Управление освещением в квартире и другая электрика: техническое устройство

В этой статье я хочу описать техническое устройство реально работающей на конец 2017 года системы в моей квартире. Это не конец, планов много, это текущее состояние.

Что и как работает описано в Управление освещением в квартире и другая электрика: что сделано

Светодиоды

Весь свет сделан на мощных светодиодных лентах теплого белого света с типоразмером светодиодов 5050, мощностью не менее 12 Вт/м, напряжением 12 и 24 В. В спальне (в гостиной планируется так же) кроме белой установлена мощная RGB лента на 24 В.

В ванной и туалете ленты в профилях, светят под 45 градусов к полу.

Фотоаппарат снизил общую яркость, чтобы было видно профиль

Реальная освещенность

В остальных местах ленты спрятаны на полочках и свет не прямой, а отражение от белого потолка. Свет не такой яркий, как от мощных люстр, но по моему опыту - сначала непривычно, а потом хватает, нет желания ставить ленты еще (техническая возможность есть). Более того, я часто включаю свет не на полную яркость.

Фотоаппарат снизил общую яркость

Блоки питания

Несколько безвентиляторных блоков питания мощностью 200-250 Вт на 24 В. Соответственно, ленты на 12 В включены последовательно по два одинаковых куска.

Диммеры

Несколько четырехканальных DALI-диммеров с током до 5 А на канал (при 24 В дает 120 Вт на канал)

Настенные выключатели

Все без фиксации, часть - переделанные из обычных с фиксацией, часть - заводские "для жалюзи". Все выключатели подключены к шине DALI через четырехканальные адаптеры "контакт->DALI".

Подробнее про DALI, ленты, питание, диммеры, выключатели см. Освещение на протоколе DALI и его компоненты

Сервер

Назначение сервера

Для управления освещением с помощью выключателей достаточно сконфигурировать DALI-диммеры (может понадобиться спец. устройство). Для расширенного функционала нужен сервер, который умеет слушать шину DALI, отправлять по ней команды и общаться с внешним миром. Устройство системы таково, что в случае сбоя сервера выключатели и свет будут продолжать работать.

Сервер должен обладать следующим функционалом:

• конфигурирование устройств DALI вручную
• управление освещением DALI вручную и автоматизированно (например, по движению в кадре камеры)
• удаленное управление освещением с помощью программ типа "умный дом"
• удаленное управление освещением со смартфона
• просмотр состояния устройств и датчиков как локально, так и удаленно
• расширение функционала добавлением камер, датчиков, управляемых устройств

Устройство сервера

Готового сервера с указанным функционалом я не нашел. Существуют различные шлюзы DALI-USB, DALI-Ethernet, но они обладают целым рядом недостатков: они не умеют слушать шину, т.е. не могут реагировать на нажатия, например, выключателя. Программы для управления могут не позволять организовать дистанционное управление светом (т.е. могут работать только мышкой). При этом, все они имеют неадекватно высокую цену (я покупал самый дешевый вариант DALI-USB, который делает финский умелец, для опытов и чтобы с чего-то начать, и стоил он как три Raspberri Pi 3).

Поэтому было решено написать программу самостоятельно, и спаять самодельный адаптер DALI<->GPIO (некоторые подробности его работы см. в Raspberry Pi 3, работа с GPIO в Linux и DALI). Подробнее см. Программа DALI Controller.

Оборудование сервера состоит из Raspberry Pi 3 и самодельного DALI<->GPIO-адаптера. Питание 5 В сервер получает от эффективного DC-DC преобразователя, который подключен к блоку питания светодиодных лент на 24 В.

Шина DALI требует блока питания, он также самодельный (см. Простой блок питания шины DALI), питается от 24 В.

Raspberry подключен к домашней сети по Wi-Fi (возможно подключение по Ethernet), и имеет доступ в Internet.

К Raspberry по GPIO подключены 2 датчика типа DHT-22 (температура и влажность, улица и дом).

Программное обеспечение

На Raspberry под управлением Raspbian (это такой Linux для Raspberry) работают:

• самописный сервер DALI Controller
• MQTT-брокер (прием и отправка MQTT-сообщений)
• программа MajorDoMo ("Умный Дом") с WEB-интерфейсом, доступным с других компьютеров

Кроме этого, программа, которая раз в 10 минут снимает кадр с камеры (отслеживание сосулек ;) и публикует его в MQTT.

Как это работает

Вот схема, на которой показаны программные и аппаратные средства системы:

Пользователь может управлять системой через браузер (WEB UI), программу MQTT-клиент (например, на смартфоне) и настенные выключатели (Wall switch).
Выключатели подключены к шине DALI (DALI line) и напрямую адресуют диммеры, поэтому свет будет работать даже при сбое сервера.

Изменение состояния светильников отслеживает программа DALI Controller, прослушивая шину DALI и команды через MQTT, и публикует их состояние в MQTT.
В MQTT же публикуется температура и влажность с датчиков, кадры с камер, состояние противообледенительного нагревательного кабеля крыши балкона.
Эти состояния затем видны в браузере и любых MQTT-клиентах (в т.ч. на смартфоне).

Управление светом и другими устройствами осуществляется путем посылки MQTT-сообщения (из браузера через "Умный Дом" или любой MQTT-клиент, в т.ч. со смартфона).

Программа DALI Controller

Для расширения функционала управления освещением квартиры было решено сделать DALI<->GPIO-адаптер и написать собственный сервер.

Почему не использовать уже готовые решения, что должен уметь сервер, подробнее про адаптер и протокол MQTT описано в статье Управление освещением в квартире и другая электрика: техническое устройство (раздел "Устройство сервера").

Здесь описывается устройство и функционал программы (сервера) DALI Controller.

Окружение программы

Сервер должен работать на низкопроизводительном компьютере Raspberry, прослушивать шину DALI и посылать в нее команды через GPIO. В качестве операционной системы выступает Raspbian (один из вариантов Linux для Raspberry). Для удаленного управления сервером поддерживается сетевое подключение.

Выбор инструментов и технологий

Для работы с GPIO в Raspbian существует несколько различных third-party библиотек. В качестве надежной (работа с GPIO по DMA, что резко снижает зависимость от загрузки процессора и прерываний) и продуманной, будет использоваться C-библиотека pigpio (подробнее про нее см. Raspberry Pi 3, pigpio, шина DALI и программа для работы с ней). Причем, в режиме работы - демон (вместо линковки).

Сервер должен поддерживать управление из консоли, командной строки и через MQTT, а также публиковать статус устройств по MQTT.

Сначала ядро программы было написано C, но в какой-то момент я понял, что развитие программы тормозится неудобной организацией межпоточного взаимодействия. Вместо концентрации на функционале программы приходится прилагать много сил, чтобы реализовать это на C. Я решил посмотреть другие варианты и, наконец, попробовать Golang. Это был мой первый подход к языку, и после небольшого исследования возможностей я понял:

• Go имеет встроенные решения для эффективной многопоточности 
• на Go можно писать под Raspbian
• из Go можно вызывать C-код и линковать C-библиотеки
• Go компилируется в эффективный код
• для Go существует множество сторонних библиотек

Больше про Go см. Использование C-библиотек из Golang 1.8 с callback-функцией и cross-компиляция.

Устройство программы

Сервер состоит из нескольких модулей, которые работают параллельно:

• прослушивание шины DALI для перехвата команд, отправляемых другими устройствами (выключателями) и ответов на команды. Используется для логирования, отслеживания изменения статусов устройств, запуска настраиваемых на событие JavaScript-скриптов
• JavaScript-интерпретатор для настраиваемых скриптов
• MQTT-клиент для получения команд управления и публикации статусов
• псевдографическая цветная консоль, показывающая лог, список и статусы устройств, прогресс выполнения долгих команд. Имеет поле для ручного ввода команды
• встроенная помощь по всем командам DALI и другим командам сервера
• отправка команд в шину DALI (полученных как параметры запуска приложения, через MQTT, ручным вводом в консоли или из JavaScript)
• дополнительно: модуль опроса устройств DHT-22 (датчик температуры и влажности) с публикацией в MQTT

На снимке экрана видно:

• лог команд (в скобках указан источник команды: шина DALI, MQTT или JavaScript)
• иногда возникающие ошибки опроса уличного датчика DHT-22 (слишком длинные провода до него)
• список устройств с DALI-адресом и статусом. Видно, что часть устройств на шине не имеют имени (они пока не используются)

Это снимок самодельного мобильного приложения, работающего по MQTT. Оно общается с сервером DALI Controller для показа статуса устройств и управления ими.

Работа программы

При запуске программа опрашивает устройства, чтобы выяснить их начальный статус. Затем статус отслеживается путем анализа команд, которые посылаются этому устройству (в том числе путем нажатия настенных выключателей). Любое изменение статуса публикуется по MQTT и все заинтересованные MQTT-клиенты (в т.ч. мобильные приложения) сразу же отражают это изменение у себя.

При управлении (светом) из мобильного приложения (или другого MQTT-клиента), сервер получает команду по MQTT и отправляет ее в шину DALI, отражая, если нужно, изменение статуса.

Консоль программы позволяет, при необходимости, вводить команды вручную. Обычно это требуется при подключении новых устройств для их конфигурирования.

В работе всей этой кухни есть интересная особенность. В арсенале DALI нет команды "переключить светильник". Есть различные варианты "включить" и "выключить", а "переключить" - нет. Это значит, что настенный выключатель должен помнить последнюю команду, которую он посылал, чтобы при следующем нажатии посылать обратную. Да, возможен вариант, когда выключатель отслеживает или опрашивает реальное состояние устройства перед решением, что же ему посылать. Но дешевые выключатели этого точно не делают (про дорогие я не осведомлен).

Представьте картину:

• включаем свет выключателем (он отправляет команду "вкл" и запоминает факт, что свет включился)
• выключаем из мобильного приложения
• хотим снова включить его выключателем, но ничего не происходит. Поскольку выключатель помнит, что свет включен, он пошлет команду "выкл". И чтобы свет все-таки включить, нужно нажать выключатель еще раз (он снова пошлет обратную команду - теперь уже "вкл")

Для устранения этой неприятной ситуации в сервере используется возможность написать JavaScript на событие.

Что делает скрипт:

• при получении команды по шине DALI запускается скрипт
• если команда послана настенным выключателем (а в данный момент все команды, пришедшие по DALI, от выключателей) и она включает или выключает свет, то команда сверяется с текущим статусом светильника (его правильный статус помнит сервер)
• если команда от выключателя пытается "повторить" уже существующее состояние света, но скрипт тут же самостоятельно посылает этому устройству обратную команду

Работа этого скрипта устраняет проблему с нажатие выключателя, при котором ничего не происходит. Эта ситуация реально видна на снимке экрана выше:

10:52:43 on спальня (dali)

10:52:43 off спальня (scr)

первая строка - по шине DALI получена команда "включить свет в спальне". Однако скрипт видит, что свет уже включен, а значит нажатием выключателя требовалось его выключить, и он сам посылает новую команду "выключить свет в спальне". Это вторая команда с источником "(scr)" (что означает JavaScript).

Выглядит как "костыль". Но на самом деле, это "костыль" не к серверу, а к недостатку протокола DALI: с одной стороны, он имеет множество команд управления светом, а с другой, сделать простейший выключатель без памяти состояния (или необходимости аппаратной и программной имплементации приемной части интерфейса) не позволяет.

Несколько месяцев использования освещения в такой конфигурации, с активным использованием как настенных выключателей, так и мобильного приложения, показывают 100% отсутствие ошибок типа "нажал - ничего не происходит".

Управление освещением в квартире и другая электрика: что сделано

Здесь я хочу описать реально работающую на конец 2017 года систему, которую я сделал в своей квартире. Это не конец, планов много, это текущее состояние.

Квартира

3 комнаты, гостиная-кухня, длинный коридор, прихожая, ванная, туалет, балкон. План виден на снимке экрана мобильного приложения ниже.

Освещение

В одной из комнат, коридоре и на балконе освещения пока нет. В остальных местах - мощные светодиодные ленты, подключенные к диммерам, питание 24 В от нескольких безвентиляторных блоков питания.

Фотоаппарат снижает общую яркость из-за засветки потолка

Все диммеры подключены к шине DALI, на все белые ("теплый белый") ленты есть настенные выключатели (на прихожую - две штуки, из разных мест. На коридор, кухню тоже планируется по два). В спальне, кроме белого освещения, есть RGB (управления RGB с выключателей не планируется, сделаю "цвет рассвета" утром). Все светильники можно не только включать, но и управлять их яркостью с выключателей. Это, кстати, позволяет ограничиться одним источником света и одной кнопкой управления там, где ранее устанавливались люстры с несколькими лампами и несколькими выключателями, или люстра и торшеры.

Свет в мастерской и малиновый свет в спальне

Другая электрика

Балкон на последнем этаже, накрыт покатой крышей, на которой для предотвращения образования сосулек установлен нагревательный кабель. Кабель подключен через Wi-Fi выключатель.

На стене дома со стороны улицы установлен датчик температуры и влажности (типа DHT-22). Такой же датчик находится в квартире.

Управление

Управлять электронным хозяйством хочется не только с выключателей, но и удаленно (со смартфона, планшета, компьютера). Зачем управлять светом удаленно - опишу ниже. Кроме того, хочется видеть статус некоторых устройств (температуру на улице, по крайней мере) и, возможно, изображения с камер, если такие имеются.

Для централизации управления организован сервер на Raspberry Pi 3, все состояния устройств публикуются на внутренний MQTT-сервер, через него же устройствами можно управлять.

Что такое и зачем MQTT? Это небольшое хранилище сообщений, специально разработанное для общения и управления умными устройствами. По сути очень похоже на мессенджер. Для Android существует множество программ, которые позволяют настроить управление и отображение статуса через протокол MQTT. Для компьютеров существует несколько систем управления умным домом, большинство из них также понимают этот протокол.

Какая информация доступна на сервере?

• состояние всех источников света
• температура и влажность на улице и в квартире (обновление каждые 10 минут, настраивается)
• состояние нагревательного кабеля на крыше балкона. Если он включен, то доступна текущая потребляемая мощность и напряжение сети 220 В
• фотография с камеры, показывающая состояние края крыши балкона (для отслеживания появления сосулек, позволяет также оценить погоду, обновление каждые 10 минут, настраивается)

Чем можно управлять через сервер?

• посылать в DALI любые команды управления освещением. Наиболее актуально: вкл./выкл., включить неярко, выбрать цвет и яркость для RGB-лент
• вкл./выкл. обогрева крыши балкона

Чем можно управлять с настенных выключателей (даже при неработающем сервере)?

• включить, выключить свет (однократное нажатие); увеличить, уменьшить яркость (удерживание)
• вкл./выкл. обогрева крыши балкона

Благодаря наличию сервера, подключенного к DALI, ничто не мешает настроить сценарии для отдельных выключателей (например, в прихожей сделать кнопку "выключить освещение везде")

Опыт использования системы с удаленным управлением

Каждый слышал слова "умный дом", но, по-моему, никто точно не знает, ни что это такое, ни зачем это надо, ни как этим заинтересовать других. Поэтому удел таких систем сейчас - энтузиасты, которые в меру своих потребностей и интереса собирают самостоятельно нечто, и потом оценивают, что получилось.

Если бы меня полгода назад спросили, зачем управлять светом со смартфона, я бы не смог ответить. Зачем современному человеку, который всю жизнь включает свет выключателями, управление со смартфона? Это просто неудобно - его надо носить все время с собой? Вместо одной клавиши на стене нужно разблокировать телефон, запустить программу?

Лучше обстоит дело с управлением с голоса: если дом будет понимать, что от него просят и делать это... Но такие системы только начинают появляться, и на сегодняшний день, работающей по всей квартире (микрофоны в каждом помещении?) при приемлемой цене, с русским языком - я не знаю такой.

Сейчас более реалистичный вариант - управление светом по присутствию человека - анализом движения с камер или датчиков движения. Такая система не работает или работает плохо, если человек не движется, и она может быть только дополнением к другим.

Возвращаемся к управлению с телефона.

Самодельное приложение для Android.
Свет включен в двух местах

В спальне глухие ролл-шторы, чтобы зимой не мешало уличное освещение, летом - белые ночи. То есть в спальне темно всегда. Спать я ложусь, когда на улице уже темно, да и позднее всех домашних. Как завершение дня выглядит в обычной квартире?

• пошел включить свет в комнате (условно - кабинете), в которой сидел с компьютером или телевизором
• пошел выключил компьютер (после света, потому что иначе выключатель искать в темноте)
• пошел включить свет в коридоре (или сразу в ванной, но тогда по коридору шел в полутьме, свет от кабинета только)
• умылся, выключил свет в ванной, пошел включить в спальне, пошел (в полутьме) выключить в коридоре и кабинете
• разделся, выключил свет в спальне, в темноте ощупью нашел кровать (или сходил включил прикроватный светильник, потом вернулся выключить общий свет)

Как этот же процесс выглядит у меня?

• с телефона или компьютера включил свет (можно неярко) в кабинете, коридоре, прихожей или ванной и в спальне - в общем сразу осветил весь путь
• выключил компьютер/телевизор (в кабинете светло)
• пошел в ванну, потом в спальню (еще светло)
• разделся, лег в кровать (не ощупью, все еще светло)
• выключил свет везде с телефона

Неоспоримое достоинство удаленного управления, о котором я узнал только начав пользоваться: не надо ходить туда-обратно из-за света, не надо ходить на ощупь и биться ногой о кровать! При выходе из квартиры не надо вспоминать, везде ли выключил свет - это можно посмотреть и исправить с телефона будучи уже на улице.

Если ночью приспичило попить воды, то с телефона же, прямо с постели, включаю неяркий (чтобы глаза не резало спросонья) свет по пути на кухню.

Актуальная именно для меня вещь - управление обогревом крыши от сосулек. Особенно, если я в дальних странах в отпуске. Всегда держать обогрев включенным накладно. Включать надо только если есть снег и температура на улице крутится около нуля (в других случаях сосульки не образуются). Я на телефоне вижу температуру воздуха (реальную, у моего дома), а также изображение края крыши и могу включить или выключить обогрев только когда необходимо.

Использование C-библиотек из Golang 1.8 с callback-функцией и cross-компиляция

Выяснил для себя, что писать системные программы на Golang гораздо приятнее, чем на С. Расплата - минимальный размер программы в 1 Мбайт, в отличие от десятков Кбайт на чистом C. Жалко, конечно, но C требует слишком много лишнего в современном программировании.

Поэтому перевожу сервер поддержки протокола DALI и управления освещением (под Raspberry) с C на Go.

Сложности: как я писал ранее, в сервере используется библиотека pigpio. Поэтому нужен вызов C из Golang. Но мало того, нужен callback на Go-функцию из C. Настоящий хардкор - все это хочется в cross-компиляции.

Пример на Go с вызовом C и Go-callback

В исходнике ниже три примера:

1) вызов функции setCallback C-библиотеки extclib из Go

2) передача в С указателя на Go-функцию goCallback

3) создание C-функции myCFunc прямо в Go-исходном файле с последующим вызовом ее из Go

package main

/*

// (1) подключение внешней C-библиотеки к линковке

// (1) объектный файл extclib, скомпилированный под целевую платформу,

// (1) а также extclib.h, должны быть доступны локально (см. ниже

// (1) "Настройка cross-компиляции")

#cgo LDFLAGS: -lextclib

// (1) подключение заголовочного файла внешней C-библиотеки

// (1) в нем описана функция setCallback (см. ниже)

#include <extclib.h>

#include <stdint.h>

// (2) описание callback-функции на Go в C, чтобы можно было передать в C указатель на нее

extern void goCallback(unsigned data);

#ifndef MYCINCL

#define MYCINCL 1

// (3) static inline - необходимо для предотвращения ошибки компиляции

// (3) о повторном объявлении функции myCFunc

static inline void myCFunc(uint32_t data){

// здесь C-код

}

#endif

*/

import "C"

// (1) вызов C-функции setCallback с передачей указателя на функцию Go

func installCallback(){

C.setCallback((*[0]byte)(C.goCallback))

}

// (2) ниже комментарий "//export goCallback" указывает Go, что функция будет видна из С

// (2) внимание! Пробелов между // и export быть не должно, иначе Go не сделает экспорт

//export goCallback

func goCallback(data C.uint){

}

// (3) вызов C-функции из Go

func callCFunc(data uint32){

C.myCFunc(C.uint32_t(data))

}

Настройка cross-компиляции

Для cross-компиляции необходимо локальное наличие компилятора под целевую платформу, заголовочных C-файлов, которые будут использоваться и объектных файлов для линковки (скомпилированных под целевую платформу).
Например, можно установить GNU Toolchain for Raspberry (http://gnutoolchains.com/raspberry/tutorial), который умеет забирать заголовочные и объектные файлы, установленные на Raspberry, себе для локальной cross-компиляции.

Дальше можно сделать bat-файл для компиляции или выставить переменные окружения.
Выставить путь к cross-компилятору, который находится внутри toolchain:
@set CC=arm-linux-gnueabihf-gcc

Установить архитектуру. Если этого не сделать, то получим ошибку вроде "unrecognized command line option '-m64'":
@set GOARCH=arm
@set GOARM=6
и операционную систему, иначе ошибка "unsupported GOOS/GOARCH pair windows/arm":
@set GOOS=linux

Выставить CGO_ENABLED, потому что по-умолчанию она выключена для cross-компиляции (и go build в этом случае молча игнорирует файлы, где есть import "C" - даже ошибки в них не проверяет):
@set CGO_ENABLED=1

Запустить сборку:
@call go build

В результате сборки получим список ошибок (как в Go, так и в C-коде) или готовый исполняемый файл, который можно запускать на Raspberry.

Выключатель света без фиксации из стандартного своими руками

Для продвинутого освещения дома нужны выключатели света без фиксации. То есть, которые после нажатия сами возвращаются в исходное состояние, как кнопка звонка. В остальном они ничем не отличаются от обычных, только купить их в Питере практически невозможно.
Тем более, если хочется иметь общий стиль выключателей, например, с розетками.

Я уже писал ранее, что в качестве двухклавишного выключателя без фиксации можно найти в продаже такой "для жалюзи". Однако, он стоит заметно дороже обычного. А с одноклавишными - беда.

В этой статье сами сделаем одноклавишный выключатель без фиксации из серии Unica. Для этого необходимо вставить в выключатель пару пружин от авторучки.

Разбираем выключатель. С обеих сторон есть по 2 отверстия, справа - где нужно добавить возвратные пружины - они не используются.

Пружинки наденем на направляющую, которую согнем из толстой проволоки:

Она должна свободно входить в отверстия, по длине и толщине проволоки - не раскачиваться сильно по вертикальной оси, а по ширине - надежно упираться в снятую ранее черную качалку:

Надеваем две пружины от первых попавшихся авторучек. Одной не хватает жесткости, чтобы вернуть выключатель:

Вставляем направляющую с пружинами в отверстия и ставим качалку на место:

Если направляющая все же сильно болтается, следует закрепить ее на качалке тонкой проволочкой, под которую как раз подойдут имеющиеся на качалке выемки (в данном случае  не потребовалось):

Ставим на место крышку, и это все - теперь после отпускания выключателя, он сам надежно возвращается в исходное.

Двухклавишный выключатель делается заметно сложнее - в нем нет отверстий под направляющую проволоку.

Простой блок питания шины DALI

Особенность шины DALI такова, что она требует отдельного блока питания не только для работы слаботочных устройств (типа выключателей), подключенных к ней, но и для передачи сигнала вообще. Без питания шина сигналы передавать не может.

Особенность блока питания, связанная как раз со способом формирования сигнала, он должен выдавать ток, ограниченный 250 мА (с быстрой реакцией). Напряжение без нагрузки может составлять от 11.5 до 22.5 вольт. В продаже такие блоки, безусловно, есть. Для испытаний можно взять обычный блок питания и ограничить его ток достаточно мощным резистором.

Однако, чтобы без дела не сидеть (и экономия!), уже имея в освещении квартиры, как я писал ранее, блоки питания 24 вольта, можно собрать устройство самому. Для этого нужно 2 линейных стабилизатора, подходящей мощности и напряжения, и 3 резистора.

В интернете есть несколько сайтов со схемами включения и расчетом резисторов и мощности стабилизаторов на ИМС, например, LM317. Первая микросхема включена как стабилизатор напряжения и снижает напряжение с 24 до приблизительно 18 вольт (чтобы, с учетом падения на второй микросхеме, получить на выходе около 16 вольт), вторая включена как стабилизатор тока примерно на 250 мА. Получаем блок питания шины DALI с входным напряжением 20-40 вольт, выходным напряжением 16 вольт без нагрузки и ограничением тока 250 мА.

Что будет с шиной DALI если к ней не подключать питание? Она, во-первых, не будет передавать сигналы, во-вторых, устройства с питанием от шины работать не будут.
Что будет, если включить питание без ограничения тока? Сигналы передаваться не будут, могут сгореть выходные элементы передатчиков (поскольку они рассчитаны на ток до 250 мА, а при передаче замыкают шину DALI, т.е. создают короткое замыкание блоку питания).

Raspberry Pi 3, pigpio, шина DALI и программа для работы с ней

см. ранее Raspberry Pi 3, работа с GPIO в Linux и DALI

Ядро программы на C под Raspbian, которое умеет отправлять и принимать сообщения шины DALI, готово. Для подключения Raspberry к шине используется самодельный адаптер на GPIO. Для работы с GPIO - библиотека pigpio (почему именно она - см. ранее).

Ради организации полной проверки программы, в плане работы с сигналами, проверки адаптера и GPIO, учитывая описанные ранее сложности с задержками в многопотоковой среде, я реализовал процедуру поиска устройств на шине DALI по неизвестным длинным адресам - самый сложный алгоритм, который обязано выполнять любое устройство DALI-мастер.
Он подразумевает посылку множества команд в шину и получение ответов, причем от каждого ответа зависит все дальнейшее поведение алгоритма - при сбоях в приеме запросов устройствами или получении ответов весь алгоритм ломается. Вообще, программа похожа на бинарный поиск в отсортированном массиве из 16 миллионов адресов, причем последовательно обнаруживается устройство с самым меньшим значением адреса среди еще не найденных.

Поэтому с одной стороны, алгоритм наиболее интересен, с другой он работает только при стабильной работе шины, а с третьей, он необходим для подключения и конфигурирования каждого нового управляемого устройства.
За два вечера все заработало как надо (тестовый стенд на фото - два 4-х канальных диммера подключены к шине и дают 8 самостоятельных устройств DALI, каждое со своим адресом).

Raspberry в корпусе, адаптер, диммеры и сигнал DALI на экране:

посылка запроса и ответ от диммера

В процессе работы над программой пришлось преодолеть несколько трудностей. Первая - в библиотеке pigpio. Она показала себя как удобная, продуманная в плане интерфейса и вариантов использования, и работающая с малыми задержками. У меня заняло несколько дней, однако, чтобы разобраться в причине нестабильной работы всего комплекса - диммер через раз отвечал на мои однотипные запросы, а по осциллографу сигнал имел правильную форму.

Проблема оказалась в формировании сигнала в библиотеке pigpio: она требует указания ширины каждого импульса в микросекундах, выдавая при этом сигнал, по моим замерам, на 15% длиннее запрошенного. Из-за этого диммер не всего мог правильно расшифровать принятый фрейм. После учета этой коррекции программа заработала как часы. Проблема, думается, не зашита в код pigpio, а зависит от каких-то факторов, скажем, версии Raspberry (Pi 3), Raspbian (последняя на апрель 2017 года) или настроек каких-либо таймингов системы (я лично ничего не менял, кроме скорости работы SD-карты). Т.е. это ошибка, но проявляется не у всех.

Другая трудность - на нее я уже жаловался - недоступность полной документации по системе команд DALI и расшифровке ответов. Приходится комбинировать, часто неточную или неверную, информацию из нескольких источников, включая анализ доступного в интернете исходного кода программ.