【正文】 ertraffic signal lamp 1 引言 11 太陽能交通燈設(shè)計(jì)的目的和意義 交通燈是為了加強(qiáng)道路交通管理減少交通事故的發(fā)生提高道路使用效率改善交通狀況的一種重要工具適用于十字丁字等交叉路口由道路交通信號(hào)控制機(jī)控制指導(dǎo)車輛和行人安全有序地通行交通燈產(chǎn)生的交通信號(hào)是道路交通安全的重要組成部分是道路交通的基本語言交通燈由紅燈綠燈黃燈組成分別發(fā)出紅燈信號(hào)綠燈信號(hào) 和黃燈信號(hào)紅燈信號(hào)是絕對(duì)禁止通行信號(hào)紅燈亮?xí)r禁止車輛通行右轉(zhuǎn)彎車輛在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下可以通行紅燈信號(hào)是帶有強(qiáng)制意義的禁行信號(hào)遇此信號(hào)時(shí)被禁行車輛須停在停止 線以外被禁行的行人須在人行道邊等候放行機(jī)動(dòng)車等候放行時(shí)不準(zhǔn)熄火不準(zhǔn)開車門各種車輛駕駛員不準(zhǔn)離開車輛自行車左轉(zhuǎn)彎不準(zhǔn)推車從路口外邊繞行直行不準(zhǔn)用右轉(zhuǎn)彎方法繞行綠燈信號(hào)是準(zhǔn)許通行信號(hào)按《交通安全法實(shí)施條例》規(guī)定綠燈亮?xí)r準(zhǔn)許車輛行人通行但轉(zhuǎn)彎的車輛不準(zhǔn)妨礙被放行的直行車輛和行人同行黃燈亮?xí)r已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行黃燈信號(hào)的含義介于綠燈信號(hào)和紅燈信號(hào)之間既有不準(zhǔn)通行的一面又有準(zhǔn)許通行的一面黃燈亮?xí)r警告駕駛?cè)撕托腥送ㄐ袝r(shí)間已經(jīng)結(jié)束馬上就要轉(zhuǎn)換為紅燈應(yīng)將車停在停止線后面行人也不要進(jìn)入人行橫道但車輛如因距離過近不便 停車而越過停止線時(shí)可以繼續(xù)通行已在人行橫道內(nèi)的行人要視來車情況或盡快通過或原地不動(dòng)或退回原處常規(guī)的交通燈是由安裝電線和鋪設(shè)電纜即用常規(guī)發(fā)電作為動(dòng)力來源的這樣不僅安裝繁瑣耗時(shí)耗力而且浪費(fèi)能源不穩(wěn)定性和可靠性都是很差的且不能適合中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而太陽能交通燈燈是一種利用太陽能作為能源的交通燈燈太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源隨著世界能源危機(jī)的加劇各國都在尋求解決能源危機(jī)的辦法一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用另一條是尋求大量的節(jié)能技術(shù)降低能源的消耗提高能源的利用效率太陽能作為一種巨量可再生能源每 天達(dá)到地球表面的輻射能大約等到于 25 億萬桶石油可以說是取之不盡用之不竭太陽能是太陽內(nèi)部或者表面的黑子連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)度為 1369w ㎡地球赤道的周長為 40000km 從而可計(jì)算出地球獲得的能量可達(dá) 173000TW 在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為 1kwm2 地球表面某一點(diǎn) 24h 的年平均輻射強(qiáng)度為 020kw ㎡相當(dāng)于有 102021TW 的能量盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的 22 億分之一 但已高達(dá) 173000TW 也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能 量就相當(dāng)于 500 萬噸煤地球上的風(fēng)能水能海洋溫差能波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽即使是地球上的化石燃料如煤石油天然氣等從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱 光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換人類依賴這些能量維持生存其中包括所有其他形式的可再生能源地?zé)崮苜Y源除外因此受到人們的廣泛關(guān)注又因其不污染環(huán)境且不受供電影響不用開溝埋線不消耗常規(guī)電能只要陽光充足就可以就地安裝等特點(diǎn)而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品太陽能交通燈燈即可用于城鎮(zhèn)公園道路草坪的照明又可 用于人口分布密度較小交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)缺乏常規(guī)燃料難以用常規(guī)能源發(fā)電但太陽能資源豐富的地區(qū)以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題太陽能交通燈系統(tǒng)由太陽能電池組件部分包括支架 LED 燈頭控制箱 內(nèi)有控制器蓄電池和燈桿幾部分構(gòu)成控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)美觀耐用控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池由于其維護(hù)很少故又被稱為免維護(hù)電池有利 于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備具備光控時(shí)控過充保護(hù)過放保護(hù)和反接保護(hù)等與成本控制實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比和充放電控制器充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄 電池同時(shí) LED 的光譜幾乎全部集中于可見光頻段所以發(fā)光效率高一般人都認(rèn)為節(jié)能燈可節(jié)能 45 是偉大的創(chuàng)舉但 LED 比節(jié)能燈還要節(jié)能 14 這是一個(gè)歷史上更偉大的改革太陽能 LED 交通燈集成了太陽能與 LED 優(yōu)點(diǎn) 人類社會(huì)生活水平的不斷提高 導(dǎo)致人類對(duì)能源的需求量也越來越大能源緊缺問題也表現(xiàn)得越來越明顯而且隨著世界各國石油煤炭等自然資源的匱乏全國大部分地區(qū)為了對(duì)付缺電 實(shí)行了分地區(qū)分時(shí)段的拉閘限電措施而交通燈作為重要的指揮工具如果因斷電不能正常工作的話便會(huì)造成交通安全隱患因此如何利用可再生資源成為當(dāng)今世界 關(guān)注的焦點(diǎn) 太陽能是一種取之不盡 用之不竭的天然能源又是一種可再生的清潔能源具有無需架線不受地理位置限制等優(yōu)點(diǎn)所以得到越來越廣泛的應(yīng)用同樣地市場(chǎng)上 LED 光效在快速地提高而價(jià)格卻在降低綜合這些情況利用太陽能對(duì)交通燈進(jìn)行供電通過帶有蓄電池的太陽能電池板跟普通交通燈相連來實(shí)現(xiàn)利用太陽能給交通燈供電不僅能夠節(jié)約資源而且使其在市電斷電情況下也能正常工作以及 LED 的環(huán)保節(jié)能太陽能 LED 交通燈成為各個(gè)交通要道上的一道亮麗的風(fēng)景線展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景 12 太陽能交通燈的工作原理和過程 太陽能交通燈系統(tǒng)工作原理和過程很簡單首先就是由動(dòng)力源部分即太陽能電池板利用光生伏特效應(yīng)原理在白天由電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出經(jīng)過充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中同時(shí)通過穩(wěn)壓器向交通燈提供電能以使其正常工作當(dāng)夜晚照度逐漸降低太陽能電池板開路電壓降低到所規(guī)定的值時(shí)充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作蓄電池對(duì)燈頭放電當(dāng)過了一個(gè)黑夜到白天時(shí)充放電控制器偵測(cè)到太陽能電池板的電壓達(dá)到所規(guī)定的充電電壓時(shí)就繼續(xù)向蓄電池充電從而完成循環(huán)其次當(dāng)太陽能電池板和蓄電池完成電能的產(chǎn)生和儲(chǔ)存之后它們就會(huì)向交通燈部分供電因?yàn)楫吘刮覀兊?主題是交通燈部分交通燈部分是由單片機(jī) AT89C51 所控制的由發(fā)光二極管組成的 LED 燈共陰極的顯示數(shù)碼管等元器件組成的在單片機(jī) AT89C51 中有寫入的所控制燈轉(zhuǎn)換的程序它是交通燈控制系統(tǒng)的大腦它有 32 位引腳組成且分別接入了顯示數(shù)碼管 LED 燈等當(dāng)加電之后系統(tǒng)根據(jù)所編程序首先檢測(cè)中斷電路和復(fù)位電路從而完成系統(tǒng)的初始化緊接著會(huì)根據(jù)所編程序依次來執(zhí)行命令從而完成對(duì)交通燈的控制 13 太陽能交通燈國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 目前國內(nèi)大多根據(jù)交通燈顯示規(guī)律設(shè)計(jì)硬件電路和軟件各個(gè)路口交通燈的狀態(tài)循環(huán)顯示硬件的設(shè)計(jì)采用各 種型號(hào)單片機(jī)為核心器件利用單片機(jī)控制交通燈和記時(shí)顯示成本低電路簡單但在實(shí)際應(yīng)用中還存在著諸多問題需要進(jìn)一步改進(jìn)英國運(yùn)輸署發(fā)明了一種智能交通燈可以避免車禍這種智能交通燈能夠探測(cè)到將會(huì)闖紅燈的超速車輛并延遲對(duì)面馬路轉(zhuǎn)綠燈的時(shí)間它還可以計(jì)算出路上的車輛數(shù)目為減少交通堵塞自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)綠燈的時(shí)間這種技術(shù)甚至可以探測(cè)到全部車輛能否及時(shí)剎車以避免車禍交通燈上還會(huì)顯示轉(zhuǎn)燈時(shí)間方便駕駛?cè)耸繛榉乐褂谐僬邽E用智能交通燈運(yùn)輸署會(huì)安裝攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)察一份由英國運(yùn)輸署 研究工作實(shí)驗(yàn)室撰寫的報(bào)告指出包括節(jié)省行車時(shí)間在內(nèi)這項(xiàng)新技術(shù)的總效益會(huì) 超過 5 億英鎊格卻逐漸降低同樣地市場(chǎng)上 LED 光效在快速地提高而價(jià)格卻在降低因此由于太陽能的可再生清潔無污染以及 LED 的環(huán)保節(jié)能太陽能 LED 交通燈成為各個(gè)交通要道上的一道亮麗的風(fēng)景線展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景 C51單片機(jī)為核心芯片通過控制三色 LED的亮滅來控制各干道的通行電源采用太陽能及其備用電池來實(shí)現(xiàn)顯示主要是采用兩位的數(shù)碼管進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示設(shè)計(jì)過程中要求有太陽能電池板功率的計(jì)算和選用以及蓄電池的容量和恒流充放電控制盒狀態(tài)顯示 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)可分為五個(gè)大的模塊分別為太陽能電 池板充放電控制模塊蓄電池交通燈控制電路信號(hào)燈及倒計(jì)時(shí)顯示電路 在東西南北的方向上各有一組紅綠燈和一個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)且都有 LED 點(diǎn)陣組成LED 顯示由單片機(jī)控制中斷服務(wù)程序主要功能是進(jìn)行計(jì)時(shí)操作 此次設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)框架圖如下圖所示 圖 11 總體設(shè)計(jì)框架圖 21 所示 圖 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖選用 AT89C51它與 8051系列單片機(jī)全帶有 4KBFLASHROM設(shè)計(jì)時(shí)無需展 8255或 8155滿足系統(tǒng)的 22所示軟件可由匯編語言完成也可由 C 語言完成軟件設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)功能模塊 ◆主程序初始化 ◆計(jì)時(shí)程序模塊為計(jì)時(shí)器的中斷服務(wù)子程序完成 01 秒或其他時(shí)間和 1 秒的時(shí)間定時(shí) ◆顯示程序模塊完成 60個(gè)發(fā)光二極管實(shí)際上只需驅(qū)動(dòng) 30個(gè)和 4個(gè) LED數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng) 23 信號(hào)狀態(tài)控制的設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)共分為五個(gè)狀態(tài)這五種狀態(tài)循環(huán)顯示設(shè)在十字路口分為東西向和南北向剛開始時(shí)緊急狀態(tài)就是東西南北全部禁行其余的時(shí)刻在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行另一方向禁行 持續(xù)一定時(shí)間經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間將通行禁行方向?qū)Q其具體的通行狀態(tài)還可以在程序中進(jìn)行控制下面是這次設(shè)計(jì)的五種狀 態(tài)其通行情況是循環(huán)的狀態(tài) 圖 22 程序流程圖 ◆ ◆東西方向紅燈滅南北方向燈亮倒計(jì)時(shí)秒此狀態(tài)下東西向通行南北向通行 ◆東西方向燈亮南北方向繼續(xù)為紅燈倒計(jì)時(shí) 秒此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換 ◆東西方向燈亮南北方向?yàn)闊舻褂?jì)時(shí)秒此狀態(tài)下◆東西方向燈亮南北方向?yàn)闊舻褂?jì)時(shí)秒此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換 本設(shè)計(jì)中的信號(hào)燈均由紅綠黃三種顏色的高亮度 LED 圓形點(diǎn)陣組成電路上采取串并聯(lián)相結(jié)合且每只發(fā)光二極管的正向 工作電流 IF 為 15mA 正向工作電壓為 2V 每個(gè)燈由 50 只發(fā)光二極管組成圓形顯示其中每 5 個(gè)串聯(lián)在一起然后這 10 個(gè)串聯(lián)支路并