浅谈轨道车辆led照明控制系统设计

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1、浅谈轨道车辆LED照明控制系统设计目前我国城市轨道交通已经进入高速发展时期,近几年来兴建的地铁线、动车线及轻轨线迅速增长。由于其专线行使，可避免交通拥挤、时间延误等因素，乘坐轨道客车出行成为大众首选的交通工具。LED作为一种新型照明光源，具有节能环保的优点，并且其优良的抗震性能非常适合轨道车辆车厢照明。虽尚未应用于轨道交通运输方面是由于LED不能直接使用交流市电供电，如果能够开发专门的控制系统实现其在车辆上的照明应用，在电能节约，环境保护上的收益将无可限量。基于此为在轨道车辆车厢照明领域推广LED节能照明技术，该文对轨道车辆车厢LED照明控制系统进行

2、了设计。　　通过对轨道车辆供电原理的分析，从中找到一种解决轨道车辆LED照明的方案。内容以单片机为控制核心，将亮度采集模块采集到的环境亮度信息进行处理，生成具有不同占空比的P数字脉冲，将该信号传递到LED驱动器，实现了对LED灯亮度的调节。该方法提高轨道车辆照明控制系统的稳定性和抗干扰能力。　　1轨道车辆车厢LED照明控制系统设计原理　　现在比较普遍的LED照明控制系统方案大多基于单片机系统、PLC系统和无线控制系统这三大类。　　由于本产品安置于车厢内，要求体积小、重量轻，另外器件选用的成本问题也要纳入考虑之内以便于实现产品化，PLC控制器体积大，成

3、本高的特点不适用于批量应用。另外，无线控制器的抗干扰能力较差。综合各方因素，我们决定采用单片机做为控制系统，其具有以下优势。　　(1)单片机集成度高;　　(2)单片机可靠性高，可连续长时间无故障工作;　　(3)处理功能强，速度快;　　(4)低电压，低功耗，便于生产便携式产品;　　(5)控制功能强。　　基于单片机系统设计的轨道车辆车厢LED普通照明系统的框图。其工作方式如下。　　(1)左上角和右上角的为轨道车辆车头及车尾部分的单片机系统(MCU1、MCU2和采光系统)，其中MCU1、MCU2为单片机处理器。采光系统主要是环境亮度传感模块，这个模块的主要

4、功能是通过特定的亮度传感器采集光亮，同时生成模拟量的信号，然后再通过A/D转换芯片将模拟量转换成数字量，通过数据口传送给单片机，最后单片机将得到的信息存储起来，等待处理。　　(2)车头处的单片机通过串口接收来自轨道车辆尾部单片机采集到的光亮信息来进行处理，根据两头外部光的强弱信息来算得适合车厢照明的光线亮度。　　(3)车头处的单片机通过串口向车厢内的单片机传输光线亮度信息。车厢内的单片机(MCU3到MCUn)根据传输过来的值，向外部驱动电路发送不同的调光信息。外部的LED驱动器将接收到的数字信息进行处理，最后进行对LED的调光，进而控制整个车厢LED

5、照明亮度。　　2轨道车辆车厢LED普通照明控制系统硬件设计　　2.1控制系统的选择　　在设计系统的过程中，对控制系统的选择至关重要，从系统的稳定性，性能和价格等方面考虑选择STC89C51单片机。　　STC89C51是采用8051核的ISP(InSystemProgramming)系统的可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8KBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，具有在系统可编程(ISP)的特性，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，不但速

6、度更快了，而且还不用购买通用编程器。　　2.2光亮处理模块设计　　2.2.1信号采集电路设计　　信号采集电路一共包括了三部分的内容，首先是ADC0809与单片机的连接电路图，而后是一个给ADC0809提供脉冲信号的4分频电路，最后的是一个亮度采集电路。　　由于设计中所用的单片机外部晶振固定频率是2MHZ。但ADC0809工作频率为几百kHZ(作为模数转换芯片的ADC0809需要外部提供一个500KHZ的时钟)。因此2MHZ对于来说其脉冲信号仍然是不合适的，需要一个4分频的电路来实现500kHZ的脉冲信号。于是我们采用74LS74来实现四分频的功能。7

7、4LS74实际上就是一个集成的双D触发器，并且是时钟上升沿触发。此信号采集电路的工作过程为亮度传感器采集到车厢内的光强信号后，将此模拟信号传递给模数转换芯片ADC0809并转换成数字量，而后模数转换芯片ADC0809将通过D0～D7引脚传送给单片机的P0口。　　2.2.2模数转换芯片的选择　　光亮处理模块最核心的东西-模数转换芯片的好坏很大程度上将影响到整个系统的精度和可靠性。转换时间越短的芯片其效果越好。基于此AD公司的ADC0809完全能够满足使用的要求。　　ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组

8、件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转