一種列車客室照明智能控制裝置的製作方法

2023-05-20 09:40:11

本實用新型涉及一種照明控制器，尤其是涉及一種列車客室照明智能控制裝置。

背景技術：

隨著公共運輸事業的發展，城市地鐵已經成為了市民出行的最常用方式之一，各地政府也越來越重視城市地鐵的建設和維護投入。

車廂照明系統擔負著在亮度不足的環境中保障旅客安全的重要任務，在列車客運服務中佔據了重要的地位。目前國內大多數列車車廂的照明系統存在著控制方式陳舊和信息管理手段落後等問題，例如，列車在白天行駛時，車廂開著燈又浪費能源，如果不開燈當列車行駛進入隧道時又影響乘客的安全、舒適，所以現在的列車車廂照明系統己經不能滿足列車在目前中國鐵路大發展的新形勢下安全運行和節約能源的需要。

現有的車廂照明系統雖然有部分設置了光強採集模塊，但是也存在一些問題，例如：

1、雖然部分列車在控制迴路中通過實現安裝在兩頭司機室的光控制器的通訊功能，實現了全列車完全駛出隧道後關閉客室常用照明的功能，但是，由於其控制閾值單一且延時時間不夠，在進出地面站臺或長度較短的隧道或橋洞時，同樣會出現客室照明短時間內頻繁開啟和關閉的現象，因此，在實際運營中也未開啟該功能進行節能。

2、現有車廂照明系統由於閾值設置單一，且基本沒有延時等原因，列車在進出地面站臺或長度較短的隧道或橋洞時，會出現客室照明短時間內頻繁開啟和關閉的現象，頻繁的開關照明會造成客室內乘客的舒適度下降，容易引起投訴等，降低運營服務質量。

3、一般光控制器檢測到大於閾值的照度，會直接關閉客室常用照明，然而此時由於列車長度較長，大部分列車處於隧道內，隧道客室內照度將明顯降低，影響舒適度，等等。

技術實現要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種列車客室照明智能控制裝置，具有延時控制功能，避免客室照明短時間內頻繁開啟和關閉的現象，節能效益好。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種列車客室照明智能控制裝置包括光敏傳感器、光照採集電路、光照信號放大隔離電路、單片機、移位寄存器、時鐘電路和電源電路，所述光敏傳感器設於列車車頭處，並連接光照採集電路的輸入端，所述光照採集電路的輸出端連接光照信號放大隔離電路的輸入端，所述光照信號放大隔離電路的輸出端連接單片機的光照信號輸入端，所述單片機的照明控制信號輸出端連接移位寄存器的輸入端，所述移位寄存器的並行輸出端對應連接各車廂的照明燈，所述時鐘電路連接單片機的時鐘信號輸入端，所述電源電路為其他模塊提供工作電壓。

所述光照採集電路包括第一運算放大器和NPN型三極體，所述光敏傳感器的輸出端連接第一運算放大器的輸入端，所述第一運算放大器的輸出端連接NPN型三極體的基極，所述NPN型三極體的發射極連接光照信號放大隔離電路的輸入端。

所述光照信號放大隔離電路包括相連接的第二運算放大器和第一光電隔離器，所述第二運算放大器的輸入端連接光照採集電路的輸出端，所述第一光電隔離器的輸出端連接單片機的光照信號輸入端。

所述電源電路包括直流濾波器、開關電源晶片、變壓器、第二光耦隔離器、半橋整流電路和穩壓晶片，所述直流濾波器的輸入端連接直流輸入電源，直流濾波器的輸出端分別連接開關電源晶片的控制端和變壓器的輸入端，所述變壓器的輸出端連接半橋整流電路的輸入端，所述半橋整流電路的輸出端分別連接第二光耦隔離器的一端和穩壓晶片的輸入端，所述第二光耦隔離器的另一端連接開關電源晶片的電源端，所述穩壓晶片的輸出端輸出工作電壓。

所述光敏傳感器為多個，多個光敏傳感器均布設置在列車車頭處。

該裝置還包括控制面板，以及分別設於控制面板上的復位按鈕和工作狀態指示燈，所述復位按鈕和工作狀態指示燈均連接單片機。

該裝置還包括485通信接口電路，所述485通信接口電路通過第四光耦隔離器連接單片機的通信信號傳輸端。

該裝置還包括用於數據備份的數據存儲卡，所述數據存儲卡連接單片機。

所述單片機採用PIC16F877型單片機。

所述移位寄存器採用74HC595型移位寄存器。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

1、單片機通過光敏傳感器的光照信號採集與移位寄存器的照明燈控制信號發送，實現在列車進入地面或進入地下時能夠及時將各車廂的照明燈信號順序依次關閉或開啟，使得列車客室的照明更加節能、人性化。

2、通過多個均布設置的光敏傳感器，光照採集電路可以準確獲取列車進入地面或者進入地下的光照強度均值，避免出現因周圍列車經過、遮擋部分光線而導致頻繁控制照明燈開啟關閉的現象。

3、光照信號放大隔離電路對採集的光照信號進一步放大且隔離幹擾信號，提高裝置工作的可靠性。

4、單片機選用PIC16F877型單片機，有著豐富的外設可以實現多種功能的應用，同時可以外擴存儲器，具有功耗低等優點。

5、外置的時鐘電路可以為控制裝置提供高精度時鐘，以保證車廂內照明燈的控制時間的準確度。

6、通過設置復位按鈕可以實現裝置死機時的強制復位工作，同時工作狀態指示燈可實現裝置的正常工作狀態指示以及故障報警指示，使得智能控制裝置實用性強。

7、485通信接口電路實現單片機與上位機的串行通信，便於測試與維修。

8、數據存儲卡使得控制裝置具有數據冗餘功能，在原存儲晶片損壞後，節能數據不會丟失。

9、由於列車採用的是傳統螢光燈，如果頻繁的開關容易造成燈管損耗加劇，壽命嚴重縮短，增加運營的維護成本。使用本智能控制裝置後避面了傳統螢光燈管損耗加劇的現象發生，減少運營的維護成本。

10、頻繁的開關照明會造成客室內乘客的舒適度下降，容易引起投訴等，降低運營服務質量，運用本智能控制裝置後使得客室照明處於相對穩定狀態，提升了乘客的舒適度，相當的提高了運營服務質量。

11、本智能控制裝置採用的是單個司機室設置方式，相比雙司機室類光控制器，結構簡單，製作成本低，易於推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結構示意圖；

圖2為光照採集電路的示意圖；

圖3為光照信號放大隔離電路的示意圖；

圖4為電源電路中直流濾波器的電路示意圖；

圖5為電源電路中DC-DC變換輸出12V部分的電路示意圖；

圖6為電源電路中DC-DC變換輸出5V部分的電路示意圖；

圖7為單片機以及周圍電路的示意圖；

圖8為時鐘電路的示意圖；

圖9為移位寄存器的電路示意圖；

圖10為485通信接口電路的示意圖。

圖中：101、光敏傳感器，102、光照採集電路，103、光照信號放大隔離電路，104、單片機，105、移位寄存器，106、時鐘電路，107、電源電路，108、照明燈，109、485通信接口電路，110、上位機。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。

如圖1所示，一種列車客室照明智能控制裝置包括光敏傳感器101、光照採集電路102、光照信號放大隔離電路103、單片機104、移位寄存器105、時鐘電路106和電源電路107，光敏傳感器101設於列車車頭處，並連接光照採集電路102的輸入端，光照採集電路102的輸出端連接光照信號放大隔離電路103的輸入端，光照信號放大隔離電路103的輸出端連接單片機104的光照信號輸入端，單片機104的照明控制信號輸出端連接移位寄存器105的輸入端，移位寄存器105的並行輸出端對應連接各車廂的照明燈108，時鐘電路106連接單片機104的時鐘信號輸入端，電源電路107為其他模塊提供工作電壓，當光敏傳感器101採集的光照信號超過光照閾值，單片機104控制移位寄存器105發送照明燈108控制信號，實現在列車進入地面或進入地下時能夠及時將各車廂的照明燈108信號順序依次關閉或開啟，使得列車客室的照明更加節能、人性化。

如圖2所示，光照採集電路102包括第一運算放大器U1、NPN型三極體Q1以及電阻R1-R6、電容C1、二極體D1，本實施例中光敏傳感器101採用光敏二極體LEA，第一運算放大器U1的型號為LF412，光敏二極體LEA的正極連接電源電路107提供的5V電壓，光敏二極體LEA的負極連接第一運算放大器U1的第2引腳，第一運算放大器U1的第3引腳經電阻R5連接NPN型三極體Q1的基極，NPN型三極體Q1的發射極經二極體D1連接光照信號放大隔離電路103的輸入端，光照採集電路102輸出的信號標記為OUTMA。

光敏傳感器101為多個，多個光敏傳感器101均布設置在列車車頭處，通過多個均布設置的光敏傳感器101，光照採集電路102可以準確獲取列車進入地面或者進入地下的光照強度均值，避免出現因周圍列車經過、遮擋部分光線而導致頻繁控制照明燈108開啟關閉的現象，本實施例中在列車車頭的擋風玻璃處對稱設置兩個光敏傳感器101。

如圖3所示，光照信號放大隔離電路103對採集的光照信號進一步放大且隔離幹擾信號，包括第二運算放大器U2、第一光電隔離器U3以及電阻R7-R12，本實施例中第二運算放大器U2的型號為LM358，第二運算放大器U2的第3引腳經電阻R7連接光照採集電路102的輸出端，即光照採集電路102輸出的信號OUTMA輸入第二運算放大器U2，第一光電隔離器U3的第1引腳經電阻R11連接第二運算放大器U2的第1引腳，第一光電隔離器U3的第3引腳連接單片機104的光照信號輸入端，本實施例中一路的光照信號放大隔離電路103輸出的信號標記為AD1A，另一路的輸出的信號標記為AD2A。

如圖4-6所示，電源電路107依次包括三部分：直流濾波器、DC-DC變換輸出12V部分和DC-DC變換輸出5V部分，圖4中，直流濾波器包括電阻R13-14、電容C2-C9、電感L1-L2和二極體D2，列車上的直流輸入電源110V依次經過直流濾波器輸出直流電壓±DC，圖5中，DC-DC變換輸出12V部分包括開關電源晶片U5、變壓器T1、第二光耦隔離器U6、半橋整流電路以及電容C10-C24、二極體D3-D8、電阻R15-R21、電感L3-L5、三極體Q3，其中變壓器T1的次級繞組輸出端連接的二極體D6構成半橋整流電路，開關電源晶片U5的型號為VIP22A，DC-DC變換輸出5V部分包括穩壓晶片U7以及二極體D9、電容C25-C26、電感L6，穩壓晶片U7的型號為LM2575，直流濾波器輸出的直流電壓+DC經二極體D3、D4、電容C13連接變壓器T1的初級繞組和開關電源晶片U5的第5-8引腳，變壓器T1的次級繞組經半橋整流電路的二極體D6分別第二光耦隔離器U6的第2引腳和穩壓晶片U7的第1引腳，第二光耦隔離器U6的第3引腳連接開關電源晶片U7的第3引腳，穩壓晶片U7的第2引腳輸出工作電壓+5V，二極體D6與穩壓晶片U7之間的電路用於實現直流濾波，最終由穩壓晶片U7輸出高精度的工作電壓+5V，該工作電壓+5V為其他模塊電路提高電平VC等。

如圖7所示，本實施例中單片機104採用PIC16F877型單片機晶片U8，晶片U8的第2、3引腳作為光照信號輸入端，光照信號AD1A和AD2A經過電阻R22、R23、C27-C30連接單片機104的光照信號輸入端，第15引腳作為復位信號端，第23、27、28引腳為照明控制信號輸出端，第24-26引腳為通信信號傳輸端，第16-18引腳為時鐘信號輸入端。PIC16F877型單片機104晶片U8有著豐富的外設可以實現多種功能的應用，同時可以外擴存儲器，具有功耗低等優點。

如圖8所示，時鐘電路106包括時鐘晶片U9、電池VB、電容C31-32、晶振X1、電阻25-R27，其中時鐘晶片U9的型號為DS1302，外置的時鐘電路106可以為控制裝置提供高精度時鐘，以保證車廂內照明燈108的控制時間的準確度。

圖9所示為移位寄存器105以及其周圍電路，包括74HC595型移位寄存器105晶片U10、電阻R28-R35，晶片U10的第11、12、14引腳連接單片機104的照明控制信號輸出端，第3-7引腳則連接各車廂內的照明燈108，實現各車廂內的照明燈108依次順序延時開啟，達到節能環保的效果，圖9中LED1-LED5表示各車廂內的照明燈108。

該裝置還包括控制面板和設於控制面板上的復位按鈕SW1和工作狀態指示燈，復位按鈕SW1和工作狀態指示燈均連接單片機104，如圖7所示，復位按鈕SW1的一端經電阻R24連接高電平VC，復位按鈕SW1的另一端連接單片機104的復位信號端，通過設置復位按鈕SW1可以實現裝置死機時的強制復位工作，同時工作狀態指示燈可實現裝置的正常工作狀態指示以及故障報警指示。

該裝置還包括485通信接口電路109，485通信接口電路109通過第四光耦隔離器連接單片機104的通信信號傳輸端，485通信接口電路109如圖10所示，包括光耦隔離器U11-U13、串口傳輸晶片U14，電阻R36-R46、二極體D10-D12，串口傳輸晶片U14採用MAX487晶片，光耦隔離器U11-U13的型號為6N137，實現單片機104與上位機110的串行通信，便於測試與維修，列車由地下線路駛入地面線路時，智能控制裝置應延時關閉客室常用照明，確保列車全部車廂駛入地面時才關閉客室常用照明，延時時間可根據實際需求在0-180秒之間通過上位機110調整，同時光照閾值也可以通過上位機110調整，圖10中V485和G485分別表示485通信接口電路109內的高電平和地端。

該裝置還包括用於數據備份的數據存儲卡，數據存儲卡連接單片機104，數據存儲卡使得控制裝置具有數據冗餘功能，在原存儲晶片損壞後，節能數據不會丟失。