地铁车厢灯光控制系统研究

地铁车厢灯光控制系统研究
王海怡;韩坚洁;翟逸笑;李佳威
【摘要】基于未来轨道车辆设备智能化与能耗绿色化的发展趋势,本文提出利用自然光补充车厢光照,结合车厢内光照需求,提出了合理的地铁车厢灯光控制系统.本系统基于STC89C52芯片,多使用集成模块,生产便利,具有成本优势,可有效实现车厢
节能、环保的目标,适用于各类车辆车厢.
【期刊名称】《产业与科技论坛》
【年(卷),期】2017(016)014
【总页数】2页(P62-63)
【关键词】单片机;传感器;红外模块;灯光控制
【作者】王海怡;韩坚洁;翟逸笑;李佳威
【作者单位】上海工程技术大学城市轨道交通学院;上海工程技术大学城市轨道交
通学院;上海工程技术大学城市轨道交通学院;上海工程技术大学城市轨道交通学院【正文语种】中文
(一)系统预期目标。

地铁车厢灯光控制系统总体目标为实现在根据环境的光照情况，合理利用自然光补充车厢持续照明，达到节能、环保的目的。

为实现该目的，本系统主要实现以下功能：根据车厢内是否有人调节光源数量；根据环境的光照情况调节光源的数量与光照的强度；完成自动控制与人工控制模式的切换；人工控制光源的数量与光照强度。

(二)系统总体构架说明。

地铁车厢灯光控制系统采用模块化设计，主要由
STC89C52最小系统模块、环境亮度采集与AD转换模块、红外模块、控制模块、数码显示模块、光源模块和驱动模块组成。

本系统中STC89C52最小系统模块作为控制核心，实现其他模块信号的接收与发出。

环境亮度采集与AD转换模块、红外模块作为输入的信号，前者采集环境的亮度并且转化为实时信号传输给单片机，后者用于监控车厢内人数并也化为实时信号传输给单片机，两者相结合作为判断系统光源数量与光照强度的判断依据。

数码显示模块与光源模块作为输出模块。

(一)主要模块说明。

1.STC89C52最小系统模块。

该芯片是STC公司生产的一种低能耗、高性能的CMOS8S位微控制器，具有8K系统可编程Flash储存器、32位I/O口线，足以满足我们对于控制系统和引脚数量的要求，并且成本低廉。

2.环境亮度采集与AD转换模块。

模块芯片采用PCF8951，集成光敏电阻，可以
通过AD采集环境光强精确数值，用于实现对于环境光照情况的采集和相关数据的实时转换和传输。

3.红外模块。

当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平，用于实现监控车厢内人数的目的。

4.数码显示模块。

根据输入信号，自动状态下，数码管显示通过PCF8591采集并AD转换的环境亮度值；手动状态下，数码管显示LED灯的亮度值。

实物图如图3所示。

5.光源模块。

在模型中，光源采用普通发光二极管，共设置四组，通过编程使用中断让所选单片机端口产生PWM(脉冲宽度调质)脉冲，调节占空比来控制灯的亮度。

6.驱动模块。

由于单片机的工作电压大约为3V～5V与生活电压的220V相差较大，故需要使用继电器来控制光源。

通过程序判定，芯片将在合适的条件下将低电平信号输送给驱动模块，用以控制继电器的闭合与开启。

7.控制模块。

完成人工人工控制模式，直接通过按键控制光源的亮暗和开关。

(二)各模块连接关系。

(一)程序语言。

本系统主要采用单片机C51语言，语法架构类似于C语言，结构
清晰。

(二)程序逻辑说明。

编程思路如下：开始后首先进行运行模式判断，若是则进入人工控制模式，若否则进入自动控制模式。

自动控制模式下，则红外模块检测是否有人在车厢内，若无，则光源熄灭，如有则进入环境亮度采集与AD转换模块。

环境亮度采集与AD转换模块采集周围亮度，若亮度达标则全部光源熄灭，若光源不达标则根据环境亮度确定光源亮度。

系统预期功能基本实现，可以根据环境亮度和红外模块调节光源亮灭和亮度，自动控制模式和人工控制模式运行良好，没有错误发生。

目前系统仅考虑一个出入口或者单个区域的情况，如果需要考虑多个出入口的情况，则可以考虑并行多个红外模块并行，修改程序逻辑并且增加驱动模块和光源的数量，同时各模块之间的相对位置也可以根据实际情况进行调整。

另外由于红外模块的灵敏度和设置方式问题，对于多人同时触发不太灵敏。

同时，由于列车在以较高的速度行进，导致外界的环境亮度在以一个较高的频率变化，导致光源的光照强度也会在短时间内频繁发生变化，可能会造成乘客的晕眩，解决方式可以通过数字滤波电路来解决，巴特沃斯滤波，贝赛尔，切比雪夫滤波电路都在考虑范围内。

总体来说，地铁车厢灯光控制系统各部分模块化，成本低廉，结构简单，便于推广于轨道交通的车厢和城市交通系统其他的公共交通，比如公交车车厢等。

近年来，随着我国经济的飞速发展，能源问题逐渐凸现出来，而城市轨道交通作为部分一线城市的交通中枢也表现出了设备智能化与能耗绿色化的发展趋势，车厢持续照明所带来的电能消耗问题也是问题中需要解决的一部分。

地铁车厢灯光控制系统提出通过自然光补充车厢光照，达到降低能耗的目的。

本项目通过单片机技术的应用设计出一个可以根据车厢外自然光照亮度与车厢内人数来自动调整灯光的地铁车厢灯光控制系统，主要使用STC89C52芯片，连接最小系
统模块、环境亮度采集与AD转换模块、红外模块等实现所需目标。

【相关文献】
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