浅谈车厢照明装置及其控制系统的探索

　　LED目前虽已广泛应用于车辆照明装置特别是仪表背光照明中，但在车厢内照明的装置中，LED的应用仍在起步阶段，目前车厢照明所使用的照明设备大多是荧光灯，而荧光灯有发光效率不高，电源效率低，寿命不够长，有紫外线辐射，易碎，有污染等缺点，相比之下LED灯就弥补了这方面的不足。随着LED技术的快速发展以及LED工业生产的关键技术指标对于灯光发光效率要求的逐步提高，LED的应用将越来越广泛。特别是随着全球性能源短缺问题的日益严重，应国家建设资源节约型、环境友好型社会的号召，人们越来越关注LED在照明市场的发展前景，LED将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的潜力光源。在灯具设计方面，LED将更加趋向节能化、人性化和艺术化。因此，LED灯是接替荧光灯作为车辆车厢下一代照明的最优选择。
　　1主要工作
　　本文以车辆LED照明控制系统为研究对象，提出了针对照明控制系统的设计理念，重点研究LED结构设计和控制系统的构成及设计。研究的背景及意义是查阅资料了解当前国内外在该领域的发展情况和技术水平，详细了解LED照明的相关情况和注意事项，作为设计的借鉴和指导。确定了车厢照明系统LED照明装置结构和控制系统的方案设计，在考虑到LED照明发展中面临的问题的同时，针对该LED外形结构和控制系统设计构想以及主要关键技术进行了相关的方案选择设计，并制定了总体的研发思路，进行了紧急照明系统及其软件部分的设计。根据设计目的和要求，进行车辆LED照明系统部分的设计，主要是主机的选择、灯具的设计和相关驱动电路的设计，并进行验证，最后确定选择方案。整个设计过程中必须注重的一个问题就是信号采集和信号的传输。控制系统部分的设计也遵循简单直接的原则。LED与传统光源相比，具有节能、环保、响应时间短、效率高、体积小、寿命长、抗震性好等多项优势，因而受到人们的青睐，也成为当前各国半导体照明领域研究的热点。
　　2车厢照明装置系统工作原理和总体设计方案
　　电气系统总体设计：车辆LED照明控制系统设计必须满足车辆照明的要求。例如地铁车辆经常穿行于地下和地面，由于地下没有阳光而地面又会有充足的光线，当采用传统的照明时，由于LED灯没有调光的能力，这就会导致车厢内亮度的不统一。为了解决上述问题，所以在车辆中设计的LED照明设备必须具有自动调光的功能。自动调光的功能需要有光亮采集模块的存在，除此以外还应有对光亮强度的处理模块。最重要的还有LED的驱动问题，多个高亮度LED组成一个完整的LED发光模块，此时就需要一个可靠的LED驱动芯片。LED驱动模块之间存在着很大的距离，因此需要选择一种有效的信息传输通道。硬件部分的设计完成后，最后还有软件部分的设计，软件部分设计的好坏直接影响到整个系统的稳定性。
　　由上述分析，总的设计方案可以总结为以下几点：（1）选择适合的处理器芯片，芯片的运算速度必须足够，价格也适当，可靠性有保障。（2）选择正确的光亮调节模块和光亮处理模块，模块对光线的强度的灵敏度必须能够达到一定的精度要求。（3）选择可靠的LED驱动芯片，芯片必须能够驱动大量的发光二极管，对其能够驱动的功率要求比较高，同时其抗干扰能力和稳定性都必须有保证。（4）选择可靠性高的信息传输通道，抗干扰能力必须很高，比如RS232通信协议。（5）编写简洁可靠的程序，程序要求结构紧凑，简单易懂，逻辑清晰。设计要求满足不同车厢系统和不同车型、车体要求的LED照明系统。采用LED的灯具应尽可能地利用LED的定向发光特性，使灯具中的各个LED分别直接把光线射向被照的各个区域，再利用灯具反射器的辅助配光，来实现灯具的综合配光。通过对LED阵列光源应用于照明的光学原理和结构设计进行研究计算，在满足国家标准要求的基础上达到最优化。针对LED的眩光问题，对LED照明系统的灯罩进行新工艺处理，并在灯罩中加入不规则的纳米级颗粒，以解决眩光问题。根据不同车型和不同车体的要求，设计研究要满足不同需求的LED照明系统的外形结构。根据光线反射原理，确定照明系统的LED排列方式和灯罩外形结构，设计并优化最佳光照系统。提高光照度的均匀性，改善灯具的光照性能，提高光照度和对光能的利用率。
　　3电气控制系统处理器
　　在设计系统的过程中，单片机的选择至关重要，无论是从稳定性，还是性能和价格的角度上都必须满足设计要求。本文选择STC89c51单片机。其程序下载十分方便，这也是此单片机的一个十分重要的特点。单片机在用户系统上即可下载烧录用户程序，而无须将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部，因此不必再购买通用编程器。有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果，因此也可以不用仿真器。大部分STC89系列单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化ISP系统引导程序，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，故无须编程器（速度比通用编程器快）。
　　4应急照明系统
　　对于传统的紧急照明系统，一般都是在检测到外部电压突然断电后就直接启动了，但这并不适用于轨道车厢中的情况。相比于普通楼宇的紧急照明，车辆不可能存在24h供电的情况，当车辆回到停靠站，结束一天的行程时，其电力系统是会被关断的。如果此时紧急照明灯亮了，岂不是白白的浪费电能？而且减少了蓄电池的寿命还起不到紧急照明作用，完全失去其意义。
　　所以，对于轨道车厢的应急照明系统来说，它应该具有同时满足几个条件后才能开启的特性。总的来说就是，检测到主电路中没电，同时检测到没有光亮，有声音。这样这个照明系统才是比较完整的，也是比较具有实用意义的。
　　随着社会的发展和人类精神文明的进步，对生命和财产安全越来越重视，人们对火灾等其他因素引起的危害认识越来越深，消防的意识日益增强，用于火灾预防、报警、灭火和安全逃生的设施、器材层出不穷，因此有必要研究轨道车厢中的应急照明系统。
　　应急型照明系统是一种非常重要的照明装置。在正常状态供电时会自动对后备蓄电池进行充电处理，在电源忽然间停电后自动切换成蓄电池进行供电，提供了应急照明的功能，在高楼、教学单位楼、卖场和娱乐场所等人员相对密集的地方得到广泛的应用。它还涉及了建筑物等发生火灾时工作人员的安全疏散、消防应急灯照明和方向指示等项内容，在消防救援中起到了十分重要的作用，通常被人们称作生命之灯。采用LED作为应急照明的应急灯，具有以下忧点：寿命比较长，能耗比较低，显色性比较高，易维护，体积较小，点亮速度较快，无频闪，发光效率远高于传统光源，无有害金属，环保等优点，因而成为了现代的主流产品。
　　5结束语
　　由于受到客观条件的限制，本文对于一些问题的研究还不够深入仔细，如对车厢LED照明装置中散热进行详细的仿真计算和分析，结构设计中的力学详细计算分析，车厢LED照明系统防火、防水、震动等问题，以及轨道车辆LED照明系统可靠性研究及产品工艺优化等有待做进一步的深入研究。实验结果表明，LED在车厢照明系统中应用是很具有潜力的，然而由于光效和价格的原因，目前还没有得到广泛的应用。但是LED完全可以替代普通白炽灯在车厢中使用，确保高效而稳定的工作。不同于白炽灯，LED不仅简单、方便，而且给人一种舒适的感觉。随着工业生产和各种技术的发展，LED将会是未来车厢照明系统中不二的选择，并将取得最广泛的应用。在今后的研究中，应该更充分发挥LED的优势，从更加人性化地设计和提高灯光光照度的均匀性、改善灯具的光照性能、提高车厢内LED照明系统的光照度等方面着手，优化设计出最佳的光照系统和更多的新型灯具。