公路太陽(yáng)能導(dǎo)向標(biāo)識(shí)的實(shí)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(yáng)能導(dǎo)向標(biāo)識(shí)的實(shí)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(yáng)能的廣泛應(yīng)用,使得公路設(shè)施有了新的進(jìn)步,向更智能,更環(huán)保方向發(fā)展。下面主要討論太陽(yáng)能在公路導(dǎo)向標(biāo)識(shí)上的應(yīng)用,本文分析公路有源發(fā)光標(biāo)識(shí)的智能同步直線閃爍的幾種方案,最終選擇可行的實(shí)用性方案,作為當(dāng)前公路設(shè)施的一種改進(jìn)措施。

太陽(yáng)能 無(wú)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(fèi)站出入口附近，十字路口，紅綠燈處，城市道路，岔道口，小區(qū)學(xué)校門口，高速公路等陽(yáng)光充足的地方。采用太陽(yáng)能作為道釘和導(dǎo)向標(biāo)識(shí)是一種新的辦法。隨著LED的普及，低功耗得以實(shí)現(xiàn)，再加上太陽(yáng)能節(jié)能、環(huán)保、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用比較成熟。道釘和導(dǎo)向標(biāo)識(shí)是用來(lái)幫助減少交通事故。

2 有源導(dǎo)向標(biāo)識(shí)方案

無(wú)論是道釘還是導(dǎo)向標(biāo)識(shí)，功能基本一致，只是前者安裝于路面，后者安裝于防護(hù)欄，電路方案基本相同，只是結(jié)構(gòu)上稍有區(qū)別。它們都需要解決的一個(gè)問(wèn)題是多個(gè)LED發(fā)光標(biāo)識(shí)之間的同步閃爍問(wèn)題，如果閃爍不同步，導(dǎo)向作用就不明顯，只能簡(jiǎn)單提示。目前同步方案有四種：有線同步；GPS同步信號(hào)同步；天文臺(tái)長(zhǎng)波授時(shí)信號(hào)同步；433MHz短距離同步加級(jí)聯(lián)。下面分別分析四種同步方案的實(shí)用性：

(1)有線同步；有線同步是指在多個(gè)發(fā)光標(biāo)識(shí)之間串連一根同步信號(hào)線，由一個(gè)同步信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)送同步信號(hào)給所有連接到同步信號(hào)線上的標(biāo)識(shí)。這種方案可以實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)幾公里內(nèi)的發(fā)光標(biāo)識(shí)的閃爍同步，因?yàn)閭鬏斁€本身有信號(hào)延遲，當(dāng)延伸幾公里后，會(huì)產(chǎn)生幾十毫秒肉眼可分辨的延時(shí)，導(dǎo)致閃爍不同步。另外，長(zhǎng)距離的布線，雖然只需要一根細(xì)線，成本還是不可小視。

(2)GPS同步信號(hào)同步；衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可提供高精度、全天時(shí)、全天候的導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)，授時(shí)性能優(yōu)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(guī)約的時(shí)間信息格式，從而完成同步授時(shí)服務(wù)。GPS授時(shí)儀，主要輸出時(shí)標(biāo)信息，包括1PPS及TOD信息。本方案就是利用GPS模塊的 1PPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步，1pps秒脈沖精度可達(dá)到30ns，綜合由于0.5μS；該精度完全滿足LED同步閃爍的需要，因?yàn)槿搜劭煞直娴拈W爍時(shí)差最長(zhǎng)40ms，遠(yuǎn)大于30ns。GPS同步方案的缺點(diǎn)在于

GPS模塊接收微弱衛(wèi)星信號(hào)并放大的功能，需要耗費(fèi)20-60mA的電流，這就需要采用較大的儲(chǔ)能充電電池，以滿足模塊的長(zhǎng)時(shí)間工作，同時(shí)增加太陽(yáng)能板的面積，增大光能轉(zhuǎn)電能功率。最終導(dǎo)致成本增加，體積較龐大。

(3)天文臺(tái)長(zhǎng)波授時(shí)信號(hào)同步；用長(zhǎng)波(低頻)進(jìn)行時(shí)間頻率傳遞與校準(zhǔn)，是一種覆蓋能力比短波強(qiáng)，校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度更高的授時(shí)方法。BPL長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)是我國(guó)目前惟一微秒量級(jí)的高精度授時(shí)系統(tǒng)，信號(hào)覆蓋我國(guó)整個(gè)陸地和近海海域。發(fā)播信號(hào)時(shí)刻準(zhǔn)確度：≤±1微秒。發(fā)播時(shí)間：每天開機(jī)10小時(shí)，發(fā)播8小時(shí)，每天發(fā)播時(shí)間段為13：30-21：30。覆蓋范圍：天地波結(jié)合為3000公里。

圖1

該方案結(jié)構(gòu)圖如圖1：

BPL信號(hào)接收芯片實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)解碼完成信號(hào)，一分鐘共有三次同步信號(hào)的發(fā)送。因?yàn)槊總€(gè)發(fā)光標(biāo)識(shí)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(jī)負(fù)責(zé)接收同步信號(hào)和控制LED的同步閃爍，同時(shí)控制太陽(yáng)能充電模塊的開啟和關(guān)閉。白天開啟，晚上關(guān)閉。LED閃爍模塊實(shí)現(xiàn)閃爍的顏色，亮度的控制。太陽(yáng)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(zhuǎn)換效率，并具有休眠功能，在休眠模式下的靜態(tài)電流可以低到50uA。但是國(guó)內(nèi)信號(hào)覆蓋距離有限，全國(guó)1/2以上地區(qū)存在信號(hào)不穩(wěn)定或無(wú)信號(hào)。

(4)433MHz短距離同步加級(jí)聯(lián)；這是一種目前實(shí)用性最高的一種方案。超再生433MHz接收模塊，可實(shí)現(xiàn)幾十uA的低功耗電流，解決太陽(yáng)能供電較弱問(wèn)題。最遠(yuǎn)能實(shí)現(xiàn)300米一段的信號(hào)同步，每300米加放一個(gè)信號(hào)發(fā)射機(jī)，這樣不斷級(jí)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度公路的導(dǎo)向標(biāo)識(shí)，發(fā)射機(jī)也采用太陽(yáng)能供電，可以選擇大面積受光板，滿足發(fā)射功率，不影響美觀。具體參數(shù)如下：太陽(yáng)能板參數(shù)：5.5V/50MA；儲(chǔ)能器件：3.6V/860MAH充電電池；工作時(shí)長(zhǎng)：一次照曬8小時(shí)，可連續(xù)支持80小時(shí)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(huán)境：-30℃-+80℃

外形尺寸：φ100×30mm；主機(jī)太陽(yáng)能電池：20V--10W；儲(chǔ)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(huán)境：-30℃-+80℃；防護(hù)等級(jí)：IP67

綜上所述，有線同步布線成本過(guò)高；GPS同步信號(hào)同步供電困難；天文臺(tái)長(zhǎng)波授時(shí)信號(hào)同步，信號(hào)不穩(wěn)定；433MHz短距離同步加級(jí)聯(lián)可實(shí)現(xiàn)低功耗、長(zhǎng)距離穩(wěn)定同步使用。同時(shí)，對(duì)太陽(yáng)光照不是很強(qiáng)的地方也能滿足使用，是目前最實(shí)用的方案。

[1]熊紹珍,朱美芳.太陽(yáng)能電池基礎(chǔ)與應(yīng)用.科學(xué)出版社.

[2]寇艷紅,譯.GPS原理與應(yīng)用(第二版) .電子工業(yè)出版社.

[3]火腿翻譯組 譯,業(yè)余無(wú)線電手冊(cè).人民郵電出版社.