专利名称：一种太阳能道钉同步控制方法
技术领域：
本发明涉及一种道钉控制方法，特别是一种太阳能道钉同步控制方法，主 要应用于道路交通中的标线夜间强化显示，使用卫星授时同步控制太阳能供电 的道钉同步工作。
背景技术：
太阳能道钉主要应用于高速公路标线、临崖路段标线等交通事故多发的危 险路段，作为夜间道路走向强化指示，以及近年来在城市道路夜间美化等领域 的应用。上述应用要求沿道路标线离散安装的太阳能道钉实现同步工作，在非 同步工作状态下，会产生"晃眼"的感觉，影响道路交通的安全。离散安装的 太阳能道钉同步工作，现有技术采用的技术方案是设置一个集中的控制源，再 采取无线控制或有线控制的方式对控制区内的离散太阳能道钉进行集中控制。本申请人的在先申请CN201095727《一种数字化无线控制的太阳能突起路标》， 公开了一种无线控制太阳能道钉，该道钉主要包括壳体、显示窗口、发光二极 管和无线控制系统。该申请使用无线控制方式实现离散的太阳能道钉同步工 作，然而这种无线控制的方式与有线控制方式一样，受控制距离的限制，只能 实现小区域内的短距离太阳能道钉同步及数控工作，适应朝夕车道在各时间段 的车道运行方向变更及路口可变车道的指向变更等，无线控制太阳能道钉同步 工作的模式与有线控制方式一样，无法应用于长距离标线强化，并且也将受制 于同步控制的实施成本及控制管理的运营成本。 发明内容本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种不受 道路长度、走向等限制，实施简单，可靠性高的太阳能道钉同步控制方法。本发明解决上述问题所采用的技术方案是该太阳能道钉同步控制方法， 其特点是利用地球同步定位卫星的授时功能，采用太阳能同步道钉，使用同 一时间源对离散安装的太阳能同步道钉进行同步工作控制；所述的太阳能同步道钉包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微型卫星接收天线、卫星接收模块、微处理器和电发光器件；所述 的太阳能电池向蓄电池组充电，并和充放电控制电路与启闭控制电路连接，微 型卫星接收天线连接卫星接收模块，卫星接收模块连接微处理器，微处理器输 出端与电发光器件连接，电发光器件由微处理器驱动和控制；所述的微型卫星接收天线接收到地球同步定位卫星的授时信号后，通过卫 星接收模块解析并提取出时间信息及秒同步信息，微处理器接收到卫星接收模 块提供的秒同步信号后，按照预置的闪烁频率、闪烁占空比控制电发光器件的 点亮和关闭，离散安装的太阳能同步道钉使用源自于相同的卫星精确授时的时 间配置和启动时间，执行高度同步的工作模式。使用同步时间对太阳能道钉进 行同步工作控制，实施简单、方便，控制可靠。本发明太阳能道钉同步控制方法，所述的微处理器通过对授时方案的不同 分配，获得太阳能同步道钉不同的闪烁频率和占空比。本发明太阳能道钉同步控制方法，所述太阳能同步道钉的卫星接收模块与 太阳能道钉同步控制方法选择的地球同步定位卫星的授时源相匹配。本发明太阳能道钉同步控制方法，所述的太阳能同步道钉的微处理器与卫 星接收模块匹配，所述的微处理器通过程序控制实现太阳能同步道钉的同步工 作模式。本发明与现有技术相比具有以下优点本发明利用地球同步定位卫星的授 时功能对太阳能道钉进行同步控制，区别与现有技术采取的设置集中控制源， 使用无线或有线控制方式对控制区内的太阳能道钉进行集中控制的技术方案， 而使用同步时间对太阳能道钉进行同步管理，使离散安装的太阳能道钉能够在 同步模式下有效工作。该控制方法克服了现有技术使用受区域大小限制，安装 成本和运行成本高的缺陷，具有不受道路长度、走向等使用环境限制，实施简 单方便，可靠性高、引导效果好，应用前景广阔等优点。
图1为采用实施例太阳能道钉同步控制方法的太阳能同步道钉结构示意方 框图。
具体实施方式
下面通过实施例，结合附图对本发明作进一步的阐述。实施例太阳能道钉同步控制方法，使用同步时间对离散安装的太阳能道钉 进行同步控制管理的技术方案；利用地球同步定位卫星的授时功能提供的同步 时间，采用太阳能同步道钉，控制太阳能道钉同步工作。参见图1，实施例太阳同步能道钉包括壳体、太阳能电池VS、蓄电池组V1、 充放电控制电路DA、启闭控制电路L1、微型卫星接收天线TX、卫星接收模块 CT、微处理器CU和电发光器件。太阳能电池VS向蓄电池组VI充电，并和充 放电控制电路DA与启闭控制电路Ll连接；太阳能电池VS通过充放电控制电 路DA连接到蓄电池组VI，充放电控制电路DA负责对蓄电池组VI进行充放电 控制；充放电控制电路M输出连接到启闭控制电路L1，启闭控制电路L1输出 连接到DC/DC电路L2和卫星接收模块CT， DC/DC电路L2将蓄电池组VI的电 压进行转换以适配各种不同的芯片、模块的工作电压，DC/DC电路L2的输出连 接微处理器CU和卫星接收模块CT。微型卫星接收天线TX连接卫星接收模块 CT，卫星接收模块CT的输出连接微处理器CU的输入，其中，卫星接收模块CT 的秒脉冲同步信号与微处理器CU的硬件中断输入端连接，卫星接收模块CT的 串行口与微处理器CU的串行口连接。微处理器CU输出端直接连接电发光器件， 或者通过驱动电路QD再连接电发光器件，微处理器CU输出信号控制驱动电路 QD，通过驱动电路QD再控制电发光器件的点亮和关闭，大部分应用不需要连 接驱动电路QD。实施例太阳能道钉同步控制方法的控制流程为1、 太阳能电池VS通过充放电控制电路DA控制内置微型蓄电池组V1的充 电或放电，并通过充放电控制电路VI来控制电发光器件电源的开启或关闭；2、 微型卫星接收天线TX接收地球同步定位卫星的授时功能提供的卫星授 时信号；3、 当微型卫星接收天线TX接收到卫星授时信号后，通过卫星接收模块CT 解析并提取出时间信息及秒同步信息；4、 微处理器CU接收到卫星接收模块CT提供的秒同步信号后，按照预置的闪烁频率、闪烁占空比点亮和关闭离散安装的太阳能同步道钉的电发光器 件。离散安装的太阳能同步道钉使用源自于相同的卫星精确授时的时间配置和启动时间，执行高度同步的工作模式。微处理器cu通过对授时方案的不同分配，可获得太阳能同步道钉不同的闪烁频率和占空比。利用卫星授时信号实现太阳能道钉同步工作的原理是在我国境内可以接收到的卫星定位装置均提供了对所在地坐标进行识别的能力，以及精确的授时功能。如果使用GPS系统的授时功能时，我们目前可 以获得大约100ns的授时精度。对于太阳能同步道钉而言，通常16小时的累 计误差小于闪烁周期5%，应该不会对太阳能同步道钉的工作产生影响，16小 时是以太阳能同步道钉的每次工作最长时间设定。以每分钟60次闪烁而言， 每秒具有一个闪烁周期，按占空比1: 1设计，则每次闪烁是亮500ms，灭500ms， 在实际运行中，误差小于5y。也就是小于25ms。卫星定位模块能够提供坐标信息、格林威治时间的年月日时分秒等时间数 据，及同步秒信号，其中同步秒信号的误差通常小于100ns，视芯片组及模块 的组态不同，该数据会有差异。卫星接收模块正常工作后，即收到卫星信号并 有效识别后，会给出坐标数据、时间数据及秒同步信号，而没有收到卫星信号 或者收到的卫星信号不可识别时，卫星接收模块没有上述数据及信号输出。本 发明将秒同步信号作为计数器启动信号源，计数器读数精度视实际使用要求而 定。当微处理器识别出秒同步信号后，开始按照预定的周期进行计数，若使用 lms作为计数周期，则在二个秒同步信号之间可以获得一个1000ms的计数量， 在该计数量内，可以获得大于lms的任何同步的工作周期，1000ms以后则另 一个同步的周期又开始了，所以，对于离散的太阳能道钉而言，可以依据所获 得的同步时间来设计应用需求，也可以将计数周期延伸到若干个秒同步信号周 期。本实施例，如果道钉的闪烁频率是60次/分，则计数器被设定为每500ms 输出一次控制信号，与秒同步信号同步开始时点亮，持续500ms后熄灭，下一 次再收到秒同步信号时再点亮，周而复始，直至白天时太阳能同步道钉被关闭。 不同的闪烁频率只需要对点亮以后的工作时间及占空比进行设定，例如将太阳 能同步道钉的闪烁频率设置为240次时，占空比l: 1，此时当秒同步信号开始时，LED间隔125ms亮和灭，直至下一个秒同步信号到达时再开始下一个周期。 不同的闪烁频率和不同的占空比均可在不同的时间配置上获得，当工作时间的 周期大于l秒时，为了获得同步，需要识别奇数秒或偶数秒，这时只要调用格 林威治时间中的时分秒信号进行识别即可。离散安装的太阳能同步道钉将在统 一的同步时间配置下同步工作，不受安装位置的距离限制，各道钉间的工作同 步性非常好。
实施例太阳能同步道钉的壳体采用承压并适合道路交通使用的外形，且内 部具有安装电路板及蓄电池组V1的空间，外部具有安装太阳能电池板VS的位 置。太阳能同步道钉的壳体在满足上述条件的前提下，可以使用圆形、方形、 椭圆形等多种形状外形。实施例中使用方形铝质壳体，采用符合GB/T 19813 — 2005标准要求的125X125X25毫米铝合金壳体。壳体不影响太阳能同步道钉 的最终使用效果。
太阳能电池VS可以使用光电转换效率大于太阳能道钉所需功率面积比的 所有类型太阳能电池，在实施例中使用了多晶硅太阳能电池，采用一组约0. 55W 的多晶硅太阳能电池，太阳能电池VS安装在壳体上部的太阳能电池板安装位 置上，并用耐磨的亚克力透明胶片覆盖在太阳能电池上。太阳能电池VS的配 置需考虑电路组成的耗电要求，使用地的日照数，以及道钉的技术目标等，选 择适配；太阳能电池VS的容量与实现同步工作的目标没有直接关系，太阳能 同步道钉的持续工作时间与太阳能电池板VS及蓄电池VI容量有关。
蓄电池组V1采用内置微型蓄电池组，内置微型蓄电池组可以使用符合道 路交通环境温度变化要求及满足内置容积要求和容量要求的蓄电池组，在实施 例中使用了镍氢电池，采用二节AAA型800mA/H容量的镍氢电池，本实施例的 壳体的内部空间仅能够容纳二节AAA电池，并且使用二节AAA镍氢蓄电池符合 道钉芯片组和模块的工作电压要求。在实际使用中，随使用环境的不同，可配 置一节、二节或更多节电池，也可配置其他容量或材料的电池，其电池配置模 式主要受制于使用芯片组或者模块的电压、功率、太阳能电池板VS的适配系 数等参数，与道钉同步工作的效果没有必然的联系。
充放电与启闭控制电路中充放电控制电路DA主要负责对蓄电池组V1进行充放电控制，防止过充电或过放电；启闭控制电路Ll负责检测太阳能道钉的 工作阈值，在白天将关闭太阳能道钉，夜间开启太阳能道钉，同时接受微处理 器CU控制，以实现对各部件的工作状态管理。
卫星接收模块CT能够接收卫星时间信号，可选择使用单芯片或多芯片组 成的接收模块。卫星接收模块CT与太阳能道钉实施同步控制时选择的卫星授 时源相匹配，可以选择美国GPS系统的接收模块，或欧洲"伽利略"卫星的接 收模块，或俄罗斯"格洛纳斯"全球导航定位卫星的接收模块，或中国"北斗" 卫星定位接收模块，不同的卫星接收模块在最终使用效果上是近似的。卫星接 收模块CT使用与之配套的微型卫星接收天线TX，以便能够获得最佳的接收效 果及符合安装到太阳能道钉内的技术和体积要求。卫星接收模块CT的选择， 虽然目前可商业化使用的卫星授时源有至少四种，但是在国际上使用较为广泛 的仍然是美国的GPS系统,并且其芯片组也较为成熟和廉价，本实施例使用GPS 系统作为同步授时系统源，采用美国SiRF芯片组作为卫星接收芯片。通常在 实际使用中将芯片组组成具有应用侧重的模块以便于最终应用，本实施例实际 最重要的应用是授时，采用杭州指挥通讯设备有限公司生产的基于美国SiRF III GPS芯片组的CTCT型微型低功耗模块作为卫星接收模块CT。该模块主要 应用于需要同步授时的工业应用领域，同时也输出格林威治时间及坐标等数 据，具有秒同步信号输出，同步信号脉冲宽度可调，以上升沿为准的时间精度 误差小于等于15ns。
微处理器CU主要完成对卫星接收模块CT接收到的信号进行后期处理及最 终输出有效的同步控制信号，微处理器CU与卫星接收模块CT匹配，微处理器 CT通过程序控制实现太阳能道钉的同步工作模式。目前市场上有供的带程序控 制和处理能力的微处理器，在满足耗电/处理能力/控制功能/体积等要求的前 提下几乎均可采用。本实施例的微处理器CU使用成熟的低功耗的带程序处理 的51系列P89LPC915HDH型单片机，选择该微处理器的原因是基于其具有功能 已经能够满足使用要求，并且功耗和电压指标也符合使用要求。微处理器CU 通过指令控制启闭控制电路Ll来实现对卫星接收模块CT的工作管理，当微处 理器CU处于"自动"状态时，卫星接收模块CT通过DC/DC电路L2直接获得电源；当微处理器CU对卫星接收模块CT工作状态进行干预时，可通过启闭控 制电路Ll切断卫星接收模块CT的工作电源。
电发光器件可以采用LED或者其它电发光元件，本实施例采用LED，微处 理器CU与LED电路连接。不是所有型号的微处理器都可以直接驱动LED，当需 要双面点亮太阳能道钉的LED时，可在LED电路前端增加驱动控制电路QD，通 过驱动控制电路QD再连接到LED电路，驱动电路QD对驱动电流进行放大，驱 动电路QD使用普通的小功率三极管即可；当使用单面显示时，P89LPC915HDH 型单片机可以直接驱动所需的LED。 LED的颜色选择视实际需要设置， 一般采 用红色、黄色和白色的LED，通常太阳能道钉的单面显示窗口安装3个LED， 如果是双面显示窗口则各安装3个LED,其亮度和半强角应符合国家标准。
太阳能同步道钉在白天，例如照度大于150LEX时将停止工作，当进入夜 间时，太阳能电池VS电动势低于关闭阈值，此时启闭控制电路L1被开启，微 处理器CU被激活，卫星接收模块CT启动，开始进入冷启动状态，在搜星过程 中卫星接收模块CT的串行口及秒信号输出端没有输出，当接收模块CT收到有 效的卫星信号后，将从秒信号同步端每一秒输出一个秒信号，同时将从串行口 输出格林威治时间及坐标参数。在本发明中，将丢弃坐标数据，仅使用实时的 时间数据和秒信号。秒信号输出的脉冲宽度是可设置的，在接收模块CT中， 本实施例选择了 100ns的秒信号脉冲宽度，以秒信号脉冲的上升沿为秒同步信 号的开始标识，其正负误差小于15ns。微处理器CU中断捕捉到有效的秒同步 信号后产生硬件中断，并开始以1毫秒为单位计数，计数单位可以视最终输出精 度要求而定，步长也可根据需要而定，只要最终精度满足使用要求即可。从秒 同步信号到来的时刻开始，微处理器CU输出点亮LED的控制信号，预定的点 亮周期结束时，输出关闭LED的控制信号，在下一个秒同步信号到来时再开启 计数并点亮LED,循环点亮、关闭LED，直至工作周期结束，即照度大于系统 关闭阈值时，整个太阳能同步道钉将被关闭。若使用60次闪烁频率时，在秒 同步信号到来时，点亮LED,计数满500ms时，关闭LED,直至下一个秒同步 信号到来时，再开始第二个控制周期，直至关闭。
由于控制间隔很小，微处理器的时钟精度完全满足太阳能同步道钉的工作误差要求，所以一般不需要误差校准流程。在时间同步的条件下，通过软件的 控制，可实现多种不同控制模式的同步工作状态。例如，在特殊的节假日或特
别的应用需求时，需要定时启动太阳能道钉，其实施方法是在微处理器cu的
程序中设置启动的时间条件，使用格林威治时间再根据坐标时区进行本地时间 换算和校准，通过本地时间来控制太阳能道钉的启闭时间，启闭时间即需设置
的时间条件，微处理器cu通过比对时间条件来控制太阳能道钉的工作状态，
当满足启动条件时则开启，满足关闭条件时则关闭太阳能道钉。
以上实施例对本发明太阳能道钉同步控制方法作了较为详细的描述，但是 这些描述并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在 不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范 围。
权利要求
1、一种太阳能道钉同步控制方法，其特征在于利用地球同步定位卫星的授时功能，采用太阳能同步道钉，使用同一时间源对离散安装的太阳能同步道钉进行同步工作控制；所述的太阳能同步道钉包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微型卫星接收天线、卫星接收模块、微处理器和电发光器件；所述的太阳能电池向蓄电池组充电，并和充放电控制电路与启闭控制电路连接，微型卫星接收天线连接卫星接收模块，卫星接收模块连接微处理器，微处理器输出端与电发光器件连接，电发光器件由微处理器驱动和控制；所述的微型卫星接收天线接收到地球同步定位卫星的授时信号后，通过卫星接收模块解析并提取出时间信息及秒同步信息，微处理器接收到卫星接收模块提供的秒同步信号后，按照预置的闪烁频率、闪烁占空比控制电发光器件的点亮和关闭，离散安装的太阳能同步道钉使用源自于相同的卫星精确授时的时间配置和启动时间，执行高度同步的工作模式。
2、 根据权利要求l所述的太阳能道钉同步控制方法，其特征在于所述 的微处理器通过对授时方案的不同分配，获得太阳能同步道钉不同的闪烁频率 和占空比。
3、 根据权利要求2所述的太阳能道钉同步控制方法，其特征在于所述 太阳能同步道钉的卫星接收模块与太阳能道钉同步控制方法选择的地球同步 定位卫星的授时源相匹配。
4、 根据权利要求3所述的太阳能道钉同步控制方法，其特征在于所述 的太阳能同步道钉的微处理器与卫星接收模块匹配，所述的微处理器通过程序 控制实现太阳能同步道钉的同步工作模式。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能道钉同步控制方法，利用地球同步定位卫星的授时功能，采用太阳能同步道钉，使用同一时间源对离散安装的太阳能同步道钉进行同步工作控制；所述的太阳能同步道钉包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微型卫星接收天线、卫星接收模块、微处理器和电发光器件；所述的微型卫星接收天线接收到地球同步定位卫星的授时信号后，通过卫星接收模块解析并提取出时间信息及秒同步信息，微处理器接收到卫星接收模块提供的秒同步信号后，按照预置的闪烁频率、闪烁占空比控制电发光器件的同步点亮和关闭。本发明使用同步时间对太阳能道钉进行同步工作控制，不受道路长度、走向等限制，实施简单、方便，控制可靠。
文档编号G08G1/095GK101567129SQ200910098590
公开日2009年10月28日 申请日期2009年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者伟 陈 申请人:伟 陈