专利名称：一种太阳能道钉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种道钉，特别是一种能使用卫星授时同步控制的太阳能 道钉，主要应用于道路交通中的标线夜间强化显示。
技术背景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，使用无线控制方式实现离散的太阳能道钉同步工作，然而 这种结构的太阳能道钉，适于无线控制同步工作，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。 发明内容本实用新型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 结构合理，能使用卫星授时同步控制的太阳能道钉。本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是该太阳能道钉，包括壳体、 太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微处理器和电发光器件，其 结构特点是还包括微型卫星接收天线和卫星接收模块，所述的太阳能电池和 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。微型卫星接 收天线和卫星接收模块的设置，使太阳能道钉能利用地球同步定位卫星的授时信号，使用同一时间源对离散安装的太阳能道钉实现同步工作控制。本实用新型太阳能道钉所述的卫星接收模块与太阳能道钉同步控制选择的地球同步定位卫星的授时源相匹配。本实用新型太阳能道钉所述的微处理器与卫星接收模块匹配。 本实用新型太阳能道钉所述的微处理器和电发光器件之间设置驱动电路，微处理器输出端与驱动电路相连接，驱动电路再与电发光器件相连接。电发光器件由微处理器驱动和控制。本实用新型太阳能道钉所述的蓄电池组采用内置微型蓄电池组。本实用新型太阳能道钉所述的电发光器件采用LED。本实用新型与现有技术相比具有以下优点本实用新型结构合理，设置了 微型卫星接收天线和卫星接收模块，能接收地球同步定位卫星的授时信号，使 用同一时间源实现对太阳能道钉同步管理，使离散安装的太阳能道钉能够在同 步模式下有效工作。该太阳能道钉克服了现有技术实施同步工作，受区域大小 限制，安装成本和运行成本高的缺陷，不受道路长度、走向等使用环境限制， 进行离散安装的道钉同步控制简单方便，可靠性高、引导效果好，具有广阔的 应用前景。
图1为实施例太阳能道钉结构示意方框图。
具体实施方式
下面通过实施例，结合附图对本实用新型作进一步的阐述。参见图1，实施例太阳能道钉包括壳体、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Ll、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L1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DA输出连接到启闭控制电路Ll，启闭控制电路Ll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再与电发光器件连接，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。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125X125 X25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VI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800rnA/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AM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5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。
实施例太阳能道钉同步工作控制流程为太阳能电池VS通过充放电控制 电路DA控制蓄电池组VI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一微型卫星接收天线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一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一微处理器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道钉的电发光器件。离散安装的太阳能道钉 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%，应该不会对太阳能道钉的工作产生影响，16小时是以太 阳能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l: l设计，则每次闪烁是亮500ms，灭500ms,在实际运 行中，误差小于5%也就是小于25ms。卫星定位模块能够提供坐标信息、格林
7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CT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CT没有上述数据及信号输出。本实用新型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CU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是点亮，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h 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，微处理器CU通过对授时方案的不同 分配，获得太阳能道钉不同的工作显示颜色及变化闪烁频率。当工作时间的周 期大于1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。
太阳能道钉在白天，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。在本实用新型中，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，在卫星接收模块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，整个太阳能道钉将被关闭。
由于控制间隔很小，微处理器CU的时钟精度完全满足太阳能道钉的工作 误差要求，所以一般不需要误差校准流程，当增加控制间隔时，可视情况需要 增加误差校准流程。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。
以上实施例对本实用新型作出了较为详细的描述，但是这些描述并非是对 本实用新型的限制，即本实用新型并不局限于上述实施例的具体结构及描述。 本实用新型的保护范围包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换 或替代以及改型。
权利要求1、一种太阳能道钉，包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微处理器和电发光器件，其特征在于还包括微型卫星接收天线和卫星接收模块，所述的太阳能电池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。
2、 根据权利要求l所述的太阳能道钉，其特征在于所述的卫星接收模 块与太阳能道钉同步控制选择的地球同步定位卫星的授时源相匹配。
3、 根据权利要求2所述的太阳能道钉，其特征在于所述的微处理器与 卫星接收模块匹配。
4、 根据权利要求3所述的太阳能道钉，其特征在于所述的微处理器和 电发光器件之间设置驱动电路，微处理器输出端与驱动电路相连接，驱动电路 再与电发光器件相连接。
5、 根据权利要求1或4所述的太阳能道钉，其特征在于所述的蓄电池 组采用内置微型蓄电池组。
6、 根据权利要求5所述的太阳能道钉，其特征在于所述的电发光器件采用LED。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能道钉，主要应用于道路交通中的标线夜间强化显示。该太阳能道钉包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微处理器和电发光器件，其结构特点是还包括微型卫星接收天线和卫星接收模块，所述的太阳能电池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。本实用新型结构合理，设置了微型卫星接收天线和卫星接收模块，使太阳能道钉能利用地球同步定位卫星的授时信号，使用同一时间源对离散安装的太阳能道钉实现同步工作控制。
文档编号H01Q1/22GK201406647SQ20092011992
公开日2010年2月17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