2017年1月23日 星期一

淺說DALI-全數位燈光控制通訊協定

DALI(Digital Addressable Lighting Interface)-我把它翻譯為數位定址燈光通訊介面,基本上它就是為燈光控制而生的國際通用標準通訊協定,國際電工委員會的認證編號為- IEC 62386
DALI通訊協定當初是由歐洲幾個主要的燈光界廠商,諸如:OSRAMPhilipsTridonic…等合作制定,於1990年發表初始草稿版本(Draft version) ,發展至今已經超過20餘年,目前最新版本為DALI 2
DALI 系統由以下三個元件組成
1.          Control gear-控制光源用的控制元件,譬如電子安定器或整流器,一般市面上最常看到的名稱是DALI ECG Ballasts
2.          Control devices-控制裝置,通常以主控制器或者按壓開關呈現,它可以向其他受控單元(例如DALI ECG)提供訊息(例如光強度訊息),並且可以向受控單元發送命令。
3.          Bus power supplies- DALI系統中至少必須要有一個總線電源供應。這是必要的,以允許總線上的所有設備能進行雙向通訊,以及為總線上的設備供電。總線電源不需要是單獨的單元,它可以是另一個設備的一部分。

DALI既然是通訊協定那就必然存在通訊網路,DALI的通訊網路拓樸很簡單,系統採用無極性二線式總線架構,亦即說它可以是匯流排+星狀混用在同一網路上,而且這二線式總線亦同時供電,所以勿需另外提供電源廻路。


DALI 系統的定址方法很簡單,每一子網域(subnet )可定址 64 組設備,每一子網域的總線總長為300米;這個長度夠一般家庭或辦公場所使用了!它的通訊方式也採用很簡單的廣播方式,傳送Baud rate 1200 bps,每筆封包長度含起始及終止位元共 19 bits。所以設計DALI的元件或設備並不複雜也很容易除錯

我們就不談太多技術性問題了,我把DALI 系統的優點及常見應用領域總結列出如下:

DALI 系統的優點
l   為開放標準的通信協定,不同設備製造商所提供的產品均具相容性。
l   配線系統簡化,控制及負載分離,隨時可更改及重設照明計畫。
l   提供單一﹑虛擬群組/廻路及情境三種控制方法操控光源。
l   內建多種照度方案如調光 ﹑閃爍﹑漸暗/亮等供變化組合
l   調光演繹方式共255(1~100%) ,較傳統調光方式(1~10V)更符合人眼視覺。
l   調光效果是依安定器輸出電力(3~100%)呈現,具節能效益。
l   具雙向通訊能力,可偵測安定器及光源狀態,故管理及維修容易。
l   因可偵測及記錄各光源的耗能比例,故可輕易製作整體光源耗能分佈圖及歷史記錄。
l   提供多重及各類型操控設備,如開關﹑觸控面板﹑電腦﹑Smart Phone PAD等。
l   為全數位化環境,可以輕易跟其他數位系統整合。

DALI 的常見應用
l   數位家庭-提供各式情境及操控方法並能整合各類遙控器至 Smart Phone
l   會議室-結合各類會議設備提供多種場景變化。
l   停車場-結合感應器及刷卡設備提供燈光導引以及照度控制達到節能效果。
l   辦公室-結合移動感應器﹑光感應器及電動窗簾,採用日照補償達到照明節能效果。
l   飯店大廳-可依時間及來客狀況提供各種預設場景變換。
l   餐廳-依時間Schedule排定﹑自動調整及變換照明計畫達到管理及節能效益。
l   機場-因照明範圍大,光源數量多,功能區域複雜,所以對照明系統的管理非常重要。
l   保全整合-結合移動物偵測器,作動時開啟預設場景驚嚇宵小達到維安目的。
l   大型會議或演講廳-提供各種預設場景變換,可由任一主事者操控。
l   路燈控制-控制路燈啟停及亮度變化,減少人力管控及耗能。

2017年1月12日 星期四

淺談調光通訊協定

前面我們談到傳達調光命令的方式有多種,其實簡單分類就是類比及數位二種。
.類比訊號
0~10V1~10V即是屬於類比訊號,利用電路傳送不同電壓訊號來給光源驅動器進行比例式調光,0V-關燈5V-50%亮度10V-100%亮度,這是工業上很常用的比例式控制方式,我們由下面兩個角度的說明文件來解釋它的連線方式:



當需要使用1~10V這種調光技術時需要二個元件互相搭配,一者是控制光源的調光驅動器,另一者是調光控制器(可以是離線型的開關或連線型控制器),分別由後者輸出1~10V的類比訊號給前者進行光源調光;至於光源是否跟隨驅動器進行調整明亮,亦即調光曲線的匹配等技術問題是屬於更深層的廠商與廠商間技術匹配層次,我們就此略過不予討論!
.數位訊號
DMXDALI是調光控制界最常見的二個數位化通訊協定,我不討論這二者的優缺點,但我可以下一個應該不會有人反對的結論:DMX是屬於比較動態類的通訊協定DALI則是屬於比較靜態類的通訊協定。所謂動態就是比如舞台燈光之類需要瞬間多元變化效果者流至於靜態類指的則是常態型室內外照明。
1.          DMX512 (Digital MultipleX) 是由美國劇場技術協會(United State Institute for Theatre Technology Inc)於19868月提出的燈光控制通訊協定,既然是通訊協定就必然需要通訊網路或者稱為載體,DMX使用的通訊載體是工業上最常用的串流技術-RS485 由於標準(我們不討論例外晶片)485鏈路上僅能提供32組定址節點,所以當使用這種方式來連結燈具時,必需要特別注意這個限制;但也由於這個限制所以市面上很多控制器生產廠商就開發很多變體式的連線架構出來因應,下圖是標準485連線架構:




下一集我們再來談DALI燈光控制系統當為總結。

2017年1月3日 星期二

Tesla 試駕-汽車工業完全改觀

本來以為無人車駕是未來式,可是實際觸摸到Tesla,雖然短短不到半小時,突然驚覺這已經是現在進行式了!
我不是車迷也不是要推銷Tesla,雖然這部純電力馬達驅動的神駒其馬力、扭力及加速力等操控力表現都讓我嚇了一大跳,但我對它的行車電腦、軟體介面比起動力表現更感興趣多了!聽多了無人車駕、天天都在接收物聯網、車聯網的訊息,也常常夢到在高速公路行車打瞌睡時有個行車機器人協助接手,但這些看似夢想的虛擬實境顯然都一一在Tesla身上實現了!
Tesla 駕駛座正前方有一個大儀錶板、右前方有一個超大顯示屏幕,這兩者都是觸控屏,當然它的後頭一定隱藏著一套超高速行車電腦,雖然只是很短時間的接觸,我發覺它根本就已經是一個十分成熟的行車機器人了!經由連網能力,它已經具備了自我記憶及學習的能力,經由GPS它可以記憶車駕者結合地點的行為模式,所有原來由人腦、手驅動的行為幾乎都可由這套工控電腦取代了;舉凡車子啟動、停車、車門開闔角度(防止碰觸旁車)及高度(防止碰觸低矮屋頂)以及人類容易疏忽的行車安全應注意事項全一手包了!


l  前車車距是以公分計的,我嘗試駛近前車至50cm內儀錶板自動跳出5857…38 cm 並警示,當然它是防衝撞的但不敢試。
l  右前方貨櫃車接近、左邊轎車近接超車、右邊摩托車侵入領空範圍等週遭車況儀錶板顯示屏都會圖控模擬表示,並不是Live 攝影機顯示而是由行控電腦自動偵測、辨識再圖控動態顯示出來,所以顯然它是能動態感知並消化的。

l  後方車況則是由高解析度Live 攝影機顯示於右方顯示幕。
l  結合GPS及地圖資訊,自動行車導航、無人車駕等都已具備,但由於國內法規尚未開放,這個軟體功能(選購)尚無法啟動也無從試用起。
l  全車上下顯然佈滿各式感知雷達、資訊導入高速行控電腦經由消化、判斷再輸出到儀錶板顯示屏上,十足的機器人模式!
l  前後引擎蓋打開都只看到行李置放空間,不見任何動力設備,所以當意外撞擊時多了更多緩衝區,安全性比傳統汽車多多了!
l  沒有了傳統動力設備,所以說不需定期更換機油及變速箱油,看來定期維養全免了!

l  車用鋰電一次充飽至少400公里的續航力、快速充電站快充30分鐘滿八成電力可續航270公里。
l  400公里的耗能比是200元電費比2,000元的加油費,才1:10,真是可怕的節費!


總結說來這就是一套完整的行控電腦,汽車工業可以不改觀嗎?這個可怕的工業大革命已經在發生,整個產業結構已經質變,現代的汽車工業是高科技工控電腦軟硬體及雲端整合,未來買車賣車的是高科技公司,汽車維修也是電腦軟硬體更新不再是黑手行業了!

2016年12月31日 星期六

調光技術分類

其實一般我們常常聽到的調光技術大概可以區分為二大類:
1.   第一類是跟光源有關的技術-諸如恆壓、恆流、PWMTRIAC等,這一類應該歸屬於光源驅動器的輸出電源,不能稱之為訊號。由於不同的光源發光特性需要不同的工作電源,可能是交流(AC)也可能是直流(DC);比如說傳統光源大多是交流定電壓的,可能是12V24V110V220V或者是全電壓的,所以需要簡單的變壓器轉換輸出不同的電壓供應給光源,這是在不調光的狀態,可是當需要調整光源的明亮度時就沒有這麼簡單了!
要了解如何調光前先要有一個基本觀念,一顆燈泡的總耗電量(電功率P=IV)是由電壓x電流x時間三個因素組成,所以當要調整燈泡的明亮時就需由這三個因子著手,簡單明白點說就是總耗電量少就比較暗、總耗電量多就比較亮。
比如一顆傳統鎢絲燈泡假設設計是110V工作電壓、100W的總耗電量,當我們利用TRIAC(TRIode AC semiconductor switch)這個技術去調暗這顆燈泡時是可以得到較低的耗電瓦數的!我們不談太技術性的問題,但大家可以由字面上了解TRIAC基本上就是一個開關,我們可以想像在極短時間內利用開開關關的動作來中斷及輸出電源給光源,由於頻率極高,所以人眼查不出來其中的變化只感覺到整體的輸出光通量變少了(亦即變暗了)
其實這些技術問題本來一般大眾是不需要了解的,交給光源及驅動器的廠商去處理即可,可是由於LED的發明問世造成整體驅動器的供應規格大亂並讓所有消費者及供應商無所適從!所以我們不得不花點精神了解一下,下面我們就來簡單描述一下LED的驅動規格。
LED的發光驅動特性跟傳統光源不同,比較屬於低壓、直流(DC)、定電流,由於LED的發展還是現在進行式,目前並沒有全球統一的LED光源規格,所以每一家光源生產廠都需要自行調配屬於自家規格的電源驅動器,可能是恆壓(ACDC12V24V36V…)、可能是恆流(3505007001050mA…等等),所以當消費者手中的LED燈壞掉時是無法像傳統燈泡一樣直接更換燈泡的(內置驅動器的燈泡類可以),通常需要整組燈具換掉(主要是因為驅動器規格不同)
我們拉回來談調光,由於TRIAC調光技術特性比較不適用於LED(實際案場有很多產生燈光閃爍及低頻噪音的案例可能都是選錯調光技術所造成),所以有了PWM(Pulse Width Modulation)這種新技術引進來進行LED調光,PWM 其實並不是項新科技,傳統工業控制上用很多,它可以用很簡單的文字說明大家就了解,數位、變頻。若利用這種技術來調整LED燈的明亮就可以達到多階、順暢的效果!


2.   第二類是跟光源無關的技術- 諸如DALI0~10V1~10VDMX512等,這一類其實是傳輸的訊號或協定。由於燈光要調整亮度總是需要人類下命令,這個命令的傳達需要有管道去通知驅動器輸出該有的動作給光源。

調光

當客戶問到你這個燈具可不可以調光?如何調光呢?我能不能有情境的功能呢?很多人心裡面就開始OOXX,心裡面開始思索該如何回答才好呢?這可是個大客戶呢?相信大部分同業都曾經面臨同樣的情境!其實只要釐清幾個觀念,對於調光相關的技術及產品都可以輕輕鬆鬆手到拈來!
前面我們提到燈具的組成三要件:包裝、光源及驅動器。調光當然指的是調整光源的明亮度,跟光源直接相關的就是驅動器,所以要知道如何調光前必需透澈了解這二者之間的關係。
光源有很多種,我們不要用太專業的術語介紹,就挑幾種家用較常見的來說明:日光燈、鹵素燈泡、LED燈泡及燈條。首先必需要先了解並不是所有的光源都可以調光的,但大部分傳統的光源都是可以調光的(沒錯包括日光燈),至於LED這種新式光源就比較複雜了!工廠為了降低生產成本,大部分便宜貨是無法調光的!
每種光源因為自身的發光條件不同、瓦數不同,或者考量到其他設計因素的不同所以都有各自不同的工作電壓或電流,這裡講的工作電壓並不是指市電110V220V,請不要混為一談。燈具要能調光的要件必需二者具備缺一不可:
1.   選擇可以調光的光源
2.   選擇相匹配的調光驅動器
這兩者之間的關係我們可以從附件的圖中看出端倪!


調光驅動器因為成本比較高,所以都是外置的,一般市售成本可能是非調光驅動器的十倍以上,而且生產廠商也相對少很多,所以如何挑選採購是一門很大的學問。如果你買的燈具是內置驅動器那就一定不能調光(市面上有些LED廠生產三段式調光燈泡比較特別不在我們討論範圍),譬如E27LED或日光燈(螺旋)省電燈泡、非裸包裝的日光燈具,比較簡單的辨別方法就是直接接上110V220V的電源就會亮的燈具都是不可調光的!

調光技術


大家應該常常聽到下列幾種調光技術:定電壓、定電流、PWMTRIACDALI0~10V1~10VDMX512…等等。其實把這些不同類型的技術混雜在一起談當然大家都會搞得毋煞煞!我把調光技術區分為二大類別來談:

無線燈光控制的可能

常常碰到消費者提問-需要無線燈光控制,而且要全面無線化,我就要花很多時間解釋,未來科技的進程如何不得而知,但以現在的科技來說那是不可能的!我們今天就來解構燈控的有線及無線方案。
首先要點亮一顆燈一定需要電力,以現今的科技能力,電力傳輸一定是要透過電力線傳輸電力的,家用電力基本上分為110V220V兩種電壓經由配電箱傳送至各燈具廻路配線處,嚴格說來是光源的驅動器或電源供應器。由上集我們的介紹,燈控是控制廻路控制器(半數位化)或光源驅動器(全數位化)的電源輸出!重點來了,要如何處理相關命令傳達及訊號的回饋呢?除非能採用中低壓電力載波(目前沒這方面的成熟產品問世)傳輸外沒有別途,我們只能另闢蹊徑創建一條通訊傳輸網路囉!這就是燈光控制網路的由來,上面承載著通訊傳輸協定訊號,負責各設備間的溝通協調作業。
通訊架構及介面圖如附

由架構介面圖可以看到控制燈光需要具備有電力傳輸及通訊傳輸二個網路,那通訊傳輸網路可以無線化嗎?我必需要說,可以!但不可能全面無線化!通訊傳輸網路基本上還是有線的,基於電力(大部分設備還是需要電力)傳輸及訊號穩定度考量,所有的通訊傳輸網路還是以有線的方式為系統核心再搭配部分的無線傳輸技術組合而成。
比較常見可以無線取代有線的部分為:
l  廻路控制器的通訊傳輸端
l  光源驅動器的通訊傳輸端
l  無線控制開關
l  手機App

相關無線連結貼文請見RF 實作案例分享:
https://www.facebook.com/139405732748608/videos/1281034461919057/

淺說燈光控制系統

談到燈光控制大家都把它想成有多高深的學問其實只要點出幾個根本的學理及基本觀念一般人都能豁然開朗的
在談如何控制前我們先來了解燈光的組成元件,以方便後面說明理解,一般消費者眼中的燈或稱燈具其實是由三個主要元件組合而成
1.          光源-發光元件是燈的本體依各不同的發光元件會有不同的發光特件
2.          驅動器-電源供應提供光源應有的能源以驅動發光元件持續發光
3.          燈具外觀-燈具的外包裝品,設計良好的燈具除了能美化光源的外觀外也應對如何避免光源過亮產生炫光加入設計考量
基本的燈光控制可以概分為二大類:開關控制及調光控制。開關控制相對於可調光控制系統需要了解的細節可以說簡單太多了!我們就先說明開關控制的一些方法,至於調光則需要更多篇幅說明,就待下回分解。
大家家裡都有燈也有控制燈具明滅的壁面開關,每組開關的每一切都能控制某一廻路(每廻含數組燈)的光源明滅,這種方式我們可以稱之為離線型控制,不具備連線功能所以也不能稱之為系統。壁面開關基本上只是在電源廻路上動了手腳,簡單說就是讓該配線廻路的光源有電或沒電(開路或短路)而已,所以說這種壁面開關需要水電師傅將各配電廻路配接至壁面開關處形成燈光廻路再接入開關,架構配接圖如附。

至於燈光控制系統簡單點說就是把這些開關系統化連線化,整合成單一系統再加上一些連線元件就可以完成一套初階的燈光控制系統了。開關型的燈光控制系統大概有三個方式可以達成,分別說明如下:
1.          不更改原有配接線架構但需將原有壁面開關換成連線型開關,並將這些開關連接成同一網路(有無線及有線二種)並接入主系統。
2.          修改原有配接線架構,將所有電源配接線廻路接至統一集中點,利用連線型電子式開關 (專業術語稱Relay) 控制每一電源廻路的啟閉,璧面開關當然也需更改為連線型開關。

3.          直接將燈光的驅動器數位化定址化,亦即將傳統驅動發光元件持續發光的驅動器加入連線功能,依此就可以利用數位系統直接命令各驅動器開啟或關閉電源輸出至光源達到開關燈的目的,當然所有的壁面開關也都需同步更改為具同樣連線功能的數位化開關。

方法一適合已裝潢好的舊屋環境,另二兩種方式則較適合未裝修新屋,這種新的設計方案因為開關已經和實體電源廻路分離不相干,故可以大量減少施工溝通時程及利於未來變換更新,且若設計良好甚至可以大幅降低電源廻路的配接量體降低施工成本!

但不論那種方式依系統連線的數位化不同程度都可以達到遠端集中控制的目的並得以在未來加入時程控制及其他連線整合的功能!