LED-Warrior07 Wie sich Licht mit LEDs dank DALI einfach steuern lässt

Das komplette DALI-Protokoll für ein LED-Betriebsgerät ist im LED-Warrior07 integriert. Übermittelte Helligkeitswerte werden als PWM-Signal ausgegeben. Wir stellen die Lösung vor.

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Code Mercenaries Hard- und Software GmbH

Das Akronym DALI steht für Digital Addressable Lighting Interface und ist ein Installationsbus für Lichtsysteme. Damit lassen sich bis zu 64 Geräte auf einem DALI-Bus betreiben. In der Gebäudeautomatisierung wird DALI für die Lichtsteuerung auf Raumebene verwendet. Die Einbindung in ein gebäudeweites System erfolgt über Brücken zu anderen Bussen, wie KNX.

Die Vorteile von DALI – ein flexibles System

Die Auslegung als Stromschleife mit einer geringen Datenrate von 1200 Bit/s, führt zu einer hohen Störsicherheit, die es erlaubt, den DALI-Bus als zwei zusätzliche Adern im 230-V-Kabel mit unterzubringen. Entsprechende Installationskabel machen es leicht, DALI bei Neuinstallationen vorzusehen.

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Gegenüber der klassischen Verkabelung, bei der alle Leuchten an einem Strang nur gleichzeitig geschaltet oder auf die gleiche Helligkeit gedimmt werden können, bietet DALI erheblich mehr Flexibilität. Zum Beispiel kann die Zuordnung von Schaltern und Leuchten ohne Neuverkabelung geändert werden. Die Aufteilung eines Raumes in verschiedene Beleuchtungszonen braucht keinen ganzen Kabelbaum mehr, sondern kann mit einem Kabel realisiert werden. Nach der physikalischen Installation des DALI-Busses erfolgt die Konfiguration, meist mit einem USB-zu-DALI-Interface und einem Computer. Statusabfragen der Leuchten erlauben Fernwartung und die Beleuchtung kann von der Hauszentrale aus gesteuert werden.

Ursprünglich wurde das Bussystem von einer Arbeitsgruppe des Fachverbandes Licht im ZVEI entwickelt und ist mittlerweile international als Norm festgeschrieben. Es gibt mehrere Dokumente, die verschiedene Arten von DALI-Geräten und die grundsätzliche Arbeitsweise des Busses beschreiben.

Das Protokoll unterscheidet zwischen Steuergeräten, wie Master, Lichtschalter oder Dimmer, und Betriebsgeräten, wie Slaves oder Leuchten. Steuergeräte können Kommandos aussenden, Betriebsgeräte empfangen diese und können auf einige der Kommandos antworten. Auf einem DALI-Bus muss mindestens ein Steuergerät, ein Betriebsgerät und eine Stromversorgung vorhanden sein.

Die Stromversorgung liegt definiert zwischen 11,5 V und 20,5 V bei einem maximalen Strom von 250 mA. Betriebs- und Steuergeräte sind über Optokoppler galvanisch vom Bus getrennt und müssen zum Signalisieren die Busleitung bei 250 mA auf unter 4,5 V ziehen. Durch die Option bis zu 2 mA vom Bus zu entnehmen ist es z.B. Lichtschaltern oder Dimmern möglich, sich ohne eigenes Netzteil aus dem Bus zu versorgen.

Von der Adressierung und der Helligkeit

Wahlweise können alle Betriebsgeräte auf dem Bus gleichzeitig angesprochen werden, gezielt ein einzelnes, oder Gruppen von Geräten. Durch die geringe Datenrate stellt das gleichzeitige Schalten und Dimmen von mehreren Leuchten ein Problem dar, das durch die Adressierung von Gruppen gelöst wird. Ein Betriebsgerät kann einer oder mehreren der 16 Gruppenadressen zugewiesen werden, so dass alle Geräte dieser Gruppe gleichzeitig Befehle erhalten.

Zusätzlich ist die Definition von 16 Szenen möglich, bei der in jedem Betriebsgerät für jede Szene eine Helligkeit eingestellt werden kann, oder dass das Gerät nicht zu dieser Szene gehört. Wird die Szene dann aufgerufen, gehen alle Geräte gleichzeitig auf ihren voreingestellten Wert. Für die Lampenleistung verwendet das Protokoll 8 Bit und erlaubt 254 Stufen. Null ist aus, 255 keine Änderung. Die Minimal- und Maximalwerte können eingeschränkt werden.

Um den Bus bei einer Überblendung zwischen Helligkeitsstufen zu entlasten, übernehmen die Betriebsgeräte das mit einer programmierbaren Zeit oder Geschwindigkeit für den Wechsel zwischen dem aktuellen und neuen Helligkeitswert. Für LED-Betriebsgeräte gibt es außerdem die Option, zwischen einer linearen und einer logarithmischen Umsetzung der Lampenleistungswerte zu physikalischen Werten zu wählen.

Um ein Vorschaltgerät mit DALI auszurüsten, wird ein Microcontroller mit Flash oder EEPROM benötigt, da viele Parameter im Gerät dauerhaft gespeichert werden müssen. Insgesamt werden für die Implementierung eines DALI-Betriebsgerätes etwa 200 Kommandos benötigt. Viele der Kommandos hängen untereinander nach Reihenfolge und zeitlichem Abstand voneinander ab. So müssen Konfigurationskommandos innerhalb von 100 ms zwei mal gesendet werden, um akzeptiert zu werden. Damit werden Fehlauslösungen vermieden. Der Anschluss an den Bus erfolgt mit Optokopplern, wobei Isolationsabstände für Netzspannung eingehalten werden müssen. Durch die gemeinsame Verlegung des Busses mit der Netzspannung bestünde sonst die Gefahr, dass im Fehlerfall 230 V auf dem DALI-Bus liegen.

Fertiges Modul zur Ansteuerung im SOIC8 oder DIL8-Chip

Code Mercenaries hat mit dem LED-Warrior07 eine Lösung entwickelt, bei der das gesamte DALI-Protokoll für eine LED-Leuchte in einem SOIC8 oder DIL8-Chip abgewickelt wird. Der Helligkeitswert steht als PWM-Signal zur Verfügung, so dass ein LED-Treiber direkt damit angesteuert werden kann. Durch die relativ hohe PWM-Frequenz von 500 Hz erzeugt das Dimmen der LEDs kein Flackern, und die Auflösung von 16 Bit ergibt einen gleichmäßigen Helligkeitsverlauf ohne sichtbare Sprünge.

Der LED-Warrior07 steht wahlweise als Chip oder als einsatzbereites Modul zur Verfügung. Damit ist die Integration in die Leuchtenelektronik oder auch ein Nachrüsten möglich. Das mit Klemmen ausgerüstete LW07-MOD-Modul kann direkt an einen vorhandenen LED-Treiber angeschlossen werden. Dazu wird eine Gleichspannungsversorgung mit 5,5 bis 45 V benötigt. Der DALI-Bustreiber ist auf dem Modul vorhanden und das PWM-Signal steht gepuffert positiv und negativ zur Verfügung. Insbesondere die Kombination mit DC/DC-LED-Treibern ist einfach. DC-Stromversorgung, LED-Treiber, LED und LED-Warrior07-MOD ergeben zusammen eine vollwertige DALI-Leuchte.

Um Adressen an die Geräte zuzuweisen, bietet das Protokoll das Physical Select. Es identifiziert, welches Gerät gerade eine Adresse erhalten soll. Dabei ist vorgesehen, dass das Leuchtmittel kurz vom Betriebsgerät getrennt wird. Bei LEDs ist das selten praktikabel. Daher bietet der LED-Warrior07 einen Eingang für einen Taster an, der diese Funktion übernimmt. Beim LW07-MOD ist der Taster direkt auf dem Modul vorhanden.

Für Hersteller von LED-Stromversorgungen ist die Option interessant, den LED-Warrior07 als Chip in die eigenen Vorschaltgeräte mit zu integrieren. Wahlweise stehen die Chips in SOIC8- oder DIL8-Gehäusen zur Verfügung. Die DALI-Bus-Beschaltung der LW07-MOD ist dokumentiert und lässt sich problemlos übernehmen. Für die Chips muss eine Betriebsspannung von 5 V zur Verfügung stehen. In den LED-Warrior07-Chips steht mit dem DALI-Speicherblock 1 die Möglichkeit zur Verfügung, eigene Hersteller- und Produktkennungen einzutragen, um die Leuchten eindeutig identifizieren. Kundenspezifische Anpassungen sowohl der Chips als auch der Module sind möglich.

* Guido Körber ist Geschäftsführer bei Code Mercenaries Hard- und Software in Schönefeld bei Berlin.

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