基于智能調(diào)光技術的客室照明系統(tǒng)設計

王英軍

摘? 要：目前地鐵車輛普遍應用的照明系統(tǒng)都不能根據(jù)外界環(huán)境的照度進行自動調(diào)節(jié)，在外界光照較強的情況下造成了能源的浪費。本文介紹了基于智能調(diào)光技術的內(nèi)部照明系統(tǒng)設計的功能特性，以實現(xiàn)車輛客室恒照度，達到節(jié)能的目的。

關鍵詞：智能調(diào)光技術;無極恒照度;節(jié)能

0 引言

目前國內(nèi)地鐵普遍使用的照明系統(tǒng)都不能根據(jù)外部環(huán)境的照度對照明燈具的發(fā)光效果進行自動調(diào)節(jié)。因此，在外部環(huán)境的光照比較強的情況下，照明的燈具依舊工作在額定功率下，造成了對能源的不必要的浪費。因此，有必要采用一套基于閉環(huán)控制的無級恒照度調(diào)光照明系統(tǒng)，系統(tǒng)可以依據(jù)采集到的外部環(huán)境的照度，自動對照明燈具的發(fā)光效果進行無級調(diào)節(jié)，既滿足了日常運營對車輛照明系統(tǒng)照度值恒定的要求，又節(jié)約了能源。

1 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)包括調(diào)光控制模塊，亮度采集器，驅(qū)動電源和LED燈具四個部分。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示：

1.1主控模塊

主控模塊作為整個系統(tǒng)的核心部件，負責接收亮度采集器反饋的照度數(shù)據(jù)，通過自身的控制單元將反饋的照度數(shù)據(jù)與預先設定的照度要求值（設定值）進行比較計算，將輸出的控制數(shù)據(jù)通過脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation以下縮寫為PWM）信號傳遞給驅(qū)動電源，通過驅(qū)動電源改變每個LED燈具發(fā)光效果，將車廂內(nèi)的照度維持在設定值所限制的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)客室照明的無級恒照度調(diào)光。

1.2亮度采集器

主要是光敏元件，負責實時采集外部環(huán)境的照度值（包括外界自然光產(chǎn)生的照度和LED燈具發(fā)光的照度），并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過RS232等通訊模式將外部環(huán)境的照度值傳遞給主控模塊。

1.3 驅(qū)動電源

驅(qū)動電源負責給每個LED燈具供電，根據(jù)從調(diào)光控制模塊輸入的PWM信號調(diào)整LED燈具的輸入功率，從而進行照度調(diào)整。

1.4LED燈具

照明的燈具采用LED（發(fā)光二極管）作為光源，提高了燈具的壽命和發(fā)光效果，降低了對能源的消耗。

2 控制策略

主控模塊得電后即可啟動智能調(diào)光控制工作，當?shù)玫絹碜攒囕v側(cè)的客室照明自動模式的信號后，主控模塊進入自動智能調(diào)光模式，在此模式下，根據(jù)分析可以得出系統(tǒng)的控制框圖如圖 2所示。

同一車廂內(nèi)，綜合兩個亮度采集器采集的光強數(shù)據(jù)作為主控模塊的輸入。正常工作時，以兩個亮度采集器的取值的平均值作為最終的光強值。它反映的是車廂內(nèi)照明燈光以及外界光照疊加之后的光強值; 外界光照的光強作為整個控制系統(tǒng)中擾動輸入; 通過調(diào)整PWM 控制信號的占空比控制LED 電源輸出，進而控制客室照明的照度，由于PWM信號的時間滯后可以忽略不計，那么PWM控制信號與客室照度可以假定為簡單的線性關系; 采用增量 PID控制算法，同時在前區(qū)增加死區(qū)控制，避免因外部光強細微的擾動致使頻繁調(diào)節(jié)燈光亮度對乘客造成不適; 以上控制策略的實現(xiàn)，將最終達到如圖3的控制效果：

在圖3的幾種工況下，當外界光照變化時，客室能夠保持恒定的照度，且外部光強的輕微抖動不會造成照明燈光的頻繁閃爍。

通過對客室照明照度的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)客室照明強度和外部照明強度疊加之后的客室恒照度，此恒定值可以預先設置和修改。當外部照明亮度已經(jīng)超過此預設值時，則調(diào)整燈光至最暗（通常設定為10%）。

此控制策略能夠真正實現(xiàn)照明燈光的無級調(diào)節(jié)，在達到最理想的節(jié)能效果的同時，能夠保證乘客對于照明舒適度的要求;在外界照度充足的條件下，能夠降低照明燈具驅(qū)動電源的輸出功率，以實現(xiàn)節(jié)約能源的目的。從而實現(xiàn)軌道車輛在全壽命周期內(nèi)能耗成本的減低，有益于提高車輛的市場競爭力。

參考文獻：

[1]BS EN13272 Railway Applications-Electrical Lighting for rolling stock in public transport systems，2015.

[2]BS EN150155 Railway Applications-Electronic equipment used on rolling stock，2007.

[3]UIC555 Electric lighting in passenger rolling stock，1991.

[4]胡壽松.自動控制原理（第六版）[M].科學出版社，2013.