自行车尾灯智能指示系统及其控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方法。本发明的自行车智能指示系统包括单片机最小系统模块、倾角感应模块、光敏触发模块、压力触发模块、太阳能供电模块、点阵LED显示模块以及微动开关。本发明的优点是以太阳能充电管理和升压进行供电，运用多种传感器协控感知触发平衡功能，无需人为操作，实现系统的自动指示控制；在光线昏暗时，自行车行驶过程中尾灯自动感知显示行驶图标并调整光照灵敏度；当自行车转向及刹车时，系统使用倾角传感器外接双电压比较器，防止系统因行驶过程中的抖动而产生误触发，提高骑行的安全性；系统采用分模设计与组装，小巧便捷，功能完整，适用于人们的出行需要。
【专利说明】自行车尾灯智能指示系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通工具的指示控制领域，具体涉及一种应用点阵LED、多种传感器和 单片机的自行车尾灯智能指示系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 自行车可以说是与我们的生活息息相关，无论是代步还是健身，自行车都以其轻 巧便捷，低碳环保等优点作为许多人的选择。但是随着自行车的日益增多，自行车的安全事 故也层出不穷。研究表明大多数自行车的安全事故都发生在自行车转弯或刹车等过程，其 中以光线昏暗的夜晚尤为突出。在许多自行车聚集使用的地区，如学校、工厂等地，在上下 班或者用餐时间段，大量自行车在狭窄的道路上行进，尤其在夜晚路灯光线昏暗，有的路段 甚至没有路灯，自行车本身又没有车灯，这样自行车在夜晚相撞的情况时有发生。
[0003] 太阳能移动电源具有节能、环保、方便、安全、寿命长、适用广等特点，具有广阔的 使用价值。它的干净清洁、永久性、灵活性等优点为新能源开发带来了无限的创新空间。太 阳能移动电源采用太阳光能，无需市电，无需后期运行费用，节约用电，是国家大力推广使 用的绿色环保节能能源。它可任意安装，不受位置限制，安装使用简单，哪里有阳光哪里就 有电，其科技含量高，技术先进，故障率低，基本免维护，维修量极少，操作简单，只要轻轻一 按就有电源输出。当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国 际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行"阳光计划"，开发太阳能资源，寻求经 济发展的新动力。从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光电转换装置的 发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射 能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。
[0004] 单片机体积小巧、质量轻、价格便宜，在各种领域应用广泛。单片机的最明显的优 势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。
[0005] 随着世界的不断发展，人们不再满足于手工操作，因而对自动化、机械化的要求越 来越多。传感器的出现则实现了自动检测和自动控制的首要环节。在人类进入信息时代的 今天，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心的，传感器作为信息获取与 信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。
【发明内容】
[0006] 为提高自行车骑行时的安全性和节能需求，本发明提供一种智能、简单、环保、人 性化的自行车尾灯智能指示系统及其控制方法。
[0007] 本发明是通过以下技术方案来实现：一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方 法，其特征是包括：其组成包括单片机系统，太阳能供电系统，光敏触发系统，压力触发系 统，倾角传感系统，刹车系统，点阵LED显示系统；其中太阳能供电模块2脚连接单片机系统 1脚，光敏触发模块3脚与压力触发模块4脚通过与门5脚连接单片机系统1脚，倾角传感 模块6脚连接单片机系统1脚，微动开关刹车7脚连接单片机系统1脚，点阵LED显示8脚 连接单片机系统1脚。
[0008] 所述太阳能电源模块电路包括：太阳能板连接对地电容之后连接CN3083芯片4 脚，红色LED连接CN3083芯片7脚，绿色LED连接CN3083芯片6脚，CN3083芯片3脚接地， CN3083芯片2脚连接电阻R2接地，CN3083芯片1脚、5脚连接电容C2和蓄电池，CN3083芯 片8脚通过对地电容C3连接CN5136芯片4脚，CN5136芯片2脚通过电感L1与1脚相连， CN5136芯片1脚通过二极管D1连接CN5136芯片5脚，CN5136芯片5脚通过对地电容C5 与系统相连进行供电。
[0009] 所述光敏触发模块电路包括：光敏电阻对地连接LM393芯片5脚，LM393芯片4脚 连接电位器R2, LM393芯片12脚接地，LM393芯片3脚接入5V电源，LM393芯片2脚5脚 通过电阻R3相连，LM393芯片2脚通过电阻R4与单片机12脚相连。
[0010] 所述压力触发模块电路包括：压力传感器MPX5999D芯片1脚与LM393芯片5脚相 连，LM393芯片4脚连接电位器R1，LM393芯片5脚与2脚通过电阻R3相连，LM393芯片12 脚接地，LM393芯片3脚接入5V电源，LM393芯片2脚通过电阻R2与单片机13脚相连。 [0011] 所述倾角感应模块电路：采用SCA60C角度传感器8脚连接5V电源，SCA60C角度 传感器4脚接地，SCA60C角度传感器7脚连接LM393芯片3脚，LM393芯片2脚和8脚连接 分别连接电位器R8与R4, LM393芯片5脚连接5V电源，LM393芯片4脚接地，LM393芯片1 脚连接单片机19脚，LM393芯片6脚连接单片机18脚，LM393芯片7脚与3脚相连。
[0012] 所述微动开关电路包括：微动开关连接单片机21脚。
[0013] 所述点阵LED显示模块电路：1脚连接单片机37脚，显示模块电路2脚连接单片 机36脚，显示模块电路3脚连接单片机35脚，显示模块电路4脚连接单片机34脚，显示模 块电路5脚连接单片机33脚，显示模块电路6脚连接单片机32脚，显示模块电路7脚连接 单片机32脚，显示模块电路8脚连接单片机30脚。
[0014] 所述单片机控制模块，采用AT89C51单片机，其电路晶振连接连个对地电容C9、 C11与单片机14、15脚相连，形成振荡电路；电容C5通过对地电阻R17连接单片机4脚，形 成复位电路。
[0015] 本发明的有益效果是：
[0016] 1)所述一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方法，太阳能供电使用CN3083芯 片，以及CN5136芯片，分别为太阳能供电的充电管理芯片和升压DC-⑶转换芯片。使系统 电压稳定，同时太阳能电池节约能源，绿色环保。
[0017] 2)所述一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方法，智能化程度高，无需人为手 动控制，运用多种传感器协控，实现完全自动安全指示功能。
[0018] 3)所述一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方法，使用光敏电阻与比较器，可 以通过调节参考电平的大小来调整光照灵敏度，使自行车尾灯不仅可以在黑暗中触发，也 可以在大雾阴天等恶劣环境中触发开启。
[0019] 4)所述一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方法，使用倾角传感器外接双电压 比较器，可以通过调节相应电位器来调节角度感应灵敏度。使自行车尾灯可以防止因行驶 过程中的抖动而产生的误触发。
[0020] 5)所述一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方法，所采用的分模块设计方法， 设计的PCB板分模块焊接组装，使整个自行车尾灯装置易于拆卸和装置于自行车中。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为自行车尾灯智能指示控制系统整体结构框图
[0022] 图2为主板原理图
[0023] 图3为太阳能供电原理图
[0024] 图4为压力触发模块原理图
[0025] 图5为倾角模块原理图
[0026] 图6为点阵LED显示模块原理图
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0028] 如图1所示，本发明所述电路包括：单片机最小系统模块、倾角感应模块、光敏触 发模块、压力触发模块太阳能供电模块、点阵LED显示模块以及微动开关；太阳能板吸收太 阳能，转化成不稳定的电能，CN3083芯片稳定电流并将电能储存在蓄电池中，CN5136芯片 升压，得到5V稳定电源；光敏电阻感知光线强弱变化，随着光强减弱，电阻变大，连接LM339 比较器电压变大并最终超过参考电平，导致输出电压翻转并被单片机察觉这一动作，实现 光敏触发；压力传感器感知压力变化，连接比较器，当电压超过阀值电压时产生翻转，产生 阀值信号，实现压力触发；倾角传感器SCA60C随着倾角的变化，输出电压也随之变化，连接 LM393双电压比较器，将模拟量电压信号和参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近， 输出电压产生跃变，相应输出高电平或低电平，触发单片机程序，控制点阵LED显示相应左 转右转图标。
[0029] 如图2所示，主板包括单片机最小系统，过敏触发模块，RS232串口通信电路，电源 稳压电路，以及四个外接接线柱。单片机最小系统中单片机为STC89C51。14脚、15脚接有 振荡电路，其中晶振频率为11. 0592MHz。当给单片机加上工作所需直流电源时，振荡器就开 始振荡起来。振荡电路的目的是为单片机工作提供所需的时钟脉冲信号。其中14脚和15 脚分别对地接了一个47pF的电容，目的是防止单片机自激。同时在4脚也就是RST端外接 了一个复位电路，目的是使单片机上电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作。光敏触 发系统中使用了一个比较器LM339检查光敏电阻的输出电压值，电位器R2是一个分压器， 其中间抽头给比较器LM339的4脚提供一个参考电平Vp，当输出值超过参考电平时LM339 改变输出Vout的状态，产生阀值电压。RS232串口通信电路使用MAX232芯片进行串口通 信，使用USB转232连接线将系统与电脑相连，在Keil软件中下载程序，进行烧录。在电源 稳压电路中使用ASM1117芯片稳定电压，之后连接PWR2. 5直流电源插座用于连接太阳能移 动电源。
[0030] 如图3所示，整个太阳能供电电路由CN3083和CN5136两个芯片组成。在CN3083 芯片的VCC端（4脚）接入太阳能电池板吸收太阳能，此时太阳能从4脚进入，加入电容C1 使输入电压稳定。CN3083芯片的BAT端（5脚）连接电池，BAT管脚向电池提供充电电流和 恒压充电电压，在充电过程中，将电能存储在电池中。同时BAT也具有睡眠模式，在电源电 压低于电源电压过低锁存阈值或者睡眠模式时，此时VCC (4脚）与BAT管脚的电压差小于 20mV，CN3083将进入低功耗的睡眠模式，此时BAT管脚的电流小于3 μ A。在充电过程中，CH 管脚（7脚）被内部开关拉到低电平，此时红色LED灯亮。当充电结束时，OK管脚（6脚）被 内部开关拉到低电平，此时绿色LED灯亮。此时从CN3083输出的电源电压为3 - 4V，还需 要一个升压电路，接入CN5136芯片。电流从CN3083芯片输出流入CN5136芯片，加入电感 和肖特基二极管可以在很大程度上影响转换效率，电感和输出电容则会影响输出电压的纹 波。电感值越小，则输出电流能力越强，输出纹波也越大。电容C3,输入滤波；电容C5,输出 滤波，使用串联等效电阻（ESR)比较小的电容，可以保证有较小的纹波；电容C4,回路补偿 电容，可以减小纹波和噪声。电阻R3与R4对输出电压进行设置。
[0031] 如图4所示，压力传感器产生0?4. 7V的模拟电压，其中随着压力的增大，输出电 压也随之增大。当压力增大到一定值时，超过比较器的额定电压，则发生反转并被单片机捕 捉，根据相应指令产生相应动作。
[0032] 如图5所示，倾角传感模块中传感器SCA60C可精确检测到0?90度的角度范围， 当角度传感器与水平面成90度的角度时，此时输出+5V的模拟电压。在0?90度的倾角范 围内，输出的是正比于倾角大小的+〇. 5?+5V的模拟电压信号，当角度传感器与水平面间 的角度从90度到180度的范围变化时，输出端输出的是从+5V依次变化到+0. 5V的模拟电 压信号，因此通过测定传感器SCA60C输出端电压的大小即可确定传感器与水平面的夹角。 在倾角传感模块中使LM393双电压比较器，将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相 比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。
[0033] 如图6所示，LED显示模块是由四个8*8共阳点阵组成的16*16点阵。驱动部分 使用两个移位带存储器的74HC595和两个存储器74HC164组成。74HC595负责行扫描数据， 74HC164负责列扫描数据。列扫描采用三极管放大电流，加大扫描强度，提高点阵屏亮度。 整个显示过程为先移出16个列数据信号，再移一个行信号，最后重复完成16行扫描。
【权利要求】
1. 一种自行车尾灯智能指示系统及其控制方法，其特征包括：单片机系统，太阳能供 电系统，光敏触发系统，压力触发系统，倾角传感系统，刹车系统，点阵LED显不系统；其中 太阳能供电模块2脚连接单片机系统1脚，光敏触发模块3脚与压力触发模块4脚通过与 门5脚连接单片机系统1脚，倾角传感模块6脚连接单片机系统1脚，微动开关刹车7脚连 接单片机系统1脚，点阵LED显示8脚连接单片机系统1脚。 1) 所述太阳能电源模块电路包括太阳能板连接对地电容之后连接CN3083芯片4脚， 红色LED连接CN3083芯片7脚，绿色LED连接CN3083芯片6脚，CN3083芯片3脚接地， CN3083芯片2脚连接电阻R2接地，CN3083芯片1脚、5脚连接电容C2和蓄电池，CN3083芯 片8脚通过对地电容C3连接CN5136芯片4脚，CN5136芯片2脚通过电感L1与1脚相连， CN5136芯片1脚通过二极管D1连接CN5136芯片5脚，CN5136芯片5脚通过对地电容C5 与系统相连进行供电。 2) 所述光敏触发模块电路包括光敏电阻对地连接LM393芯片5脚，LM393芯片4脚连 接电位器R2, LM393芯片12脚接地，LM393芯片3脚接入5V电源，LM393芯片2脚5脚通 过电阻R3相连，LM393芯片2脚通过电阻R4与单片机12脚相连。 3) 所述压力触发模块电路包括压力传感器MPX5999D芯片1脚与LM393芯片5脚相连， LM393芯片4脚连接电位器Rl，LM393芯片5脚与2脚通过电阻R3相连，LM393芯片12脚 接地，LM393芯片3脚接入5V电源，LM393芯片2脚通过电阻R2与单片机13脚相连。 4) 所述倾角感应模块电路采用SCA60C角度传感器8脚连接5V电源，SCA60C角度传感 器4脚接地，SCA60C角度传感器7脚连接LM393芯片3脚，LM393芯片2脚和8脚连接分别 连接电位器R8与R4, LM393芯片5脚连接5V电源，LM393芯片4脚接地，LM393芯片1脚 连接单片机19脚，LM393芯片6脚连接单片机18脚，LM393芯片7脚与3脚相连。 5) 所述微动开关电路包括微动开关连接单片机21脚。 6) 所述点阵LED显示模块电路1脚连接单片机37脚，显示模块电路2脚连接单片机 36脚，显示模块电路3脚连接单片机35脚，显示模块电路4脚连接单片机34脚，显示模块 电路5脚连接单片机33脚，显示模块电路6脚连接单片机32脚，显示模块电路7脚连接单 片机32脚，显示模块电路8脚连接单片机30脚。
【文档编号】H05B37/02GK104105266SQ201410357527
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】陶洪峰, 王明慧 申请人:江南大学