朱小燕

（廣東省高級技工學(xué)校，廣東 惠州516100）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，世界能源危機(jī)加劇，世界各國都在尋求新能源和新的節(jié)能技術(shù)來解決能源危機(jī)問題，而太陽能便是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源。太陽能光電產(chǎn)品在人們的日常生活中越來越受歡迎。

由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展，LED顯示屏成為現(xiàn)代社會(huì)信息顯示的重要媒介，它具有顯示信息量大、外形美觀、操作靈活、使用方便的特點(diǎn)，因此適用于汽車站、火車站、道路、交通警示等公共場合。本文的設(shè)計(jì)采用了太陽能蓄電池來供電，涉及充電和放電、顯示技術(shù)、系統(tǒng)軟件技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)等，能提高道路交通標(biāo)志的可視距離，在夜間的警示效果更為顯著，從而更醒目地起到道路交通指引作用，可廣泛適用于高等級公路和城鄉(xiāng)道路。由于太陽能交通警示板系統(tǒng)以太陽光為能源，具有清潔、可再生的特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，具有一定的實(shí)用性。

1 太陽能交通警示板系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包括電池充電、過壓／過放保護(hù)、計(jì)數(shù)、警示時(shí)間日期等電路，原理框圖如圖1所示。光伏板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電電路存儲(chǔ)到蓄電池中，光控電路實(shí)現(xiàn)LED白天工作、晚上關(guān)閉的控制，警示電路不工作時(shí)將電源切斷，以實(shí)現(xiàn)較小電流工作，延長蓄電池工作時(shí)間。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 充電電路

充電電路將光伏板轉(zhuǎn)化的電能存儲(chǔ)到蓄電池里，系統(tǒng)主要考慮過壓保護(hù)和過放保護(hù)。電路圖如圖2所示。圖中二極管4007防止蓄電池電流倒流而損失電能，J為繼電器觸點(diǎn)，常閉點(diǎn)表示電池板斷開給蓄電池直接充電，系統(tǒng)在過壓和蓄電池電壓過低無法使繼電器工作時(shí)處在常閉狀態(tài)，這時(shí)蓄電池通過由恒流管組成的恒流電路充電，一方面在電壓過低時(shí)可以起到預(yù)充電作用，另一方面在電壓充滿的時(shí)候又可以進(jìn)行浮充電。

圖2 充電電路

恒流管是4DH7型，它的突出優(yōu)點(diǎn)是電流穩(wěn)定度高、溫度特性優(yōu)良、起始電壓低、可靠性高、恒流可調(diào)和溫度系數(shù)可調(diào)。在滿足兩端3和1腳的電壓差大于3 V時(shí)，通過它的電流恒定為IH＝1 240／R，曲線關(guān)系如圖3所示。

圖3 關(guān)系曲線圖

圖3 中VS約為3 V，而VM為50 V。系統(tǒng)設(shè)定為1 240／10＝124 m A，這是蓄電池電壓低時(shí)預(yù)充電的電流，此設(shè)計(jì)一方面可以起到預(yù)充電作用，另一方面又可以克服由于電壓過低無法使繼電器工作而無法對蓄電池充電的缺點(diǎn)。當(dāng)蓄電池充滿，繼電器觸點(diǎn)回到常閉點(diǎn)，此時(shí)恒流管4DH7最大壓差為8.9－7.5＝1.4 V（設(shè)定蓄電池滿壓為7.5 V，而光伏板最高電壓為8.9 V），由圖3關(guān)系可知，此時(shí)一個(gè)很小的電流通過4DH7給蓄電池充電，起到浮充的作用。當(dāng)繼電器觸點(diǎn)向上時(shí)4DH7上無壓差，無電流經(jīng)過，蓄電池直接充電。

2.2 光控電路

光控電路主要實(shí)現(xiàn)控制LED白天工作，晚上關(guān)閉，系統(tǒng)在電路設(shè)計(jì)上增加了避免瞬時(shí)光照引起的誤動(dòng)作，電路原理圖如圖4所示。光伏板輸出的電壓信號通過電阻對電容進(jìn)行積分，再輸?shù)奖容^器3腳，與2腳設(shè)定電壓進(jìn)行比較，這里2腳設(shè)定電壓為8 V左右，可根據(jù)具體情況設(shè)置。白天時(shí)3腳電壓要高于2腳，所以Port口輸出高電平去控制其他電路；夜晚則相反。此電路可避免瞬時(shí)光照引起的干擾，當(dāng)光伏板受到瞬時(shí)光照時(shí)輸出一個(gè)脈沖波形，通過電阻對電容進(jìn)行緩慢充電，光照過后光伏板變?yōu)?電壓，此時(shí)電容又通過電阻放電，只要設(shè)置好R、C參數(shù)就可以起到抗干擾作用。由T＝－RCLn（Vi／Vo），Vo為充電電壓即光伏板電壓，Vi為電容充電達(dá)到的電壓，這里為2腳的比較電壓，所以理論計(jì)算時(shí)間（設(shè)光伏板瞬時(shí)充電電壓為5 V）T＝－47×1×Ln（8／5）＝22 s，也就是說5 V電壓給電容充電時(shí)要過22 s才能達(dá)到比較電壓，這樣時(shí)間已經(jīng)滿足要求，也可通過改變參數(shù)來改變時(shí)間。

圖4 光控電路

2.3 過充保護(hù)電路

系統(tǒng)用比較器對蓄電池進(jìn)行過壓保護(hù)，如圖5所示。光伏板在陽光強(qiáng)烈的情況輸出最大值是9 V，蓄電池過充電壓為V／2×2.5＝7.5 V，通過穩(wěn)壓二極管設(shè)定比較電壓為3.49 V，電壓比較器的正向輸入電壓值由R1、RP1的值決定，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到7.5 V時(shí)調(diào)節(jié)RP1使其電壓達(dá)到3.49 V。在充電前電壓比較器LM393輸出為低電平時(shí)，Q1截止，Q2導(dǎo)通工作，電磁繼電器J吸合，對蓄電池充電；當(dāng)蓄電池電壓超過7.5 V時(shí)，電壓比較器LM393輸出為高電平，此時(shí)Q1導(dǎo)通，Q2截止，電磁繼電器斷開不工作，太陽能光伏板停止對蓄電池充電，因此起到了過充保護(hù)的效果。

圖5 過充保護(hù)電路

2.4 過放保護(hù)電路

當(dāng)電源供電電壓過低時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，電路故障也隨之增加，對電源本身也不利，因此，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)我們就考慮了電源過放保護(hù)電路?；驹硗^壓保護(hù)。

2.5 計(jì)數(shù)警示電路

電路由計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼管組成，如圖6所示，工作計(jì)數(shù)器根據(jù)外部脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，并送譯碼顯示。譯碼器1的LT和譯碼器2的BL受光控電路的Port口控制，當(dāng)Port口為低電平時(shí)，數(shù)碼管1顯示日字，數(shù)碼管2關(guān)閉。

2.6 車輛檢測電路

電路由激光發(fā)射管、光電池和ICL7650自穩(wěn)零運(yùn)放組成，原理如圖7所示。當(dāng)有車通過時(shí)，激光線被擋住，ICL7650輸出低電平，車輛過去后回到高電平，這樣來檢測車流量。此電路的供電電源受光控電路Port口控制，晚上時(shí)關(guān)閉整個(gè)電路電源以達(dá)到省電的目的。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖6 計(jì)數(shù)警示電路

圖7 車輛檢測電路

用單片機(jī)來控制液晶顯示屏（單片機(jī)芯片選用89S52型號，液晶顯示屏選用LCD1602型號），可在液晶顯示屏上顯示時(shí)間（24進(jìn)制）、日期和警示語，并可通過鍵盤對時(shí)間和日期進(jìn)行調(diào)整。時(shí)間、日期與警示語分2次輪流顯示，每10 s做一次變化，20 s為一個(gè)周期。單片機(jī)所需電源由鉛蓄電池提供，電壓為5 V。采用液晶（LCD）顯示，界面形象清晰，內(nèi)容豐富，可顯示復(fù)雜字符，易于和單片機(jī)接口，且耗電少。系統(tǒng)工作流程如圖8、圖9所示。

圖8 輪流顯示時(shí)間、日期和警示語主程序流程

圖8 流程說明：系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)在液晶顯示屏上顯示固定的時(shí)間和日期，此時(shí)可根據(jù)需要對時(shí)間、日期進(jìn)行調(diào)整。確定后，既可看到時(shí)間、日期與警示語的輪流顯示，同時(shí)能一直顯示溫度。

圖9流程說明：按鍵可顯示0～9、“／”、“：”共12個(gè)符號，另有一個(gè)按鍵作為確定鍵（按其他鍵無反應(yīng)）。系統(tǒng)一工作就會(huì)進(jìn)入時(shí)間調(diào)整狀態(tài)，此時(shí)若需對時(shí)間和日期進(jìn)行調(diào)整，則調(diào)整好后按確定鍵退出，否則直接按確定鍵退出。

圖9 鍵盤調(diào)整時(shí)間、日期子程序流程

4 結(jié)語

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的過壓、過放保護(hù)裝置，使系統(tǒng)能工作在穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)又采用了4DH7恒流管在蓄電池低壓和滿壓時(shí)對其進(jìn)行預(yù)充電和浮充電，延長了電池的壽命。系統(tǒng)在滿足功能要求的情況下，通過切斷不工作部分電路的電源，以及采用數(shù)碼管和警示管共用方式降低了蓄電池的工作電流，延長了電池的工作時(shí)間。系統(tǒng)使用太陽能，清潔、可再生，給交通提供方便的同時(shí)設(shè)計(jì)也達(dá)到了環(huán)保要求。

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