公路太阳能导向标识的实用性方案研究

邹朝

(重庆市华驰交通科技有限公司,重庆 400060)

公路太阳能导向标识的实用性方案研究

邹朝

(重庆市华驰交通科技有限公司,重庆 400060)

太阳能的广泛应用,使得公路设施有了新的进步,向更智能,更环保方向发展。下面主要讨论太阳能在公路导向标识上的应用,本文分析公路有源发光标识的智能同步直线闪烁的几种方案,最终选择可行的实用性方案,作为当前公路设施的一种改进措施。

太阳能 无线同步 433MHZ 直线闪烁 LED

1 引言

在高速公路出入口(匝道)，弯道较大的路段，隧道出入口附近，收费站出入口附近，十字路口，红绿灯处，城市道路，岔道口，小区学校门口，高速公路等阳光充足的地方。采用太阳能作为道钉和导向标识是一种新的办法。随着LED的普及，低功耗得以实现，再加上太阳能节能、环保、安装方便等优点，目前应用比较成熟。道钉和导向标识是用来帮助减少交通事故。

2 有源导向标识方案

无论是道钉还是导向标识，功能基本一致，只是前者安装于路面，后者安装于防护栏，电路方案基本相同，只是结构上稍有区别。它们都需要解决的一个问题是多个LED发光标识之间的同步闪烁问题，如果闪烁不同步，导向作用就不明显，只能简单提示。目前同步方案有四种：有线同步；GPS同步信号同步；天文台长波授时信号同步；433MHz短距离同步加级联。下面分别分析四种同步方案的实用性：

(1)有线同步；有线同步是指在多个发光标识之间串连一根同步信号线，由一个同步信号发射机发送同步信号给所有连接到同步信号线上的标识。这种方案可以实现最远几公里内的发光标识的闪烁同步，因为传输线本身有信号延迟，当延伸几公里后，会产生几十毫秒肉眼可分辨的延时，导致闪烁不同步。另外，长距离的布线，虽然只需要一根细线，成本还是不可小视。

(2)GPS同步信号同步；卫星导航定位系统可提供高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时服务，授时性能优异；高精度、低成本；安全可靠；全天候；覆盖范围广；能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。GPS授时仪，主要输出时标信息，包括1PPS及TOD信息。本方案就是利用GPS模块的 1PPS信号实现同步，1pps秒脉冲精度可达到30ns，综合由于0.5μS；该精度完全满足LED同步闪烁的需要，因为人眼可分辨的闪烁时差最长40ms，远大于30ns。GPS同步方案的缺点在于

GPS模块接收微弱卫星信号并放大的功能，需要耗费20-60mA的电流，这就需要采用较大的储能充电电池，以满足模块的长时间工作，同时增加太阳能板的面积，增大光能转电能功率。最终导致成本增加，体积较庞大。

(3)天文台长波授时信号同步；用长波(低频)进行时间频率传递与校准，是一种覆盖能力比短波强，校准的准确度更高的授时方法。BPL长波授时台是我国目前惟一微秒量级的高精度授时系统，信号覆盖我国整个陆地和近海海域。发播信号时刻准确度：≤±1微秒。发播时间：每天开机10小时，发播8小时，每天发播时间段为13：30-21：30。覆盖范围：天地波结合为3000公里。

图1

该方案结构图如图1：

BPL信号接收芯片实现转换输出一个解码完成信号，一分钟共有三次同步信号的发送。因为每个发光标识的晶振误差相差在几十us，一分钟三次同步，完全满足LED同步闪烁的需要。单片机负责接收同步信号和控制LED的同步闪烁，同时控制太阳能充电模块的开启和关闭。白天开启，晚上关闭。LED闪烁模块实现闪烁的颜色，亮度的控制。太阳能充电模块采用了DC-DC模块升压，保证在光线较弱的情况下，有足够的电压充电。此类模块具有95以上%的电源转换效率，并具有休眠功能，在休眠模式下的静态电流可以低到50uA。但是国内信号覆盖距离有限，全国1/2以上地区存在信号不稳定或无信号。

(4)433MHz短距离同步加级联；这是一种目前实用性最高的一种方案。超再生433MHz接收模块，可实现几十uA的低功耗电流，解决太阳能供电较弱问题。最远能实现300米一段的信号同步，每300米加放一个信号发射机，这样不断级联，可实现任意长度公路的导向标识，发射机也采用太阳能供电，可以选择大面积受光板，满足发射功率，不影响美观。具体参数如下：太阳能板参数：5.5V/50MA；储能器件：3.6V/860MAH充电电池；工作时长：一次照晒8小时，可连续支持80小时以上；显示方式：以0.5Hz频率同步闪烁；显示颜色：红色-黄色-绿色；LED：φ5LED，亮度大于8000mcd，单面8颗；可视距离：大于1000米；使用寿命：大于3年；工作环境：-30℃-+80℃

外形尺寸：φ100×30mm；主机太阳能电池：20V--10W；储能器件：铅酸电池，12V/7AH；控制半径：小于300米；安装高度：3米；使用寿命：大于3年；工作环境：-30℃-+80℃；防护等级：IP67

综上所述，有线同步布线成本过高；GPS同步信号同步供电困难；天文台长波授时信号同步，信号不稳定；433MHz短距离同步加级联可实现低功耗、长距离稳定同步使用。同时，对太阳光照不是很强的地方也能满足使用，是目前最实用的方案。

[1]熊绍珍,朱美芳.太阳能电池基础与应用.科学出版社.

[2]寇艳红,译.GPS原理与应用(第二版) .电子工业出版社.

[3]火腿翻译组 译,业余无线电手册.人民邮电出版社.