一种基于压电陶瓷的智能红绿灯系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能红绿灯及馈能系统，尤其涉及一种基于压电陶瓷的智能红绿灯系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着私家车数量的急剧扩增，当车流量较大时，被红灯阻挡等待的车辆会延伸过长，而另一流向的车流量恰好过少，这会造成道路的严重阻塞，红绿灯工作时间如何合理的分配越来越受到关注。专利号为CN201210308520及CN201210308550中通过摄像头检测道路的车流量，使控制单元输出控制信号，来分配红绿灯工作的时间。但是，摄像头中采集的图像信号量过大，控制单元需要处理大量的数据，给硬件带来较大压力，同时当遭遇大雾、阴天下雨、沙尘暴等恶劣天气及夜晚的时候，摄像头采集图像的清晰度、测量范围会受到极大的影响，数据采集的效果自然不理想，影响智能红绿灯的工作。
【发明内容】
[0003]针对上述技术中存在的缺点和不足，本发明提出一种基于压电陶瓷的智能红绿灯系统及控制方法。本发明的智能红绿灯系统能够实现在任何天气的正常工作，并将车身的动能和势能转化为电能进行回收利用，节约资源、保护环境。
[0004]本发明的技术方案为:
[0005]一种基于压电陶瓷的智能红绿灯系统，包括控制单元ECU、南北方向测距信号采集电路、东西方向测距信号采集电路、能量存储装置电压检测电路、南北方向红绿灯控制电路、东西方向红绿灯控制电路、能量存储装置切换电路；
[0006]所述南北方向测距信号采集电路的输出端、所述东西方向测距信号采集电路的输出端、所述南北方向红绿灯控制电路控制信号输入接口、所述东西方向红绿灯控制电路控制信号输入接口均与控制单元ECU的信号输出端相连，用于计算分析南北方向测距信号采集电路、东西方向测距信号采集电路采集到的电压信号，判断每个方向的红绿灯应该怎样工作，将控制信号输出给南北方向红绿灯控制电路、东西方向红绿灯控制电路控制十字路口红绿灯的工作；
[0007]所述能量存储装置电压检测电路的输出端、所述能量存储装置切换电路控制信号输入接口均与控制单元ECU的信号输出端相连，用于计算分析能量存储装置电压检测电路采集到的电压信号，判断能量存储装置是否已经充满电，输出控制信号给能量存储装置切换电路，使能量存储装置实现充电和放电两种工作模式的切换。
[0008]进一步，所述的南北方向测距信号采集电路、东西方向测距信号采集电路、能量存储装置电压检测电路均采用传统的电压采集电路，所述的电压采集电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、放大器LF353 ；
[0009]所述被检测电路电压的正端均与放大器LF353反相输入端电阻Rl相连，反相输入端电阻Rl的另一端同时与反馈电阻R3的一端和放大器LF353的反相输入端相连，反馈电阻R3的另一端与放大器LF353的输出端相连，放大器LF353输出端与控制单元的信号输入端相连，参考电压与放大器LF353的正相输入端电阻R2相连，正相输入端电阻R2的另一端与放大器LF353的正相输入端相连。
[0010]进一步，所述的南北方向红绿灯控制电路、东西方向红绿灯控制电路采用同一红绿灯控制电路，所述的红绿灯控制电路包括:反相器741s02，三极管Ql，三极管Q2，红灯LI，绿灯L2，红绿灯供电电源E ;
[0011]所述控制单元ECU的红绿灯控制信号输出端口同时与三极管Ql的基极以及反相器741s02的输入端相连，所述反相器741s02的输出端与三极管Q2的基极相连，所述红绿灯供电电源E的正极与三极管Q1、三极管Q2的集电极同时相连，所述红绿灯供电电源E的负极与红灯LI的负极、绿灯L2的负极同时相连，所述三极管Ql的发射极与红灯LI的正极相连，所述三极管Q2的发射极与绿灯L2的正极相连。
[0012]进一步，所述的能量存储装置切换电路包括:反相器741s00、四个MOS管、能量存储装置超级电容A和超级电容B、能量总储装置、压电陶瓷元件；
[0013]所述控制单元ECU的能量存储电路控制信号输出端口同时与第一 MOS管、第四MOS管的栅极以及反相器741s00的输入端相连，所述反相器741s00的输出端分别与第二 MOS管、第三MOS管的栅极相连；所述压电陶瓷元件输出端的正极分别与第一 MOS管的漏极、第三MOS管的漏极相连；第一 MOS管的源极分别与超级电容A的正极端、第二 MOS管的漏极相连，第三MOS管的源极分别与超级电容B的正极端、第四MOS管的漏极相连，第二 MOS管的源极、第四MOS管的源极均同时与能量总储装置的正极端相连；能量总储装置的负极端同时与超级电容A负极端、超级电容B的负极端、压电陶瓷元件的负极端相连。
[0014]本发明的一种基于压电陶瓷的智能红绿灯切换方法，包括步骤:
[0015]步骤I，控制单元ECU采集各个电压采集电路的电压信号，并对各个电压信号进行编号，根据控制单元硬件对应的编程语言写入一个最长的测量距离；
[0016]步骤2，控制单元ECU对采集到的电压信号进行计算分析，并进行逻辑判断；
[0017]步骤3，判断东西方向的车队总长1^是否大于写入的最长测量距离I _。
[0018]步骤4，根据步骤3的判断，若东西方向车队总长1?大于写入的最长测量距离1_，则判断南北方向车队总长1，是否大于写入的最长测量距离I _。
[0019]步骤5，根据步骤4的判断，若南北方向车队总长Isn也大于写入的最长测量距离1_，红绿灯按照传统的时间完成一个周期的切换工作。
[0020]步骤6，根据步骤4的判断，若南北方向车队总长Isn不大于写入的最长测量距离1_，则判断东西方向车队总长是否比南北方向车队总长大S米。
[0021]步骤7，根据步骤6的判断，若东西方向车队总长比南北方向车队总长大S米，东西方向红绿灯工作于绿灯模式南北方向红绿灯工作于红灯模式。
[0022]步骤8，根据步骤6的判断，若东西方向车队总长不比南北方向车队总长大S米，红绿灯按照传统的时间完成一个周期的切换工作。
[0023]步骤9，根据步骤3的判断，若东西方向车队总长Iew不大于写入的最长测量距离1_，则判断南北方向车队总长。是否大于写入的最长测量距离I _。
[0024]步骤10，根据步骤9的判断，若南北方向车队总长Isn大于写入的最长测量距离1_，则判断南北方向车队总长是否比东西方向车队总长大S米。
[0025]步骤11，根据步骤10的判断，若南北方向车队总长比东西方向车队总长大S米，南北方向红绿灯工作于绿灯模式东西方向红绿灯工作于红灯模式。
[0026]步骤12，根据步骤10的判断，若南北方向车队总长不比东西方向车队总长大S米，红绿灯按照传统的时间完成一个周期的切换工作。
[0027]步骤13，根据步骤9的判断，若南北方向车队总长Isn不大于写入的最长测量距离1_，则判断东西方向车队总长是否比南北方向车队总长大S米。
[0028]步骤14，根据步骤13的判断，若东西方向车队总长比南北方向车队总长大S米，东西方向红绿灯工作于绿灯模式南北方向红绿灯工作于红灯模式。
[0029]步骤15，根据步骤13的判断，若东西方向车队总长不比南北方向车队总长大S米，红绿灯按照传统的时间完成一个周期的切换工作。
[0030]步骤16，重复步骤2到步骤15。
[0031]本发明的技术效果为:在需要车流量检测路段的公路内植入压电陶瓷材料，压电陶瓷可以将路过车辆的部分动能和重力势能转化为电能，通过电压提取电路将压电陶瓷产生的电能进行集中回收，当能量存储装置充满电后转而工作于供电模式，为红绿灯、路灯、摄像头等供电。由于安置红绿灯相关路段过往车流量较大，因此能量的回收也相当可观。在植入压电陶瓷的公路段内，每一米长作为一个电压检测模块。当有车辆通过此电压检测模块连接的压电陶瓷段时，电压先增高后迅速降为零；当车辆停止在某一电压检测模块时，该模块电压检测到一个大于零的恒定电压值；当没有车辆通过也无车辆停留时，电压检测模块检测到的电压值为零。控制单元ECU对检测到的电压信号进行逻辑分析，并输出控制信号控制红绿灯工作模式的切换，同时控制能量存储装置在充电和放电模式下的切换。与现有技术相比，此外，本发明的基于压电陶瓷的智能红绿灯系统具有以下优点:
[0032]1.阴雨、大雾、沙尘暴等恶劣天气及夜晚，能够不受光线的影响继续正常工作。
[0033]2.较基于摄像头的图像采集方式，硬件需要处理的数据量较少，执行效果更好。
[0034]3.红绿灯处为车流量相对较高的路段，对能量回收比较有利，可以节约资源、保护环境。
【附图说明】
[0035]图1为本发明的基于压电陶瓷的智能红绿灯系统组成图；
[0036]图2为电压检测电路图；
[0037]图3为南北方向红绿灯控制电路、东西方向红绿灯控制电路图；
[0038]图4为能量存储装置切换电路图；
[0039]图5为红绿灯逻辑切换流程图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图，对本发明的具体实施方案做进一步