太陽能電子道路指示牌的制作方法
【專利摘要】一種太陽能電子道路指示牌，由太陽能充電與供電控制模塊和LED顯示控制模塊組成；所述太陽能充電與供電控制模塊包括太陽能充電板、光伏發電控制器、蓄電池、光照度AD采集電路、電能管理控制器、供電系統、電壓檢測電路和GSM通信模塊；所述LED顯示控制模塊由顯示管理控制器和LED顯示屏依次連接組成，且顯示管理控制器與供電系統和電能管理控制器連接。該指示牌將光伏發電、單片機控制、數字LED顯示技術有效的結合，便于道路交通指示、指示牌臨時移動和指示牌在線內容更改。
【專利說明】
太陽能電子道路指示牌
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種道路指示標志，特別涉及屬于一種太陽能電子道路指示牌。
【背景技術】
[0002]隨著城市的發展，為了便利人們在城市中出行，道路上需設立道路指示標志。而現在的道路指示牌在照度比較暗的情況下不能有效的實施其功能。因此根據現有技術的發展，將光伏發電、單片機控制、數字LED顯示技術等相結合，能夠有效的解決上述問題。
[0003]控制系統采用雙控結構，雙控制器分別采用單片機作為中心處理器，主要包括中心處理器，中央處理單元、數據存儲器(RAM)、程序存儲器(R0M)、看門狗定時器(WDT)、串行口、并行口、中斷系統、總線、定時計數器、特殊功能寄存器等于一體的完整計算機系統，又被稱為微處理器或微控制器。它體積小，但卻具有一臺完整計算機的基本功能。它從20世紀末問世至今，已經在工業自動化、機電一體化、測控領域、汽車、智能家電等多方面廣泛應用。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種太陽能電子道路指示牌，該指示牌將光伏發電、雙單片機控制、數字LED顯示技術有效的結合，通過光電板將太陽能轉換為電能為LED點陣顯示器供電，剩余電量存入蓄電池中供太陽光不足時使用，便于道路交通指示、指示牌臨時移動和指示牌在線內容更改。
[0005]如上構思，本實用新型的技術方案是:一種太陽能電子道路指示牌，其特征在于:由太陽能充電與供電控制模塊和LED顯示控制模塊組成;所述太陽能充電與供電控制模塊包括太陽能充電板、光伏發電控制器、蓄電池、光照度AD采集電路、電能管理控制器、供電系統、電壓檢測電路和GSM通信模塊，其中:光伏發電控制器的輸入端口與太陽能充電板通過接入保護電路連接，光伏發電控制的輸出端口連接蓄電池，蓄電池與供電系統連接;光照度AD采集電路、電能管理控制器和供電系統依次連接;供電系統的輸出端連接電壓檢測電路的輸入端，電壓檢測電路的輸出端與電能管理控制器連接;電能管理控制器與GSM通信模塊雙向通信;所述LED顯示控制模塊由顯示管理控制器和LED顯示屏相連接，且顯示管理控制器與供電系統和電能管理控制器連接。
[0006]上述電能管理控制器和顯示管理控制器均采用STCl 2C5A60S2。
[0007]上述LED顯示屏采用256*128的LED點陣屏。
[0008]上述顯示管理控制器與電能管理控制器之間通過UART進行通信。
[0009]本實用新型具有如下的優點和積極效果:
[0010]1.本實用新型的太陽能充電與供電控制系統中設置了由單片機控制的光伏發電控制器，控制太陽能發光板產生電能為整個系統供電，并控制對蓄電池進行充電，以備太陽光不足時給系統供電。由此使指示牌采用可再生的綠色能源，不僅環保無污染，并使指示牌不依賴于市電供電，進而可以移動使用，解決了無電力供應的地方無法進行夜間道路指示的問題。
[0011]2.本實用新型的太陽能充電與供電控制系統中通過光照度AD采集電路采集光照度，進行顯示屏背景光的自適應調節，有效的節省了能源，延長了工作時間。
[0012]3.本實用新型采用的顯示屏是256*128的LED點陣，并且采用掃描法進行顯示，因此需要單片機具有較快的速度。為了提高系統的性價比，本系統中采用雙STC12C5A60S2單片機系統，此芯片是STClT增強系列芯片，指令和管腳和8051完全兼容，而且片內擁有60K程序存儲器，并且可通過串口直接進行程序燒寫，因此對開發設備要求很低，大大縮短了開發時間，一個單片機負責電能管理，另外一個單片機負責實時顯示，由此解決了系統的實時性問題，保證了系統工作的穩定性。
[0013]4.本實用新型中加入了GSM遠程無線控制，通過遠程可以進行顯示內容的更新，有效的解決了一般指示牌必須有人員在本地進行顯示內容更改的問題，大大方便了實用，提高了效率和應用成本。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型原理框圖；
[0015]圖2是太陽能光電板接入保護電路圖；
[0016]圖3是供電系統電路圖；
[0017]圖4是串口通信電路圖；
[0018]圖5是光照度AD采集電路圖；
[0019]圖6是光伏發電控制器電路圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示:一種太陽能電子道路指示牌，由太陽能充電與供電控制模塊和LED顯示控制模塊組成。
[0021 ] 1、LED顯示控制模塊包括LED顯示屏和顯示管理控制器。
[0022]①LED顯示屏采用LED256*128的點陣屏作為指示信息顯示的顯示屏，其工作原理是通過掃面法依次在屏幕上逐次進行顯示，需要通過顯示系統控制板傳來信號，進行高頻刷新才可使得LED點陣屏顯示所需內容。
[0023]②顯示管理控制器采用STC12C5A60S2單片機作為主控芯片，通過程序進行高速的刷新來控制LED顯示屏的顯示內容。此芯片單獨控制點陣屏顯示，是單片機雙控結構之一，并可通過UART與電能管理控制器進行通信，從太陽能充電與供電控制系統獲得光照度、蓄電池狀態等信息，由此來調節LED顯示屏的背光。如果需要更改顯示內容，則需要通過太陽能充電與供電控制系統更改LED顯示管理控制系統中的顯示內容。
[0024]2太陽能充電與供電控制模塊
[0025]本模塊主要負責將光電板產生的電能直接給LED顯示系統和電能功能和電池儲電控制系統供電，并同時控制對蓄電池進行充電，因此使得此電子道路指示牌脫離了市電供電，從而達到了節能、環保和可移動的特性。此模塊主要包括光伏發電控制器、蓄電池、光照度AD采集電路、電能管理控制器STC12C5A60S2、供電系統、電壓檢測電路和GSM通信模塊，其中:光伏發電控制器的輸入端口與太陽能充電板通過接口和保護電路連接，光伏發電控制的輸出端口連接蓄電池，蓄電池與供電系統連接;光照度AD采集電路、電能管理控制器和供電系統依次連接;供電系統的輸出端連接電壓檢測電路的輸入端，電壓檢測電路的輸出端與電能管理控制器連接;電能管理控制器與GSM通信模塊雙向通信。
[0026]①太陽能光電板接入保護電路(如圖2所示):
[0027]太陽能光電板從接口電路接入控制模塊，此接口電路包括并聯在太陽能光電板上的一個壓敏電阻(CNR-10D151K)，起到了防浪涌保護的功能，并通過S_V進入控制系統。
[0028]為了防止太陽能光電板發生電流逆流的現象，因此需要采取防反措施，本設計選用了 I OAl O整流二極管D4對光電板進行了保護。
[0029]②供電電路(如圖3所示)
[0030]本系統為了適應多裝工作環境，特別設置了工作模式選擇電路，采用4位撥碼器，可選擇16種工作模式。
[0031]③串口通信電路(如圖4所示)
[0032]由于系統采用雙控結構，因此兩控制板之間的通信就很重要，電能管理控制器與顯示管理控制器之間是采用UART串口進行通信的，通信采用MAX3232進行TTL和RS232電平轉換，并同時起到了隔離的作用。
[0033]④光照度AD采集電路(如圖5所示)
[0034]本系統需要實時采集外部光照度，并依據光照度不同來控制LED顯示屏的亮度，通過這種屏幕亮度的自適應調節增加不同光照情況下LED顯示屏的對比度，另一方面也有效的節省了能源，延長了系統的工作時間。主要是通過一個光敏傳感器R8和一個標準電阻R9構成的光照度傳感器，通過對光敏傳感器的分壓值進行采集來測算光照度，光敏傳感器在光照的情況下因光照而產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下，電子和空穴分別向正極和負極運動，因此阻值迅速減小。相反，當光照強度較弱甚至沒有光照時，光敏電阻的阻值就會很大。并且光敏傳感器的阻值和光照度是線性變化的，因此可通過測算出的光敏傳感器的分壓反算出實時的光照度。并且所選用芯片STC12C5A60S2芯片片上集成了 8通道10位AD，可直接將光照度傳感器的分壓采集出來。
[0035]⑤光伏發電控制器，即充放電控制電路(如圖6所示)
[0036]通過對蓄電池的電壓實時的進行檢測來對應出電池的工作狀態，蓄電池最主要是應避免過充和過放，而每個蓄電池的靜態工作點是固定的，我們可以通過對蓄電池的電壓進行采集來觀察電池是否發生過沖過放。當電池發生過充時，通過控制系統切斷電池的充電電路，來保護蓄電池，以避免電池過充，當蓄電池即將發生過放時，通過控制器保存所有工作信息，并切斷LED顯示系統的供電，只保留太陽能光電板對電池的充電干路。
[0037]⑥GSM遠程控制模塊
[0038]本實用新型中加入了GSM遠程控制功能，通過這種無線的方式來實現顯示內容的更新，解決了以前每臺設備都需要工人到現場進行內容更改的問題，控制臺只需要將需設置的內容按規定發給每臺太陽能電子道路指示系統，即可更改顯示內容，并且，當顯示內容成功更改了之后，系統會反饋正確更改信息，如果未成功更改，則返回錯誤信息。GSM遠程控制模塊主要是受到電能供能和電池儲電控制系統控制，因此應保持GSM模塊不間斷工作來使得工作臺能隨時了解太陽能電子道路指示牌的工作狀態。
【主權項】
1.一種太陽能電子道路指示牌，其特征在于:由太陽能充電與供電控制模塊和LED顯示控制模塊組成;所述太陽能充電與供電控制模塊包括太陽能充電板、光伏發電控制器、蓄電池、光照度AD采集電路、電能管理控制器、供電系統、電壓檢測電路和GSM通信模塊，其中:光伏發電控制器的輸入端口與太陽能充電板通過接入保護電路連接，光伏發電控制的輸出端口連接蓄電池，蓄電池與供電系統連接;光照度AD采集電路、電能管理控制器和供電系統依次連接;供電系統的輸出端連接電壓檢測電路的輸入端，電壓檢測電路的輸出端與電能管理控制器連接；電能管理控制器與GSM通信模塊雙向通信;所述LED顯示控制模塊由顯示管理控制器、LED驅動電路和LED顯示屏依次連接組成，且顯示管理控制器與供電系統和電能管理控制器連接。2.根據權利要求1所述的太陽能電子道路指示牌，其特征在于:上述電能管理控制器和顯示管理控制器均采用STC12C5A60S2。3.根據權利要求1所述的太陽能電子道路指示牌，其特征在于:上述LED顯示屏采用256*128的LED點陣屏。4.根據權利要求1所述的太陽能電子道路指示牌，其特征在于:上述顯示管理控制器與電能管理控制器之間通過UART進行通信。
【文檔編號】H02J7/35GK205541760SQ201620069645
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月25日
【發明人】龔威, 張巖, 王慧慧, 李梅, 趙俊剛, 李夏萱
【申請人】天津城建大學