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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A

T89S51,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