直升机座舱自适应调光控制设备设计

范方川

（昌河飞机工业（集团）有限公司，江西 景德镇333002）

1 概述

座舱所处的光环境照度变化范围非常宽，从夜间的0Lux 到太阳直射时的100000Lux，甚至到强探照灯和核爆炸所引起的超强闪光，在相同的舱外光照下，舱内不同部位的照度也会相差很大，在夜间、白天、黄昏等不同外部环境光下为了使飞行员能够准确的识别夜航各种信息，就必须对发光装置进行亮度调节，座舱各控制面板或各系统就有了亮度调节功能，但是这种亮度调节模式在外界环境光强度变化频繁时增加了飞行员的工作强度，因此研制能够根据人机工效，研制具有自动调光功能，从而调节座舱照明系统亮度，使飞行员始终有一个舒适的座舱照明环境。

2 技术方案设计

2.1 工作原理

调光控制设备把从不同功能区域采集到的低照度光敏传感器及高照度光敏传感器的照度信息，交由微处理器对其进行处理、处理完成后输出一定占空比的PWM信号，PWM信号再驱动后级电路，使其输出带占空比的导光板、显示器、告警指示灯等设备的亮度电源。

调光板接收来自CAN 总线发来了亮度信息后，对信息进行解析再交由微处理对其运算，通过运算值来调整PWM信号占空比，从而改变输出端各系统亮度电源的占空比，最终改变设导光板的亮度。由于各飞行员个体之间存在差异，故该系统还可提供个性化设置功能，各飞行员可根据个人对亮度的喜好通过微调旋钮对亮度进行微调，系统可自动保存该设置，且在下次上电时自动加载。同时，为了提高系统可靠性，自动调光系统同时提供手动调光方式。

亮度调节模式切换模块主要由一个拨动开关实现两种调光工作模式的切换。

图1 调光控制设备原理框图

手动亮度调节模块主要是由调光旋钮组成，将驾驶舱按不同照明设备、不同亮度区域分别设置调光旋钮，在手动亮度调节模式下，可实现照明设备的亮度根据需要进行调节。

亮度微调模块也是由调光旋钮组成，对不同类照明设备分别设备微光旋钮，实现在自动亮度调节模式下，根据不同驾驶员的个人视觉喜好，在自动调节亮度的基础上进行小范围亮度调节。

2.2 电气性能设计

调光控制设备设计按性能、功能及相关要求，进行分块布局设计，提高了系统的可靠性和稳定性。

调光控制设备内部严格遵循标准化、通用化、组合化设计原则，采用成熟的加固技术，在满足技术指标的前提下，进行优化设计。内部模块可分为环境光强信息采集电路模块、信号处理模块、PWM电源输出模块。它们分别采用独立结构设计，自成一体，便于生产调试和快速维修更换。采用前面板可拆卸设计，即从灯盒正面即可打开产品，方便在不整体拆卸产品的前提下完成对发生故障的导光板的更换，整个过程方便、快捷。

调光控制设备每一路PWM电源输出均采用独立工作形式设计，当一路PWM电源输出时，不影响其他供电输出回路。

调光控制设备设计双电源供电形式，内部设计有隔离电路，两路供电电源独立工作，互不影响。任何一路供电电源失效均不影响产品正常工作。电源部分选用的电源浪涌保护模块体积小，功耗低、带载能力强、可靠性高。工作电压范围DC8V～DC45V，最大可承受80V/100ms 浪涌冲击。具有很强的自我保护功能和浪涌吸收能力，峰值效率高达89%，工作温度范围：-55℃～+125℃；电源滤波器具有优良的共模和差模插入损耗特性和瞬态尖峰抑制功能；供电电源稳压模块具备低噪声的零电流开关和零电压开关技术，输入欠压闭锁和输出过压保护功能，在输入电压DC18V～DC36V 范围内，模块均稳定输出DC28V 电源。电源输入端和各通讯模块输入端均设有雷电防护电路。每路输入信号处理、采集均设计有独立的通道，信号之间独立工作，互不影响。微处理器、通讯集成电路、输入信号管理芯片、PWM电源输出芯片及其它器件，均选用我国高新技术企业，产品质量可靠、稳定，选用的关键性器件都具有抑制15KV静电冲击的能力，为本系统正常稳定的工作提供了有力保障。

2.3 驾驶舱光敏传感器的布局原则

光敏传感器的布局，按照调光设备和调光区域等多个角度出发，综合考虑驾驶舱照明一体化要求，既能达到光的均匀性和舒适性，还能提高人机工效的目的。布局的原则如下：

2.3.1 区域的选择

对于需要调光的设备安装区域进行规划，在环境光变化范围比较大而且白天光照比较充足区域，首先选择全照度传感器；在环境光变化范围小，而且机舱位置决定了环境光不能充分提供充足的光照，必须依赖于机载照明，在此位置采用低照度传感器，保证照明系统一体化调光的有效控制。

2.3.2 需要调光的设备

全照度需要调光设备，采用全照度传感器采集环境光的照度，对于光的调整，既不能影响对比度造成信息识别障碍，又不能对驾驶员的视觉引起疲劳，表现最为突出的就是显示器，所以在显示器的周围依然需要布置一定数量的低照度传感器，优化照明亮度调节效果。

2.3.3 布局的方法

光照传感器布局采用软件，建立驾驶舱的几何模型；定义舱内装饰材料的折射率、吸收、反射、漫射等相关参数；设置环境光，调节环境光的照度值，仿真分析环境光变化的情况下，得到驾驶舱不同区域光的变化。

以驾驶舱仪表板区域为例说明光照传感器的布局，这个区域通常有全照度需要调光的设备有显示器，低照度调光的导光板。为检测显示器上环境光的变化，其上需同时布置低照度光照传感器和较高的照度传感器；为检测导光板上的环境光变化，其上需布局低照度光照传感器。

显示器上的光照传感器候选位置，国外采用显示器对角线布置方式，即在显示器的对角线顶点各布置一个光照传感器，如图2 所示。

图2 显示器上光照传感器候选位置示意图

导光板光照传感器的选定，当环境光照度小于200 Lx 时，导光板才自动调光，当环境光照度大于200 Lx 时，导光板的字符反射亮度足以满足观察要求，不需要自动调光要求；当环境光照度小于200 Lx 时，驾驶舱内部光线主要源于舱内照明系统。对于导光板的环境光检测采用低照度传感器，布局相对容易一些。

以上对光照传感器的布局只是一个粗略的估算，但是具体的位置，需要光学软件的实际验证。通过仪器，验证在预定位置布置候选的光照传感器，在环境光变化过程中，确定一个点的光照度强，变化比较明显，就以此点来选择光照传感器的安装位置。采用的原则是在需要调光设备的周围布置光照传感器，哪个传感器的亮度值高，就选用哪个。

2.3.4 光照传感器数据采集

自动调光系统之所以能够实现自动调光的功能，主要有环境光照度传感器，感知需要调光周围的光照度，承担光信号转化为电信号，采集环境光照度的稳定性和精确度，显得尤为重要。所以在硬件设计上，光照度传感模拟量输入接口采取滤波,抑制外界干扰，真实反映环境光的照度值。