公路太陽能導向標識的實用性方案研究

鄒朝

(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶 400060)

公路太陽能導向標識的實用性方案研究

鄒朝

(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶 400060)

太陽能的廣泛應用,使得公路設施有了新的進步,向更智能,更環保方向發展。下面主要討論太陽能在公路導向標識上的應用,本文分析公路有源發光標識的智能同步直線閃爍的幾種方案,最終選擇可行的實用性方案,作為當前公路設施的一種改進措施。

太陽能 無線同步 433MHZ 直線閃爍 LED

1 引言

在高速公路出入口(匝道)，彎道較大的路段，隧道出入口附近，收費站出入口附近，十字路口，紅綠燈處，城市道路，岔道口，小區學校門口，高速公路等陽光充足的地方。采用太陽能作為道釘和導向標識是一種新的辦法。隨著LED的普及，低功耗得以實現，再加上太陽能節能、環保、安裝方便等優點，目前應用比較成熟。道釘和導向標識是用來幫助減少交通事故。

2 有源導向標識方案

無論是道釘還是導向標識，功能基本一致，只是前者安裝于路面，后者安裝于防護欄，電路方案基本相同，只是結構上稍有區別。它們都需要解決的一個問題是多個LED發光標識之間的同步閃爍問題，如果閃爍不同步，導向作用就不明顯，只能簡單提示。目前同步方案有四種：有線同步；GPS同步信號同步；天文臺長波授時信號同步；433MHz短距離同步加級聯。下面分別分析四種同步方案的實用性：

(1)有線同步；有線同步是指在多個發光標識之間串連一根同步信號線，由一個同步信號發射機發送同步信號給所有連接到同步信號線上的標識。這種方案可以實現最遠幾公里內的發光標識的閃爍同步，因為傳輸線本身有信號延遲，當延伸幾公里后，會產生幾十毫秒肉眼可分辨的延時，導致閃爍不同步。另外，長距離的布線，雖然只需要一根細線，成本還是不可小視。

(2)GPS同步信號同步；衛星導航定位系統可提供高精度、全天時、全天候的導航、定位和授時服務，授時性能優異；高精度、低成本；安全可靠；全天候；覆蓋范圍廣；能夠按照用戶需求輸出符合規約的時間信息格式，從而完成同步授時服務。GPS授時儀，主要輸出時標信息，包括1PPS及TOD信息。本方案就是利用GPS模塊的 1PPS信號實現同步，1pps秒脈沖精度可達到30ns，綜合由于0.5μS；該精度完全滿足LED同步閃爍的需要，因為人眼可分辨的閃爍時差最長40ms，遠大于30ns。GPS同步方案的缺點在于

GPS模塊接收微弱衛星信號并放大的功能，需要耗費20-60mA的電流，這就需要采用較大的儲能充電電池，以滿足模塊的長時間工作，同時增加太陽能板的面積，增大光能轉電能功率。最終導致成本增加，體積較龐大。

(3)天文臺長波授時信號同步；用長波(低頻)進行時間頻率傳遞與校準，是一種覆蓋能力比短波強，校準的準確度更高的授時方法。BPL長波授時臺是我國目前惟一微秒量級的高精度授時系統，信號覆蓋我國整個陸地和近海海域。發播信號時刻準確度：≤±1微秒。發播時間：每天開機10小時，發播8小時，每天發播時間段為13：30-21：30。覆蓋范圍：天地波結合為3000公里。

圖1

該方案結構圖如圖1：

BPL信號接收芯片實現轉換輸出一個解碼完成信號，一分鐘共有三次同步信號的發送。因為每個發光標識的晶振誤差相差在幾十us，一分鐘三次同步，完全滿足LED同步閃爍的需要。單片機負責接收同步信號和控制LED的同步閃爍，同時控制太陽能充電模塊的開啟和關閉。白天開啟，晚上關閉。LED閃爍模塊實現閃爍的顏色，亮度的控制。太陽能充電模塊采用了DC-DC模塊升壓，保證在光線較弱的情況下，有足夠的電壓充電。此類模塊具有95以上%的電源轉換效率，并具有休眠功能，在休眠模式下的靜態電流可以低到50uA。但是國內信號覆蓋距離有限，全國1/2以上地區存在信號不穩定或無信號。

(4)433MHz短距離同步加級聯；這是一種目前實用性最高的一種方案。超再生433MHz接收模塊，可實現幾十uA的低功耗電流，解決太陽能供電較弱問題。最遠能實現300米一段的信號同步，每300米加放一個信號發射機，這樣不斷級聯，可實現任意長度公路的導向標識，發射機也采用太陽能供電，可以選擇大面積受光板，滿足發射功率，不影響美觀。具體參數如下：太陽能板參數：5.5V/50MA；儲能器件：3.6V/860MAH充電電池；工作時長：一次照曬8小時，可連續支持80小時以上；顯示方式：以0.5Hz頻率同步閃爍；顯示顏色：紅色-黃色-綠色；LED：φ5LED，亮度大于8000mcd，單面8顆；可視距離：大于1000米；使用壽命：大于3年；工作環境：-30℃-+80℃

外形尺寸：φ100×30mm；主機太陽能電池：20V--10W；儲能器件：鉛酸電池，12V/7AH；控制半徑：小于300米；安裝高度：3米；使用壽命：大于3年；工作環境：-30℃-+80℃；防護等級：IP67

綜上所述，有線同步布線成本過高；GPS同步信號同步供電困難；天文臺長波授時信號同步，信號不穩定；433MHz短距離同步加級聯可實現低功耗、長距離穩定同步使用。同時，對太陽光照不是很強的地方也能滿足使用，是目前最實用的方案。

[1]熊紹珍,朱美芳.太陽能電池基礎與應用.科學出版社.

[2]寇艷紅,譯.GPS原理與應用(第二版) .電子工業出版社.

[3]火腿翻譯組 譯,業余無線電手冊.人民郵電出版社.