淺談車廂照明裝置及其控制系統(tǒng)的探索論文
LED目前雖已廣泛應(yīng)用于車輛照明裝置特別是儀表背光照明中，但在車廂內(nèi)照明的裝置中，LED的應(yīng)用仍在起步階段，目前車廂照明所使用的照明設(shè)備大多是熒光燈，而熒光燈有發(fā)光效率不高，電源效率低，壽命不夠長(zhǎng)，有紫外線輻射，易碎，有污染等缺點(diǎn)，相比之下LED燈就彌補(bǔ)了這方面的不足。隨著LED技術(shù)的快速發(fā)展以及LED工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)于燈光發(fā)光效率要求的逐步提高，LED的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。特別是隨著全球性能源短缺問(wèn)題的日益嚴(yán)重，應(yīng)國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的號(hào)召，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注LED在照明市場(chǎng)的發(fā)展前景，LED將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的潛力光源。在燈具設(shè)計(jì)方面，LED將更加趨向節(jié)能化、人性化和藝術(shù)化。因此，LED燈是接替熒光燈作為車輛車廂下一代照明的最優(yōu)選擇。
1主要工作
本文以車輛LED照明控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出了針對(duì)照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，重點(diǎn)研究LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)。研究的背景及意義是查閱資料了解當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的發(fā)展情況和技術(shù)水平，詳細(xì)了解LED照明的相關(guān)情況和注意事項(xiàng)，作為設(shè)計(jì)的借鑒和指導(dǎo)。確定了車廂照明系統(tǒng)LED照明裝置結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，在考慮到LED照明發(fā)展中面臨的問(wèn)題的同時(shí)，針對(duì)該LED外形結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想以及主要關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的方案選擇設(shè)計(jì)，并制定了總體的研發(fā)思路，進(jìn)行了緊急照明系統(tǒng)及其軟件部分的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)目的和要求，進(jìn)行車輛LED照明系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)，主要是主機(jī)的選擇、燈具的設(shè)計(jì)和相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行驗(yàn)證，最后確定選擇方案。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須注重的一個(gè)問(wèn)題就是信號(hào)采集和信號(hào)的傳輸。控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)也遵循簡(jiǎn)單直接的原則。LED與傳統(tǒng)光源相比，具有節(jié)能、環(huán)保、響應(yīng)時(shí)間短、效率高、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震性好等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，因而受到人們的青睞，也成為當(dāng)前各國(guó)半導(dǎo)體照明領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
2車廂照明裝置系統(tǒng)工作原理和總體設(shè)計(jì)方案
電氣系統(tǒng)總體設(shè)計(jì):車輛LED照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿足車輛照明的要求。例如地鐵車輛經(jīng)常穿行于地下和地面，由于地下沒(méi)有陽(yáng)光而地面又會(huì)有充足的光線，當(dāng)采用傳統(tǒng)的照明時(shí)，由于LED燈沒(méi)有調(diào)光的能力，這就會(huì)導(dǎo)致車廂內(nèi)亮度的不統(tǒng)一。為了解決上述問(wèn)題，所以在車輛中設(shè)計(jì)的LED照明設(shè)備必須具有自動(dòng)調(diào)光的功能。自動(dòng)調(diào)光的功能需要有光亮采集模塊的存在，除此以外還應(yīng)有對(duì)光亮強(qiáng)度的處理模塊。最重要的還有LED的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，多個(gè)高亮度LED組成一個(gè)完整的LED發(fā)光模塊，此時(shí)就需要一個(gè)可靠的LED驅(qū)動(dòng)芯片。LED驅(qū)動(dòng)模塊之間存在著很大的距離，因此需要選擇一種有效的信息傳輸通道。硬件部分的設(shè)計(jì)完成后，最后還有軟件部分的設(shè)計(jì)，軟件部分設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
由上述分析，總的設(shè)計(jì)方案可以總結(jié)為以下幾點(diǎn):(1)選擇適合的處理器芯片，芯片的運(yùn)算速度必須足夠，價(jià)格也適當(dāng)，可靠性有保障。(2)選擇正確的光亮調(diào)節(jié)模塊和光亮處理模塊，模塊對(duì)光線的強(qiáng)度的靈敏度必須能夠達(dá)到一定的精度要求。(3)選擇可靠的LED驅(qū)動(dòng)芯片，芯片必須能夠驅(qū)動(dòng)大量的發(fā)光二極管，對(duì)其能夠驅(qū)動(dòng)的功率要求比較高，同時(shí)其抗干擾能力和穩(wěn)定性都必須有保證。(4)選擇可靠性高的信息傳輸通道，抗干擾能力必須很高，比如RS232通信協(xié)議。(5)編寫簡(jiǎn)潔可靠的程序，程序要求結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單易懂，邏輯清晰。設(shè)計(jì)要求滿足不同車廂系統(tǒng)和不同車型、車體要求的LED照明系統(tǒng)。采用LED的燈具應(yīng)盡可能地利用LED的定向發(fā)光特性，使燈具中的各個(gè)LED分別直接把光線射向被照的各個(gè)區(qū)域，再利用燈具反射器的輔助配光，來(lái)實(shí)現(xiàn)燈具的綜合配光。通過(guò)對(duì)LED陣列光源應(yīng)用于照明的光學(xué)原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究計(jì)算，在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上達(dá)到最優(yōu)化。針對(duì)LED的眩光問(wèn)題，對(duì)LED照明系統(tǒng)的燈罩進(jìn)行新工藝處理，并在燈罩中加入不規(guī)則的納米級(jí)顆粒，以解決眩光問(wèn)題。根據(jù)不同車型和不同車體的要求，設(shè)計(jì)研究要滿足不同需求的LED照明系統(tǒng)的外形結(jié)構(gòu)。根據(jù)光線反射原理，確定照明系統(tǒng)的LED排列方式和燈罩外形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化最佳光照系統(tǒng)。提高光照度的均勻性，改善燈具的光照性能，提高光照度和對(duì)光能的利用率。
3電氣控制系統(tǒng)處理器
在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過(guò)程中，單片機(jī)的選擇至關(guān)重要，無(wú)論是從穩(wěn)定性，還是性能和價(jià)格的角度上都必須滿足設(shè)計(jì)要求。本文選擇STC89c51單片機(jī)。其程序下載十分方便，這也是此單片機(jī)的一個(gè)十分重要的特點(diǎn)。單片機(jī)在用戶系統(tǒng)上即可下載/燒錄用戶程序，而無(wú)須將單片機(jī)從已生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下，再用通用編程器將程序代碼燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，因此不必再購(gòu)買通用編程器。有些程序尚未定型的產(chǎn)品可以一邊生產(chǎn)，一邊完善，加快了產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的速度，減小了新產(chǎn)品由于軟件缺陷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。由于可以將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果，因此也可以不用仿真器。大部分STC89系列單片機(jī)在銷售給用戶之前已在單片機(jī)內(nèi)部固化ISP系統(tǒng)引導(dǎo)程序，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，故無(wú)須編程器(速度比通用編程器快)。
4應(yīng)急照明系統(tǒng)
對(duì)于傳統(tǒng)的緊急照明系統(tǒng)，一般都是在檢測(cè)到外部電壓突然斷電后就直接啟動(dòng)了，但這并不適用于軌道車廂中的情況。相比于普通樓宇的緊急照明，車輛不可能存在24h供電的情況，當(dāng)車輛回到停靠站，結(jié)束一天的行程時(shí)，其電力系統(tǒng)是會(huì)被關(guān)斷的。如果此時(shí)緊急照明燈亮了，豈不是白白的浪費(fèi)電能?而且減少了蓄電池的壽命還起不到緊急照明作用，完全失去其意義。
所以，對(duì)于軌道車廂的應(yīng)急照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它應(yīng)該具有同時(shí)滿足幾個(gè)條件后才能開(kāi)啟的特性。總的來(lái)說(shuō)就是，檢測(cè)到主電路中沒(méi)電，同時(shí)檢測(cè)到?jīng)]有光亮，有聲音。這樣這個(gè)照明系統(tǒng)才是比較完整的，也是比較具有實(shí)用意義的.。
隨著社會(huì)的發(fā)展和人類精神文明的進(jìn)步，對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)安全越來(lái)越重視，人們對(duì)火災(zāi)等其他因素引起的危害認(rèn)識(shí)越來(lái)越深，消防的意識(shí)日益增強(qiáng)，用于火災(zāi)預(yù)防、報(bào)警、滅火和安全逃生的設(shè)施、器材層出不窮，因此有必要研究軌道車廂中的應(yīng)急照明系統(tǒng)。
應(yīng)急型照明系統(tǒng)是一種非常重要的照明裝置。在正常狀態(tài)供電時(shí)會(huì)自動(dòng)對(duì)后備蓄電池進(jìn)行充電處理，在電源忽然間停電后自動(dòng)切換成蓄電池進(jìn)行供電，提供了應(yīng)急照明的功能，在高樓、教學(xué)單位樓、賣場(chǎng)和娛樂(lè)場(chǎng)所等人員相對(duì)密集的地方得到廣泛的應(yīng)用。它還涉及了建筑物等發(fā)生火災(zāi)時(shí)工作人員的安全疏散、消防應(yīng)急燈照明和方向指示等項(xiàng)內(nèi)容，在消防救援中起到了十分重要的作用，通常被人們稱作“生命之燈”。采用LED作為應(yīng)急照明的應(yīng)急燈，具有以下憂點(diǎn):壽命比較長(zhǎng)，能耗比較低，顯色性比較高，易維護(hù)，體積較小，點(diǎn)亮速度較快，無(wú)頻閃，發(fā)光效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光源，無(wú)有害金屬，環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因而成為了現(xiàn)代的主流產(chǎn)品。
5結(jié)束語(yǔ)
由于受到客觀條件的限制，本文對(duì)于一些問(wèn)題的研究還不夠深入仔細(xì)，如對(duì)車廂LED照明裝置中散熱進(jìn)行詳細(xì)的仿真計(jì)算和分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的力學(xué)詳細(xì)計(jì)算分析，車廂LED照明系統(tǒng)防火、防水、震動(dòng)等問(wèn)題，以及軌道車輛LED照明系統(tǒng)可靠性研究及產(chǎn)品工藝優(yōu)化等有待做進(jìn)一步的深入研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，LED在車廂照明系統(tǒng)中應(yīng)用是很具有潛力的，然而由于光效和價(jià)格的原因，目前還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。但是LED完全可以替代普通白熾燈在車廂中使用，確保高效而穩(wěn)定的工作。不同于白熾燈，LED不僅簡(jiǎn)單、方便，而且給人一種舒適的感覺(jué)。隨著工業(yè)生產(chǎn)和各種技術(shù)的發(fā)展，LED將會(huì)是未來(lái)車廂照明系統(tǒng)中不二的選擇，并將取得最廣泛的應(yīng)用。在今后的研究中，應(yīng)該更充分發(fā)揮LED的優(yōu)勢(shì)，從更加人性化地設(shè)計(jì)和提高燈光光照度的均勻性、改善燈具的光照性能、提高車廂內(nèi)LED照明系統(tǒng)的光照度等方面著手，優(yōu)化設(shè)計(jì)出最佳的光照系統(tǒng)和更多的新型燈具。
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