基于智能調光技術的客室照明系統設計

王英軍

摘? 要：目前地鐵車輛普遍應用的照明系統都不能根據外界環境的照度進行自動調節，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光技術的內部照明系統設計的功能特性，以實現車輛客室恒照度，達到節能的目的。

關鍵詞：智能調光技術;無極恒照度;節能

0 引言

目前國內地鐵普遍使用的照明系統都不能根據外部環境的照度對照明燈具的發光效果進行自動調節。因此，在外部環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控制的無級恒照度調光照明系統，系統可以依據采集到的外部環境的照度，自動對照明燈具的發光效果進行無級調節，既滿足了日常運營對車輛照明系統照度值恒定的要求，又節約了能源。

1 系統架構

系統包括調光控制模塊，亮度采集器，驅動電源和LED燈具四個部分。系統結構框圖如圖1所示：

1.1主控模塊

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

1.2亮度采集器

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

1.3 驅動電源

驅動電源負責給每個LED燈具供電，根據從調光控制模塊輸入的PWM信號調整LED燈具的輸入功率，從而進行照度調整。

1.4LED燈具

照明的燈具采用LED（發光二極管）作為光源，提高了燈具的壽命和發光效果，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光控制工作，當得到來自車輛側的客室照明自動模式的信號后，主控模塊進入自動智能調光模式，在此模式下，根據分析可以得出系統的控制框圖如圖 2所示。

同一車廂內，綜合兩個亮度采集器采集的光強數據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中擾動輸入; 通過調整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，同時在前區增加死區控制，避免因外部光強細微的擾動致使頻繁調節燈光亮度對乘客造成不適; 以上控制策略的實現，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，能夠實現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超過此預設值時，則調整燈光至最暗（通常設定為10%）。

此控制策略能夠真正實現照明燈光的無級調節，在達到最理想的節能效果的同時，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動電源的輸出功率，以實現節約能源的目的。從而實現軌道車輛在全壽命周期內能耗成本的減低，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.

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