一種太陽能道釘同步控制方法
2023-09-21 23:03:20 1
專利名稱：一種太陽能道釘同步控制方法
技術領域：
本發明涉及一種道釘控制方法，特別是一種太陽能道釘同步控制方法，主 要應用於道路交通中的標線夜間強化顯示，使用衛星授時同步控制太陽能供電 的道釘同步工作。
背景技術：
太陽能道釘主要應用於高速公路標線、臨崖路段標線等交通事故多發的危 險路段，作為夜間道路走向強化指示，以及近年來在城市道路夜間美化等領域 的應用。上述應用要求沿道路標線離散安裝的太陽能道釘實現同步工作，在非 同步工作狀態下，會產生"晃眼"的感覺，影響道路交通的安全。離散安裝的 太陽能道釘同步工作，現有技術採用的技術方案是設置一個集中的控制源，再 採取無線控制或有線控制的方式對控制區內的離散太陽能道釘進行集中控制。本申請人的在先申請CN201095727《一種數位化無線控制的太陽能突起路標》， 公開了一種無線控制太陽能道釘，該道釘主要包括殼體、顯示窗口、發光二極 管和無線控制系統。該申請使用無線控制方式實現離散的太陽能道釘同步工 作，然而這種無線控制的方式與有線控制方式一樣，受控制距離的限制，只能 實現小區域內的短距離太陽能道釘同步及數控工作，適應朝夕車道在各時間段 的車道運行方向變更及路口可變車道的指向變更等，無線控制太陽能道釘同步 工作的模式與有線控制方式一樣，無法應用於長距離標線強化，並且也將受制 於同步控制的實施成本及控制管理的運營成本。 發明內容本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的缺陷，提供一種不受 道路長度、走向等限制，實施簡單，可靠性高的太陽能道釘同步控制方法。本發明解決上述問題所採用的技術方案是該太陽能道釘同步控制方法， 其特點是利用地球同步定位衛星的授時功能，採用太陽能同步道釘，使用同 一時間源對離散安裝的太陽能同步道釘進行同步工作控制；所述的太陽能同步道釘包括殼體、太陽能電池、蓄電池組及充放電與啟閉控制電路、微型衛星接收天線、衛星接收模塊、微處理器和電發光器件；所述 的太陽能電池向蓄電池組充電，並和充放電控制電路與啟閉控制電路連接，微 型衛星接收天線連接衛星接收模塊，衛星接收模塊連接微處理器，微處理器輸 出端與電發光器件連接，電發光器件由微處理器驅動和控制；所述的微型衛星接收天線接收到地球同步定位衛星的授時信號後，通過衛 星接收模塊解析並提取出時間信息及秒同步信息，微處理器接收到衛星接收模 塊提供的秒同步信號後，按照預置的閃爍頻率、閃爍佔空比控制電發光器件的 點亮和關閉，離散安裝的太陽能同步道釘使用源自於相同的衛星精確授時的時 間配置和啟動時間，執行高度同步的工作模式。使用同步時間對太陽能道釘進 行同步工作控制，實施簡單、方便，控制可靠。本發明太陽能道釘同步控制方法，所述的微處理器通過對授時方案的不同 分配，獲得太陽能同步道釘不同的閃爍頻率和佔空比。本發明太陽能道釘同步控制方法，所述太陽能同步道釘的衛星接收模塊與 太陽能道釘同步控制方法選擇的地球同步定位衛星的授時源相匹配。本發明太陽能道釘同步控制方法，所述的太陽能同步道釘的微處理器與衛 星接收模塊匹配，所述的微處理器通過程序控制實現太陽能同步道釘的同步工 作模式。本發明與現有技術相比具有以下優點本發明利用地球同步定位衛星的授 時功能對太陽能道釘進行同步控制，區別與現有技術採取的設置集中控制源， 使用無線或有線控制方式對控制區內的太陽能道釘進行集中控制的技術方案， 而使用同步時間對太陽能道釘進行同步管理，使離散安裝的太陽能道釘能夠在 同步模式下有效工作。該控制方法克服了現有技術使用受區域大小限制，安裝 成本和運行成本高的缺陷，具有不受道路長度、走向等使用環境限制，實施簡 單方便，可靠性高、引導效果好，應用前景廣闊等優點。
圖1為採用實施例太陽能道釘同步控制方法的太陽能同步道釘結構示意方 框圖。
具體實施方式
下面通過實施例，結合附圖對本發明作進一步的闡述。實施例太陽能道釘同步控制方法，使用同步時間對離散安裝的太陽能道釘 進行同步控制管理的技術方案；利用地球同步定位衛星的授時功能提供的同步 時間，採用太陽能同步道釘，控制太陽能道釘同步工作。參見圖1，實施例太陽同步能道釘包括殼體、太陽能電池VS、蓄電池組V1、 充放電控制電路DA、啟閉控制電路L1、微型衛星接收天線TX、衛星接收模塊 CT、微處理器CU和電發光器件。太陽能電池VS向蓄電池組VI充電，並和充 放電控制電路DA與啟閉控制電路Ll連接；太陽能電池VS通過充放電控制電 路DA連接到蓄電池組VI，充放電控制電路DA負責對蓄電池組VI進行充放電 控制；充放電控制電路M輸出連接到啟閉控制電路L1，啟閉控制電路L1輸出 連接到DC/DC電路L2和衛星接收模塊CT， DC/DC電路L2將蓄電池組VI的電 壓進行轉換以適配各種不同的晶片、模塊的工作電壓，DC/DC電路L2的輸出連 接微處理器CU和衛星接收模塊CT。微型衛星接收天線TX連接衛星接收模塊 CT，衛星接收模塊CT的輸出連接微處理器CU的輸入，其中，衛星接收模塊CT 的秒脈衝同步信號與微處理器CU的硬體中斷輸入端連接，衛星接收模塊CT的 串行口與微處理器CU的串行口連接。微處理器CU輸出端直接連接電發光器件， 或者通過驅動電路QD再連接電發光器件，微處理器CU輸出信號控制驅動電路 QD，通過驅動電路QD再控制電發光器件的點亮和關閉，大部分應用不需要連 接驅動電路QD。實施例太陽能道釘同步控制方法的控制流程為1、 太陽能電池VS通過充放電控制電路DA控制內置微型蓄電池組V1的充 電或放電，並通過充放電控制電路VI來控制電發光器件電源的開啟或關閉；2、 微型衛星接收天線TX接收地球同步定位衛星的授時功能提供的衛星授 時信號；3、 當微型衛星接收天線TX接收到衛星授時信號後，通過衛星接收模塊CT 解析並提取出時間信息及秒同步信息；4、 微處理器CU接收到衛星接收模塊CT提供的秒同步信號後，按照預置的閃爍頻率、閃爍佔空比點亮和關閉離散安裝的太陽能同步道釘的電發光器 件。離散安裝的太陽能同步道釘使用源自於相同的衛星精確授時的時間配置和啟動時間，執行高度同步的工作模式。微處理器cu通過對授時方案的不同分配，可獲得太陽能同步道釘不同的閃爍頻率和佔空比。利用衛星授時信號實現太陽能道釘同步工作的原理是在我國境內可以接收到的衛星定位裝置均提供了對所在地坐標進行識別的能力，以及精確的授時功能。如果使用GPS系統的授時功能時，我們目前可 以獲得大約100ns的授時精度。對於太陽能同步道釘而言，通常16小時的累 計誤差小於閃爍周期5%，應該不會對太陽能同步道釘的工作產生影響，16小 時是以太陽能同步道釘的每次工作最長時間設定。以每分鐘60次閃爍而言， 每秒具有一個閃爍周期，按佔空比1: 1設計，則每次閃爍是亮500ms，滅500ms， 在實際運行中，誤差小於5y。也就是小於25ms。衛星定位模塊能夠提供坐標信息、格林威治時間的年月日時分秒等時間數 據，及同步秒信號，其中同步秒信號的誤差通常小於100ns，視晶片組及模塊 的組態不同，該數據會有差異。衛星接收模塊正常工作後，即收到衛星信號並 有效識別後，會給出坐標數據、時間數據及秒同步信號，而沒有收到衛星信號 或者收到的衛星信號不可識別時，衛星接收模塊沒有上述數據及信號輸出。本 發明將秒同步信號作為計數器啟動信號源，計數器讀數精度視實際使用要求而 定。當微處理器識別出秒同步信號後，開始按照預定的周期進行計數，若使用 lms作為計數周期，則在二個秒同步信號之間可以獲得一個1000ms的計數量， 在該計數量內，可以獲得大於lms的任何同步的工作周期，1000ms以後則另 一個同步的周期又開始了，所以，對於離散的太陽能道釘而言，可以依據所獲 得的同步時間來設計應用需求，也可以將計數周期延伸到若干個秒同步信號周 期。本實施例，如果道釘的閃爍頻率是60次/分，則計數器被設定為每500ms 輸出一次控制信號，與秒同步信號同步開始時點亮，持續500ms後熄滅，下一 次再收到秒同步信號時再點亮，周而復始，直至白天時太陽能同步道釘被關閉。 不同的閃爍頻率只需要對點亮以後的工作時間及佔空比進行設定，例如將太陽 能同步道釘的閃爍頻率設置為240次時，佔空比l: 1，此時當秒同步信號開始時，LED間隔125ms亮和滅，直至下一個秒同步信號到達時再開始下一個周期。 不同的閃爍頻率和不同的佔空比均可在不同的時間配置上獲得，當工作時間的 周期大於l秒時，為了獲得同步，需要識別奇數秒或偶數秒，這時只要調用格 林威治時間中的時分秒信號進行識別即可。離散安裝的太陽能同步道釘將在統 一的同步時間配置下同步工作，不受安裝位置的距離限制，各道釘間的工作同 步性非常好。
實施例太陽能同步道釘的殼體採用承壓並適合道路交通使用的外形，且內 部具有安裝電路板及蓄電池組V1的空間，外部具有安裝太陽能電池板VS的位 置。太陽能同步道釘的殼體在滿足上述條件的前提下，可以使用圓形、方形、 橢圓形等多種形狀外形。實施例中使用方形鋁質殼體，採用符合GB/T 19813 — 2005標準要求的125X125X25毫米鋁合金殼體。殼體不影響太陽能同步道釘 的最終使用效果。
太陽能電池VS可以使用光電轉換效率大於太陽能道釘所需功率面積比的 所有類型太陽能電池，在實施例中使用了多晶矽太陽能電池，採用一組約0. 55W 的多晶矽太陽能電池，太陽能電池VS安裝在殼體上部的太陽能電池板安裝位 置上，並用耐磨的亞克力透明膠片覆蓋在太陽能電池上。太陽能電池VS的配 置需考慮電路組成的耗電要求，使用地的日照數，以及道釘的技術目標等，選 擇適配；太陽能電池VS的容量與實現同步工作的目標沒有直接關係，太陽能 同步道釘的持續工作時間與太陽能電池板VS及蓄電池VI容量有關。
蓄電池組V1採用內置微型蓄電池組，內置微型蓄電池組可以使用符合道 路交通環境溫度變化要求及滿足內置容積要求和容量要求的蓄電池組，在實施 例中使用了鎳氫電池，採用二節AAA型800mA/H容量的鎳氫電池，本實施例的 殼體的內部空間僅能夠容納二節AAA電池，並且使用二節AAA鎳氫蓄電池符合 道釘晶片組和模塊的工作電壓要求。在實際使用中，隨使用環境的不同，可配 置一節、二節或更多節電池，也可配置其他容量或材料的電池，其電池配置模 式主要受制於使用晶片組或者模塊的電壓、功率、太陽能電池板VS的適配系 數等參數，與道釘同步工作的效果沒有必然的聯繫。
充放電與啟閉控制電路中充放電控制電路DA主要負責對蓄電池組V1進行充放電控制，防止過充電或過放電；啟閉控制電路Ll負責檢測太陽能道釘的 工作閾值，在白天將關閉太陽能道釘，夜間開啟太陽能道釘，同時接受微處理 器CU控制，以實現對各部件的工作狀態管理。
衛星接收模塊CT能夠接收衛星時間信號，可選擇使用單晶片或多晶片組 成的接收模塊。衛星接收模塊CT與太陽能道釘實施同步控制時選擇的衛星授 時源相匹配，可以選擇美國GPS系統的接收模塊，或歐洲"伽利略"衛星的接 收模塊，或俄羅斯"格洛納斯"全球導航定位衛星的接收模塊，或中國"北鬥" 衛星定位接收模塊，不同的衛星接收模塊在最終使用效果上是近似的。衛星接 收模塊CT使用與之配套的微型衛星接收天線TX，以便能夠獲得最佳的接收效 果及符合安裝到太陽能道釘內的技術和體積要求。衛星接收模塊CT的選擇， 雖然目前可商業化使用的衛星授時源有至少四種，但是在國際上使用較為廣泛 的仍然是美國的GPS系統,並且其晶片組也較為成熟和廉價，本實施例使用GPS 系統作為同步授時系統源，採用美國SiRF晶片組作為衛星接收晶片。通常在 實際使用中將晶片組組成具有應用側重的模塊以便於最終應用，本實施例實際 最重要的應用是授時，採用杭州指揮通訊設備有限公司生產的基於美國SiRF III GPS晶片組的CTCT型微型低功耗模塊作為衛星接收模塊CT。該模塊主要 應用於需要同步授時的工業應用領域，同時也輸出格林威治時間及坐標等數 據，具有秒同步信號輸出，同步信號脈衝寬度可調，以上升沿為準的時間精度 誤差小於等於15ns。
微處理器CU主要完成對衛星接收模塊CT接收到的信號進行後期處理及最 終輸出有效的同步控制信號，微處理器CU與衛星接收模塊CT匹配，微處理器 CT通過程序控制實現太陽能道釘的同步工作模式。目前市場上有供的帶程序控 制和處理能力的微處理器，在滿足耗電/處理能力/控制功能/體積等要求的前 提下幾乎均可採用。本實施例的微處理器CU使用成熟的低功耗的帶程序處理 的51系列P89LPC915HDH型單片機，選擇該微處理器的原因是基於其具有功能 已經能夠滿足使用要求，並且功耗和電壓指標也符合使用要求。微處理器CU 通過指令控制啟閉控制電路Ll來實現對衛星接收模塊CT的工作管理，當微處 理器CU處於"自動"狀態時，衛星接收模塊CT通過DC/DC電路L2直接獲得電源；當微處理器CU對衛星接收模塊CT工作狀態進行幹預時，可通過啟閉控 制電路Ll切斷衛星接收模塊CT的工作電源。
電發光器件可以採用LED或者其它電發光元件，本實施例採用LED，微處 理器CU與LED電路連接。不是所有型號的微處理器都可以直接驅動LED，當需 要雙面點亮太陽能道釘的LED時，可在LED電路前端增加驅動控制電路QD，通 過驅動控制電路QD再連接到LED電路，驅動電路QD對驅動電流進行放大，驅 動電路QD使用普通的小功率三極體即可；當使用單面顯示時，P89LPC915HDH 型單片機可以直接驅動所需的LED。 LED的顏色選擇視實際需要設置， 一般採 用紅色、黃色和白色的LED，通常太陽能道釘的單面顯示窗口安裝3個LED， 如果是雙面顯示窗口則各安裝3個LED,其亮度和半強角應符合國家標準。
太陽能同步道釘在白天，例如照度大於150LEX時將停止工作，當進入夜 間時，太陽能電池VS電動勢低於關閉閾值，此時啟閉控制電路L1被開啟，微 處理器CU被激活，衛星接收模塊CT啟動，開始進入冷啟動狀態，在搜星過程 中衛星接收模塊CT的串行口及秒信號輸出端沒有輸出，當接收模塊CT收到有 效的衛星信號後，將從秒信號同步端每一秒輸出一個秒信號，同時將從串行口 輸出格林威治時間及坐標參數。在本發明中，將丟棄坐標數據，僅使用實時的 時間數據和秒信號。秒信號輸出的脈衝寬度是可設置的，在接收模塊CT中， 本實施例選擇了 100ns的秒信號脈衝寬度，以秒信號脈衝的上升沿為秒同步信 號的開始標識，其正負誤差小於15ns。微處理器CU中斷捕捉到有效的秒同步 信號後產生硬體中斷，並開始以1毫秒為單位計數，計數單位可以視最終輸出精 度要求而定，步長也可根據需要而定，只要最終精度滿足使用要求即可。從秒 同步信號到來的時刻開始，微處理器CU輸出點亮LED的控制信號，預定的點 亮周期結束時，輸出關閉LED的控制信號，在下一個秒同步信號到來時再開啟 計數並點亮LED,循環點亮、關閉LED，直至工作周期結束，即照度大於系統 關閉閾值時，整個太陽能同步道釘將被關閉。若使用60次閃爍頻率時，在秒 同步信號到來時，點亮LED,計數滿500ms時，關閉LED,直至下一個秒同步 信號到來時，再開始第二個控制周期，直至關閉。
由於控制間隔很小，微處理器的時鐘精度完全滿足太陽能同步道釘的工作誤差要求，所以一般不需要誤差校準流程。在時間同步的條件下，通過軟體的 控制，可實現多種不同控制模式的同步工作狀態。例如，在特殊的節假日或特
別的應用需求時，需要定時啟動太陽能道釘，其實施方法是在微處理器cu的
程序中設置啟動的時間條件，使用格林威治時間再根據坐標時區進行本地時間 換算和校準，通過本地時間來控制太陽能道釘的啟閉時間，啟閉時間即需設置
的時間條件，微處理器cu通過比對時間條件來控制太陽能道釘的工作狀態，
當滿足啟動條件時則開啟，滿足關閉條件時則關閉太陽能道釘。
以上實施例對本發明太陽能道釘同步控制方法作了較為詳細的描述，但是 這些描述並非用以限定本發明的保護範圍，任何熟悉該項技術的技術人員，在 不脫離本發明的構思和範圍內所作的更動與潤飾，均應屬於本發明的保護範 圍。
權利要求
1、一種太陽能道釘同步控制方法，其特徵在於利用地球同步定位衛星的授時功能，採用太陽能同步道釘，使用同一時間源對離散安裝的太陽能同步道釘進行同步工作控制；所述的太陽能同步道釘包括殼體、太陽能電池、蓄電池組及充放電與啟閉控制電路、微型衛星接收天線、衛星接收模塊、微處理器和電發光器件；所述的太陽能電池向蓄電池組充電，並和充放電控制電路與啟閉控制電路連接，微型衛星接收天線連接衛星接收模塊，衛星接收模塊連接微處理器，微處理器輸出端與電發光器件連接，電發光器件由微處理器驅動和控制；所述的微型衛星接收天線接收到地球同步定位衛星的授時信號後，通過衛星接收模塊解析並提取出時間信息及秒同步信息，微處理器接收到衛星接收模塊提供的秒同步信號後，按照預置的閃爍頻率、閃爍佔空比控制電發光器件的點亮和關閉，離散安裝的太陽能同步道釘使用源自於相同的衛星精確授時的時間配置和啟動時間，執行高度同步的工作模式。
2、 根據權利要求l所述的太陽能道釘同步控制方法，其特徵在於所述 的微處理器通過對授時方案的不同分配，獲得太陽能同步道釘不同的閃爍頻率 和佔空比。
3、 根據權利要求2所述的太陽能道釘同步控制方法，其特徵在於所述 太陽能同步道釘的衛星接收模塊與太陽能道釘同步控制方法選擇的地球同步 定位衛星的授時源相匹配。
4、 根據權利要求3所述的太陽能道釘同步控制方法，其特徵在於所述 的太陽能同步道釘的微處理器與衛星接收模塊匹配，所述的微處理器通過程序 控制實現太陽能同步道釘的同步工作模式。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能道釘同步控制方法，利用地球同步定位衛星的授時功能，採用太陽能同步道釘，使用同一時間源對離散安裝的太陽能同步道釘進行同步工作控制；所述的太陽能同步道釘包括殼體、太陽能電池、蓄電池組及充放電與啟閉控制電路、微型衛星接收天線、衛星接收模塊、微處理器和電發光器件；所述的微型衛星接收天線接收到地球同步定位衛星的授時信號後，通過衛星接收模塊解析並提取出時間信息及秒同步信息，微處理器接收到衛星接收模塊提供的秒同步信號後，按照預置的閃爍頻率、閃爍佔空比控制電發光器件的同步點亮和關閉。本發明使用同步時間對太陽能道釘進行同步工作控制，不受道路長度、走向等限制，實施簡單、方便，控制可靠。
文檔編號G08G1/095GK101567129SQ200910098590
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月18日 優先權日2009年5月18日
發明者偉 陳 申請人:偉 陳