直升機座艙自適應(yīng)調(diào)光控制設(shè)備設(shè)計

范方川

（昌河飛機工業(yè)（集團）有限公司，江西 景德鎮(zhèn)333002）

1 概述

座艙所處的光環(huán)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(nèi)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(huán)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(fā)光裝置進行亮度調(diào)節(jié)，座艙各控制面板或各系統(tǒng)就有了亮度調(diào)節(jié)功能，但是這種亮度調(diào)節(jié)模式在外界環(huán)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(jù)人機工效，研制具有自動調(diào)光功能，從而調(diào)節(jié)座艙照明系統(tǒng)亮度，使飛行員始終有一個舒適的座艙照明環(huán)境。

2 技術(shù)方案設(shè)計

2.1 工作原理

調(diào)光控制設(shè)備把從不同功能區(qū)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(qū)動后級電路，使其輸出帶占空比的導(dǎo)光板、顯示器、告警指示燈等設(shè)備的亮度電源。

調(diào)光板接收來自CAN 總線發(fā)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(diào)整PWM信號占空比，從而改變輸出端各系統(tǒng)亮度電源的占空比，最終改變設(shè)導(dǎo)光板的亮度。由于各飛行員個體之間存在差異，故該系統(tǒng)還可提供個性化設(shè)置功能，各飛行員可根據(jù)個人對亮度的喜好通過微調(diào)旋鈕對亮度進行微調(diào)，系統(tǒng)可自動保存該設(shè)置，且在下次上電時自動加載。同時，為了提高系統(tǒng)可靠性，自動調(diào)光系統(tǒng)同時提供手動調(diào)光方式。

亮度調(diào)節(jié)模式切換模塊主要由一個撥動開關(guān)實現(xiàn)兩種調(diào)光工作模式的切換。

圖1 調(diào)光控制設(shè)備原理框圖

手動亮度調(diào)節(jié)模塊主要是由調(diào)光旋鈕組成，將駕駛艙按不同照明設(shè)備、不同亮度區(qū)域分別設(shè)置調(diào)光旋鈕，在手動亮度調(diào)節(jié)模式下，可實現(xiàn)照明設(shè)備的亮度根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。

亮度微調(diào)模塊也是由調(diào)光旋鈕組成，對不同類照明設(shè)備分別設(shè)備微光旋鈕，實現(xiàn)在自動亮度調(diào)節(jié)模式下，根據(jù)不同駕駛員的個人視覺喜好，在自動調(diào)節(jié)亮度的基礎(chǔ)上進行小范圍亮度調(diào)節(jié)。

2.2 電氣性能設(shè)計

調(diào)光控制設(shè)備設(shè)計按性能、功能及相關(guān)要求，進行分塊布局設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

調(diào)光控制設(shè)備內(nèi)部嚴格遵循標準化、通用化、組合化設(shè)計原則，采用成熟的加固技術(shù)，在滿足技術(shù)指標的前提下，進行優(yōu)化設(shè)計。內(nèi)部模塊可分為環(huán)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(jié)構(gòu)設(shè)計，自成一體，便于生產(chǎn)調(diào)試和快速維修更換。采用前面板可拆卸設(shè)計，即從燈盒正面即可打開產(chǎn)品，方便在不整體拆卸產(chǎn)品的前提下完成對發(fā)生故障的導(dǎo)光板的更換，整個過程方便、快捷。

調(diào)光控制設(shè)備每一路PWM電源輸出均采用獨立工作形式設(shè)計，當一路PWM電源輸出時，不影響其他供電輸出回路。

調(diào)光控制設(shè)備設(shè)計雙電源供電形式，內(nèi)部設(shè)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(chǎn)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(yōu)良的共模和差模插入損耗特性和瞬態(tài)尖峰抑制功能；供電電源穩(wěn)壓模塊具備低噪聲的零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)，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(nèi)，模塊均穩(wěn)定輸出DC28V 電源。電源輸入端和各通訊模塊輸入端均設(shè)有雷電防護電路。每路輸入信號處理、采集均設(shè)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(shù)企業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量可靠、穩(wěn)定，選用的關(guān)鍵性器件都具有抑制15KV靜電沖擊的能力，為本系統(tǒng)正常穩(wěn)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(diào)光設(shè)備和調(diào)光區(qū)域等多個角度出發(fā)，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(qū)域的選擇

對于需要調(diào)光的設(shè)備安裝區(qū)域進行規(guī)劃，在環(huán)境光變化范圍比較大而且白天光照比較充足區(qū)域，首先選擇全照度傳感器；在環(huán)境光變化范圍小，而且機艙位置決定了環(huán)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(tǒng)一體化調(diào)光的有效控制。

2.3.2 需要調(diào)光的設(shè)備

全照度需要調(diào)光設(shè)備，采用全照度傳感器采集環(huán)境光的照度，對于光的調(diào)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(xiàn)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(shù)量的低照度傳感器，優(yōu)化照明亮度調(diào)節(jié)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(nèi)裝飾材料的折射率、吸收、反射、漫射等相關(guān)參數(shù)；設(shè)置環(huán)境光，調(diào)節(jié)環(huán)境光的照度值，仿真分析環(huán)境光變化的情況下，得到駕駛艙不同區(qū)域光的變化。

以駕駛艙儀表板區(qū)域為例說明光照傳感器的布局，這個區(qū)域通常有全照度需要調(diào)光的設(shè)備有顯示器，低照度調(diào)光的導(dǎo)光板。為檢測顯示器上環(huán)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(dǎo)光板上的環(huán)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(dǎo)光板光照傳感器的選定，當環(huán)境光照度小于200 Lx 時，導(dǎo)光板才自動調(diào)光，當環(huán)境光照度大于200 Lx 時，導(dǎo)光板的字符反射亮度足以滿足觀察要求，不需要自動調(diào)光要求；當環(huán)境光照度小于200 Lx 時，駕駛艙內(nèi)部光線主要源于艙內(nèi)照明系統(tǒng)。對于導(dǎo)光板的環(huán)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(xué)軟件的實際驗證。通過儀器，驗證在預(yù)定位置布置候選的光照傳感器，在環(huán)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(diào)光設(shè)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(shù)據(jù)采集

自動調(diào)光系統(tǒng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)光的功能，主要有環(huán)境光照度傳感器，感知需要調(diào)光周圍的光照度，承擔光信號轉(zhuǎn)化為電信號，采集環(huán)境光照度的穩(wěn)定性和精確度，顯得尤為重要。所以在硬件設(shè)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(huán)境光的照度值。