心，在单片机外围扩展以太网收发控制模块，d a l i 总线收发 控制模块。虽然处理器速度相对较低，但相对于d a l i 模块，以太网模块的控制 足以胜任，价格相对低廉。在综合考虑到d a l i 协议的传输速率和对灯光控制的 实时性等多方面因素的情况下，本设计采用第二种设计方案。d a l i 网关的硬件 设计总体框图如图2 1 所示。 第二章d a l i 网关硬件设计 d a l i 收发控制 模块 ： m c u 模块 i 电源模块ll + 单片机一。外扩认m 模块 r l 串口模块u 0 以太网控制模块 图2 1d a l i 网关的硬件设计总体框图 f i g2 1b l o c kd i a g r a mo fd a l ig a t e w a yh a r d w a r ed e s i g n 2 2m c u 模块的设计 根据上节对于m c u 总体框架的选择，结合具体的实际情况，m c u 模块的 设计可以分为主控m c u 部分的设计、电源部分的设计、串行口调试部分的设计、 以及外扩r a m 部分的设计。在这里需要对m c u 模块的各个子模块进行一个简 单的说明：电源模块本身应该也包含在单片机最小系统之内，但在本系统中，电 源不仅要对单片机供电，同时需要对d a l i 总线收发控制模块和以太网控制模块 供电，涉及到的电压等级有3 3 v 、5 v 、1 5 v 。串口模块和外扩r a m 模块都不是 单片机最小系统的必备模块，但根据本设计的要求，需用串口模块对d a l i 网关 进行程序下载和调试。由于d a l i 网关中需要嵌入网页，需要存储的数据量较大， 单片机自身的内存空间不能满足需要，因此要扩展r a m 。 2 2 1 主控m c u 部分 由于基于d a l i 控制网关的智能照明系统控制数据流量不大，对硬件的要求 不高，实时性要求也不高，因此本文的m c u 选用了性价比较高的s t c 8 9 c 5 1 6 r d + 处理器【1 4 】。s t c 8 9 c 5 1 6 r d + 处理器是一款由宏晶科技有限公司出品的5 1 单片机 系列中的一款，由5 v 直流电供电，最高时钟频率可达8 0 m h z ，具有6 4 k 的内 9 广东丁业人学工学硕l 学位论文 部可编程f l a s h 存储器，1 2 8 0 字节的r a m ，内部集成有看门狗电路，根据具 体程序的需要，可设置单倍速( 1 2 个时钟机器周期) 或双倍速( 6 个时钟机器 周期) ，该设置可在i s p 编程下反复设置，该设置需要在下次冷启动时生效。 现本文所要实现的实质是基于单片机的以太网与d a l i 智能照明系统控制网 关的设计研究，由于s t c 8 9 c 5 1 6 r d + 片内丰富的片内资源很方便可以嵌入t c p i p 协议，从而达到嵌入式w e bs e v e r 的目的，同时又大大简化了外围电路，提高了 可靠性。它也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软m o d e