基于TMS320F28335的座舱自动调光系统设计

基于TMS320F28335的座舱自动调光系统设计

陈勇 ,杨铌 ,钟洪念,祁瑞

 中科芯集成电路有限公司 江苏 无锡　214072

摘要：随着航空技术的发展，针对飞机座舱灯光告警系统显示单元的亮度指标要求越来越复杂，传统的PWM调光方式和物理调光已很难满足要求，且座舱灯光告警系统需综合单体与整体调光，又因告警显示单元空间尺寸的限制，按预规定的亮度指标进行显示愈发困难。通过对告警显示单元的电压-亮度曲线及工作原理进行分析，提出一种基于TMS320F28335的座舱自动调光系统设计方案，通过采集座舱各区域的光敏传感器亮度信息，实现各区域告警显示单元在不同调节电压下达到指定的亮度指标，有效避免了因外界自然环境照度变化引起告警显示单元的刺眼、闪烁等问题。

关键词：告警显示单元；TMS320F28335；电压-亮度曲线；座舱自动调光

0引言

随着航空电子技术的发展，在飞机座舱灯光告警系统上的显示单元也大幅度增加，飞行员处理显示单元的信息量增多，使得在视觉方面的要求严格起来，特别是光色特性要求更加复杂，尤其是亮度指标。从早期的无具体指标要求，到限定亮度范围，再发展到具体2个电压值对应亮度指标，最终发展到规定昼夜3个电压值对应亮度指标[4]。

光色特性分为亮度指标和色度指标，两者互相影响，现阶段对于信号灯的色度要求方面主要分为蓝白光系统要求及NVIS（夜视兼容性）系统要求两类，蓝白光调系统主要指航空红、航空黄、航空绿等要求，NVIS（夜视兼容性）系统要求主要分为NVIS红、NVIS黄、NVIS绿A、NVIS绿B几种色度要求[3]。蓝白光系统在国内发展较为成熟，各LED生产厂家均能满足蓝白光系统的色度要求。NVIS（夜视兼容性）系统也正在迅速发展，生产厂家通过自行研发，购买相关光色特性材料的方式已满足NVIS色度要求和NVIS辐亮度要求。因此，光色特性调节技术的难点也越发集中在亮度指标的实现上，而复杂的亮度指标的实现也是目前急需解决的问题。

单个告警显示单元的多个亮度指标要求，是基于人机功效实现的，而电压-亮度曲线是基于飞机性能要求和飞行员视觉信息采集时的舒适性提出的，因此，为了更好的实现产品亮度性能，服务于飞行员，告警显示单元的亮度分段调节技术有其研究的必须性，本文根据飞机总体亮度要求，在控制软件中设置电压-亮度曲线，逻辑控制后实现告警显示单元的亮度分段调节，并达到了亮度指标。

1电压-亮度曲线

告警显示单元的调光要求总体可归纳两个电压值调对应的亮度调节和三个及以上的电压值对应亮度调节，光色特性参数需在规定的暗室进行测试，测试方法符合GJB455-1988《飞机座舱照明基本技术要求及测试方法》的要求[3]。无论哪种方式调光，都须符合LED的本身V-I特性和LED亮度与电流的线性关系，LED的亮度调节方式也是利用这两个基本点进行的。

一般情况亮度指标中的电压值有公差，亮度值有公差或者规定为一定范围，在分析时应对给出的数据合理选取，由于LED灯的电流敏感性，微小的电流差异可导致亮度值的较大差异，因此，分析数据时选择电压选择标称值，亮度选择标称值或中间值。此外，电路中整流二极管和LED灯有门坎/启辉电压，且其值随电流而变化，需在工作电压减去这一部分值。

以红色告警显示单元为例，经实物测试后，确定LED的启辉电压为8VDC，中间亮度时电压降为9.3VDC，最高亮度时电压降为11.5VDC。整流二极管1个，门坎电压0.4VDC，中间亮度时电压降0.5VDC，最高亮度时电压0.65VDC。则以上数据处理后得到告警显示单元的电压-亮度曲线，详见图1。

图1电压-亮度曲线图

2自动调光系统硬件设计

2.1系统总体设计

自动调光系统总体框图[2]见图2，采用TMS320F28335PGFA作为核心控制器件，是高性能低功耗32位浮点型数字信号处理器，带有多个ADC采集通道和定时器，满足多路告警显示单元自动调光所需外设资源需求。系统主要由检光电路、控制电路、调光驱动电路以及RS422通信电路组成。各检光元件分别安装在座舱左操纵台、右操纵台及主显周边区域，各告警显示单元也分别一一对应的安装座舱各区域。

自动调光控制系统工作原理[1]如下：各个光敏传感器分别检测各自区域的告警显示单元周边平均照度，进行光电转换，并通过运算放大器将电压信号放大、调理至DSP的AD采集端口规定电压输入范围内。DSP通过将采集的模拟量转化为照度数字量，并经过逻辑处理后，驱动指定的对应的各个D/A数模转换模块工作，从而输出符合电压-亮度曲线要求的电压值，最终实现告警显示单元亮度的无级调节。此外可通过RS422总线控制各告警显示单元亮度的手动、自动切换，并可设置亮度以及亮度信息上报等。

图2自动调光系统框图

2.2检光电路

检光电路主要由分立器件构成，分为光敏传感器、运算放大器等，单个区域检光电路图见图3，光敏传感器安装在告警显示单元外表面区域，通过采集该区域的照度值，即可对应控制该区域的告警显示单元亮度。

图3  检光电路图（部分）

2.3调光驱动电路

调光驱动电路用于实现告警显示单元的电压调节。部分电路图见图4，主要由DAC8512数模转换器、OPA548F/500功率运放、告警显示单元等组成。主控芯片通过SPI总线与各个DAC8512逐个进行通信，将需要调节的电压值发送到DAC8512，DAC输出电压经过功率运放放大后分别控制各个告警显示单元的显示。

图4  调光驱动电路图（部分）

2.4  RS422通信电路

通信电路实现自动调光系统与上位机进行串口通信。通过MAX3490ESA将SCI信号转为RS422信号，通信速率为115200Kbps。实时上报各区域告警显示单元亮度值，并可通过上位机设置或调节指定区域的亮度。

3系统软件设计

系统软件设计流程如图5所示。主程序中完成芯片外设的初始化、硬件电路自检测、422通讯、故障处理和功能处理，告警显示单元亮度自动控制，包括各光敏传感器照度采样、照度过调节门限检测、延时故障检测、无级调节输出电压等。

图5  系统软件设计流程图

4试验结果及分析

设计的控制板卡实物见图6，为测试本系统控制效果的普适性，在不同种类、颜色的显示单元上进行了测试。测试所用告警显示单元高、低亮度对比如图7所示，包括红、黄、绿3色告警显示单元。测试结果显示，本系统可以控制上述告警显示单元在不同环境照度下自动调节亮度，亮度变化均匀、连续、柔和，且无刺眼、闪烁、突变等问题。

图6  控制板卡实物图

         （a）显示单元低亮度图                       （b）显示单元高亮度图

图7  显示单元高、低亮度对比图

本系统采用数模调节方式提高了各区域告警显示单元电压的稳定性、准确性，无论在低亮度或高亮度下显示状态均稳定，且可按预先设定的电压-亮度曲线进行各区域亮度调节。

5结论

本文针对飞机告警显示单元实现了一种基于DSP的座舱自动调光系统，通过测试证明该系统能够较好地实现座舱各区域亮度自动调节，输出亮度稳定、精确可以达到预设的亮度，而采用传统PWM调节方式或物理调节亮度时，由于电压波动、电压精度低等问题，亮度往往不能达到预设效果。对于众多的航空灯光告警类产品提供了一个可实现途径，在航空、航天、船舶等领域均具有良好的实用价值和推广意义。

参考文献：

[1] 高正中，张晓燕，宋森森，等.基于TMS32F2812控制器的自动调光系统设计, 中国光学与应用光学,2009,2(4):340-345

[2] 刘洪德，邹浩彦，赵立怡等.飞机导光板自动调光系统的滑模控制方法，电光与控制，2022,29(6):108-111

[3] 国防科学技术工业委员.飞机座舱照明基本技术要求及测试方法:GJB455-1988[S].北京:航空工业部三○一所，1988年

[4] 国防科学技术工业委员.与夜视成像系统兼容的飞机内部照明:GJB1394-1992[S]. 北京:航空工业部三○一所，1988年

作者简介：

陈勇(1989-),男,贵州贵阳人，学士，工程师，从事芯片应用与系统控制设计研究。