太阳能交通信号灯系统设计2011-12-3021:46:59来源:21IC关键字:太阳能交通信号灯系统设计传统的交通灯有以下几个缺点:反光碗的存在导致了假显示效果的出现,假显示效果会引起严重的交通事故;寿命短、维护费用高;耗能高。针对传统交通灯的缺点,采用LED发光源设计的交通灯,具有可视性强、功耗低、节能、使用寿命长、安全、工作稳定可靠等特点,所以这种交通灯在国内外得到了越来越广泛的使用。传统交通信号灯一般采用市电直接供电,安装时要挖沟敷设电缆,给交通指挥的安装增加了成本。太阳能供电系统无需架线,资源丰富,太阳能电池转换效率逐渐提高,价格逐渐降低,有利于降低成本,所以得到了越来越广泛的应用。采用单片机控制,提高了系统的可靠性,方便安装,对保证行车安全有着重要的意义。1工作原理太阳能LED交通信号灯由光伏极板、充放电控制器、蓄电池、LED交通信号灯系统构成。系统框图如图1所示。图1系统框图其中,光伏极板是用来将太阳能转换成电能,为系统供电。充放电控制器是将太阳能产生的电存储到蓄电池中,同时将蓄电池中的电能供给LED交通信号灯系统,并对蓄电池的过流、过充等起到保护作用。LED交通信号灯系统是由中央控制器、RS485通信模块、LED信号灯模块、信号灯模块控制系统等组成。2LED交通信号灯模块LED连接电路有三种连接方式:全串联方式、全并联方式、串并混联方式。三种方式的优缺点比较如下:(1)全串联方式,如图2(a)所示。优点:电路简单,流经所有LED的电流相同。通过使用恒流源,可使LED亮度一致。缺点:如果有一颗损坏,所有的LED将不能工作,需要变压器产生高电压和制作恒流源,实现成本高。(2)全并联方式,如图2(b)所示。优点:电路简单,一颗LED损坏,不会影响其他LED。缺点:由于LED发光源本身存在差异性,电压有浮动,导致并联的LED显色不均匀。另外,电流太大,增加成本,给电源设计也带来困难,需要性能比较高,输出电流非常大的稳压源。(3)串并混联方式,如图2(c)所示。蓄电池可以提供12V直流电压,可以驱动4~6颗LED,将LED分成若干串,每串串联,然后将几串并联,这样每一串的电压相同,每一串内电流相同,电源输出的抖动被每一串内LED平分,这样可以稳定单个LED的电压,同时单个LED的损坏只能影响到同一串联的LED,其他串LED仍然正常工作。本文采用串并混联方式。图2LED电路连接方式3LED交通信号灯控制器模块3.1控制结构控制部分是LED交通信号灯系统的核心部分,由中央控制器、RS485串行通信总线、从控制器三部分组成。LED交通信号系统的主从控制器都采用单片机AT89S51,中央控制器起到控制和协调作用,四个路口由从控制器接收中央控制器的命令,然后按照命令确定各自路*通信号灯的状态。主从控制器之间由串口来实现信号的传输。控制器结构框图如图3所示。图3控制器结构框图3.2从控制器模块从控制器通过拨码开关电路,来设定自己的地址。具体地说,单片机AT89S51的P0端低四位用于本机的地址设定,通过跳线开关S1的闭合和关断的组合可以最多设定16种地址。从控制器在开始加电工作之前设定好自己的地址,也就是将S1的开关状态设置好,本文四个从控制器分别设为0001~0004,这样从控制器在开机自检时,就可以获得本机地址。拨码开关电路如图4所示。图4拨码开关电路图从控制器利用P2口的P2.7~P2.5来控制信号灯,由于单片机I/O口的驱动能力有限,所以借助金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)来驱动,经一电阻与MOSFET的栅极相联,漏极与交通灯的共阴极相连,灯的共阳极接12V直流。通过多机通信,控制P2.7~P2.5的电平高低变换来改变MOSFET导通截止状态,从而实现交通灯的亮灭变化,如图5所示。图5交通灯控制电路3.3通信模块交通灯控制系统安置在路口之间,受现场条件影响比较大,各个路口节点之间存在很高的共模电压。虽然RS485接口采用差分传输方式,具有一定的抗共模干扰能力,但当共模电压超过RS485接收器的极限电压,即大于+12V或小于-7V时,接收器就无法正常工作了,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。为了解决这个问题,本文采取:(1)DC~DC将系统电源和MAX485收发器的电源隔离;(2)为了提高抗干扰能力,各主从单片机系统与MAX485之间通过光电隔离器,本文采用光电隔离器PC410,PC357,将信号隔离,通过单片机的P1.4引脚控制MAX485的工作状态。其硬件实现电路如图6所示。图6串口通信原理图4控制方案本文设计