太陽能無線遙控交通燈的設(shè)計(jì)

潘美鶯 李娜萍

(福建師范大學(xué)福清分校電子與信息工程系，福州 350300)

由于太陽能具有可再生、無污染的優(yōu)點(diǎn)，未來對(duì)其大規(guī)模的利用是用來發(fā)電。目前利用太陽能發(fā)電的方式主要有2種:一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電;另一種是光—電轉(zhuǎn)換方式，即利用光生伏特效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，其基本裝置是太陽能電池［1］。太陽能無線遙控交通燈是依靠太陽能電池供電，既省電又環(huán)保，安裝時(shí)不需要鋪設(shè)電纜，而紅外無線遙控可以在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)方便控制信號(hào)燈的狀態(tài)。

1 太陽能無線遙控交通燈整體方案框圖

系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為控制單元，通過單片機(jī)的I/O口控制紅綠燈。無線發(fā)射和接收采用PT2262和PT2272編解碼電路，運(yùn)用紅外發(fā)射和接收對(duì)管完成無線控制，編解碼電路簡(jiǎn)單，可進(jìn)行多路遙控。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

太陽能供電系統(tǒng)給單片機(jī)和紅外無線接收系統(tǒng)供電，紅外無線發(fā)射系統(tǒng)由電池組(6V)供電。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控制器模塊

主控制器采用PDIP封裝的STC89C52RC芯片，該芯片工作電壓為5V，支持的最高時(shí)鐘頻率為80 MHz，F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器為8kB，RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為512 B，內(nèi)置看門狗電路，支持 ISP/IAP［2］。控制部分是系統(tǒng)整機(jī)協(xié)調(diào)工作和智能化管理的核心部分，采用STC89C52RC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能，可大大減少硬件的設(shè)計(jì)。單片機(jī)控制電路如圖2所示。

P0口與兩位一體數(shù)碼管a-f所對(duì)應(yīng)的管腳相連，數(shù)碼管的位選分別由P1口控制。十字路口的紅綠燈由P2.0～P2.5控制。當(dāng)P3.2為低電平時(shí)，南北向和東西向的紅燈中斷;當(dāng)P3.3為低電平時(shí)，中斷返回;當(dāng)P3.0為低電平時(shí)，南北向紅燈運(yùn)行，東西向綠燈運(yùn)行，15 s后紅綠燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換;當(dāng)P3.1為低電平時(shí)，南北向綠燈運(yùn)行，東西向紅燈運(yùn)行，15 s后紅綠燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

2.2 紅外無線發(fā)射和接收電路

系統(tǒng)的紅外無線發(fā)射電路選用PT2262，采用8位地址碼A7— A0，地址引腳都設(shè)置為接地狀態(tài)，選用4位數(shù)據(jù)端口D0—D3作為數(shù)據(jù)發(fā)射端，震蕩電阻選用1.2 MΩ，其電路如圖3所示。

按鍵 S1、S2、S3、S4 的定義如下:

按鍵S1:當(dāng)東西方向無車輛通行，南北方向有車輛通行時(shí)，按下S1可使東西方向?yàn)榫G燈，南北方向?yàn)榧t燈，15 s后交通燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

圖2 單片機(jī)控制部分電路圖

圖3 紅外無線發(fā)射電路原理圖

按鍵S2:當(dāng)南北方向無車輛通行，東西方向有車輛通行時(shí)，按下S2可使南北方向?yàn)榫G燈，東西方向?yàn)榧t燈，15 s后交通燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

按鍵S3:發(fā)生意外時(shí)，按下S3后可實(shí)現(xiàn)交通燈東西南北方向都為紅燈，即禁止通行。

按鍵S4:按下S4時(shí)，交通燈恢復(fù)S3按下前的狀態(tài)。

系統(tǒng)的紅外無線接收模塊選用與PT2262匹配的PT2272，在電路中，選用的地址端口和數(shù)據(jù)端口必須和PT2262完全一致，紅外無線接收電路如圖4所示。

圖4 紅外無線接收電路原理圖

2.3 交通燈模塊

本系統(tǒng)為了顯示交通燈倒計(jì)10 s的方便，選用兩位一體共陰數(shù)碼管。使用4個(gè)數(shù)碼管分別代表東南西北4個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)。選用普通的紅、黃、綠三色LED模擬交通燈，通過單片機(jī)端口P2.0—P2.5控制LED燈的亮與滅。當(dāng)向P2口寫入0(1)時(shí)，LED 燈亮(滅)［3］。

2.4 太陽能供電系統(tǒng)

太陽能供電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、蓄電池、太陽能控制器等部分組成。太陽能電池組件是光伏系統(tǒng)的發(fā)電裝置，白天在陽光的照射下，太陽能電池組件通過光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生光生電壓和光生電流，所產(chǎn)生的直流電通過控制器的充電電路對(duì)蓄電池充電，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在蓄電池中。晚上太陽能電池組件停止發(fā)電并向蓄電池充電，蓄電池通過控制器的放電電路對(duì)光源放電。因此，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括太陽能電池功率的計(jì)算、蓄電池容量的選擇及充放電控制電路。

2.5 太陽能控制系統(tǒng)

蓄電池的過充和過放都會(huì)對(duì)蓄電池造成很大的損壞，為了最大限度延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)能長(zhǎng)期可靠地工作，就需要對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行控制。因此太陽能控制器［4］的主要功能是有效地防止蓄電池過充電或過放電。太陽能控制器由光伏組件、蓄電池、控制器電路和負(fù)載組成。太陽能充放電控制電路見圖5。

圖5 太陽能充放電控制電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 控制要求

(1)兩車道均有車輛通過時(shí)，兩車道輪流放行，時(shí)間均為30 s，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)30 s。

(2)一車道有車而另一車道無車通行時(shí)，交警遙控控制信號(hào)燈，讓有車道通行，15 s后紅綠燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

(3)有車需要緊急通過時(shí)，系統(tǒng)禁止普通車通過，兩車道均為紅燈，等待中斷返回按鍵按下后，交通燈恢復(fù)先前的狀態(tài)。

(4)綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈時(shí)，在倒數(shù)第3 s黃燈亮，然后再轉(zhuǎn)為紅燈。

緊急車通行請(qǐng)求信號(hào)由人工控制，安裝于主機(jī)上，以按鍵查詢方式輸入單片機(jī)。交通繁忙時(shí)某車道車輛的通行情況由交警手中的遙控器控制，也是以查詢方式輸入單片機(jī)。中斷請(qǐng)求結(jié)束后交通燈恢復(fù)先前的狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)程序有交通燈正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的程序，及出現(xiàn)緊急情況時(shí)，通過紅外無線遙控［5］使電路產(chǎn)生中斷的程序，其流程圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 交通燈正常運(yùn)轉(zhuǎn)程序流程圖

圖7 按鍵查詢流程圖

4 結(jié)語

隨著太陽能組件成本的不斷降低，環(huán)保要求的提高，以及設(shè)計(jì)、制造、使用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和完善，太陽能電源必將在各個(gè)行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的太陽能無線遙控交通燈具有環(huán)保、節(jié)能、便于控制的優(yōu)點(diǎn)。

［1］楊貴恒，強(qiáng)生澤，張穎超.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及其應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:1-3.

［2］魏立峰，王寶興.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2006:11-13.

［3］周茂霞，王海寧.利用單片機(jī)控制交通燈和倒計(jì)時(shí)顯示［J］.信息技術(shù)與信息化，2007(1):25-29.

［4］嚴(yán)陸光，崔容強(qiáng).21世紀(jì)太陽能新技術(shù)［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2003:3-89.

［5］閆妍，馬文閣，杜娟.無線遙控式太陽能交通燈［J］.遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，27(1):68-71.