直升機座艙自適應調光控制設備設計

范方川

（昌河飛機工業（集團）有限公司，江西 景德鎮333002）

1 概述

座艙所處的光環境照度變化范圍非常寬，從夜間的0Lux 到太陽直射時的100000Lux，甚至到強探照燈和核爆炸所引起的超強閃光，在相同的艙外光照下，艙內不同部位的照度也會相差很大，在夜間、白天、黃昏等不同外部環境光下為了使飛行員能夠準確的識別夜航各種信息，就必須對發光裝置進行亮度調節，座艙各控制面板或各系統就有了亮度調節功能，但是這種亮度調節模式在外界環境光強度變化頻繁時增加了飛行員的工作強度，因此研制能夠根據人機工效，研制具有自動調光功能，從而調節座艙照明系統亮度，使飛行員始終有一個舒適的座艙照明環境。

2 技術方案設計

2.1 工作原理

調光控制設備把從不同功能區域采集到的低照度光敏傳感器及高照度光敏傳感器的照度信息，交由微處理器對其進行處理、處理完成后輸出一定占空比的PWM信號，PWM信號再驅動后級電路，使其輸出帶占空比的導光板、顯示器、告警指示燈等設備的亮度電源。

調光板接收來自CAN 總線發來了亮度信息后，對信息進行解析再交由微處理對其運算，通過運算值來調整PWM信號占空比，從而改變輸出端各系統亮度電源的占空比，最終改變設導光板的亮度。由于各飛行員個體之間存在差異，故該系統還可提供個性化設置功能，各飛行員可根據個人對亮度的喜好通過微調旋鈕對亮度進行微調，系統可自動保存該設置，且在下次上電時自動加載。同時，為了提高系統可靠性，自動調光系統同時提供手動調光方式。

亮度調節模式切換模塊主要由一個撥動開關實現兩種調光工作模式的切換。

圖1 調光控制設備原理框圖

手動亮度調節模塊主要是由調光旋鈕組成，將駕駛艙按不同照明設備、不同亮度區域分別設置調光旋鈕，在手動亮度調節模式下，可實現照明設備的亮度根據需要進行調節。

亮度微調模塊也是由調光旋鈕組成，對不同類照明設備分別設備微光旋鈕，實現在自動亮度調節模式下，根據不同駕駛員的個人視覺喜好，在自動調節亮度的基礎上進行小范圍亮度調節。

2.2 電氣性能設計

調光控制設備設計按性能、功能及相關要求，進行分塊布局設計，提高了系統的可靠性和穩定性。

調光控制設備內部嚴格遵循標準化、通用化、組合化設計原則，采用成熟的加固技術，在滿足技術指標的前提下，進行優化設計。內部模塊可分為環境光強信息采集電路模塊、信號處理模塊、PWM電源輸出模塊。它們分別采用獨立結構設計，自成一體，便于生產調試和快速維修更換。采用前面板可拆卸設計，即從燈盒正面即可打開產品，方便在不整體拆卸產品的前提下完成對發生故障的導光板的更換，整個過程方便、快捷。

調光控制設備每一路PWM電源輸出均采用獨立工作形式設計，當一路PWM電源輸出時，不影響其他供電輸出回路。

調光控制設備設計雙電源供電形式，內部設計有隔離電路，兩路供電電源獨立工作，互不影響。任何一路供電電源失效均不影響產品正常工作。電源部分選用的電源浪涌保護模塊體積小，功耗低、帶載能力強、可靠性高。工作電壓范圍DC8V～DC45V，最大可承受80V/100ms 浪涌沖擊。具有很強的自我保護功能和浪涌吸收能力，峰值效率高達89%，工作溫度范圍：-55℃～+125℃；電源濾波器具有優良的共模和差模插入損耗特性和瞬態尖峰抑制功能；供電電源穩壓模塊具備低噪聲的零電流開關和零電壓開關技術，輸入欠壓閉鎖和輸出過壓保護功能，在輸入電壓DC18V～DC36V 范圍內，模塊均穩定輸出DC28V 電源。電源輸入端和各通訊模塊輸入端均設有雷電防護電路。每路輸入信號處理、采集均設計有獨立的通道，信號之間獨立工作，互不影響。微處理器、通訊集成電路、輸入信號管理芯片、PWM電源輸出芯片及其它器件，均選用我國高新技術企業，產品質量可靠、穩定，選用的關鍵性器件都具有抑制15KV靜電沖擊的能力，為本系統正常穩定的工作提供了有力保障。

2.3 駕駛艙光敏傳感器的布局原則

光敏傳感器的布局，按照調光設備和調光區域等多個角度出發，綜合考慮駕駛艙照明一體化要求，既能達到光的均勻性和舒適性，還能提高人機工效的目的。布局的原則如下：

2.3.1 區域的選擇

對于需要調光的設備安裝區域進行規劃，在環境光變化范圍比較大而且白天光照比較充足區域，首先選擇全照度傳感器；在環境光變化范圍小，而且機艙位置決定了環境光不能充分提供充足的光照，必須依賴于機載照明，在此位置采用低照度傳感器，保證照明系統一體化調光的有效控制。

2.3.2 需要調光的設備

全照度需要調光設備，采用全照度傳感器采集環境光的照度，對于光的調整，既不能影響對比度造成信息識別障礙，又不能對駕駛員的視覺引起疲勞，表現最為突出的就是顯示器，所以在顯示器的周圍依然需要布置一定數量的低照度傳感器，優化照明亮度調節效果。

2.3.3 布局的方法

光照傳感器布局采用軟件，建立駕駛艙的幾何模型；定義艙內裝飾材料的折射率、吸收、反射、漫射等相關參數；設置環境光，調節環境光的照度值，仿真分析環境光變化的情況下，得到駕駛艙不同區域光的變化。

以駕駛艙儀表板區域為例說明光照傳感器的布局，這個區域通常有全照度需要調光的設備有顯示器，低照度調光的導光板。為檢測顯示器上環境光的變化，其上需同時布置低照度光照傳感器和較高的照度傳感器；為檢測導光板上的環境光變化，其上需布局低照度光照傳感器。

顯示器上的光照傳感器候選位置，國外采用顯示器對角線布置方式，即在顯示器的對角線頂點各布置一個光照傳感器，如圖2 所示。

圖2 顯示器上光照傳感器候選位置示意圖

導光板光照傳感器的選定，當環境光照度小于200 Lx 時，導光板才自動調光，當環境光照度大于200 Lx 時，導光板的字符反射亮度足以滿足觀察要求，不需要自動調光要求；當環境光照度小于200 Lx 時，駕駛艙內部光線主要源于艙內照明系統。對于導光板的環境光檢測采用低照度傳感器，布局相對容易一些。

以上對光照傳感器的布局只是一個粗略的估算，但是具體的位置，需要光學軟件的實際驗證。通過儀器，驗證在預定位置布置候選的光照傳感器，在環境光變化過程中，確定一個點的光照度強，變化比較明顯，就以此點來選擇光照傳感器的安裝位置。采用的原則是在需要調光設備的周圍布置光照傳感器，哪個傳感器的亮度值高，就選用哪個。

2.3.4 光照傳感器數據采集

自動調光系統之所以能夠實現自動調光的功能，主要有環境光照度傳感器，感知需要調光周圍的光照度，承擔光信號轉化為電信號，采集環境光照度的穩定性和精確度，顯得尤為重要。所以在硬件設計上，光照度傳感模擬量輸入接口采取濾波,抑制外界干擾，真實反映環境光的照度值。