移动式太阳能交通动感指示装置的制作方法

本发明涉及太阳能应用技术，特别是一种便于移动的可自动调节亮度的太阳能LED交通指示灯，属于交通控制技术领域。

背景技术：

太阳能是一种清洁的绿色能源, 随着光伏产业在全球各地的日益盛行，世界光伏市场取得快速发展。LED(发光二极管) 也是一种环保、节能、高效的固态新型电光源，具有耗电小、亮度高、体积小、重量轻、寿命长等优点。将LED 技术和太阳能技术结合在一起, 开发太阳能半导体照明, 是最佳的节能、环保组合, 是新一代能源和新一代光源的完美结合。研究开发利用太阳能LED 照明技术将是世界各国政府可持续发展的战略决策, 意义重大。用LED作为光源的交通信号灯具有节能省电、控制方便、反应快等优点，逐步取代白炽灯、低压卤钨灯制作道路交通信号灯。

LED在交通信号灯方面的应用，其发展非常迅速，由于LED本身所具备的环保、节能、长寿命等优点，LED在交通领域的应用依然有非常大的空间。有效地结合LED 技术和太阳能光伏技术，研发生产可移动并且能根据环境光的强度可自动调节LED亮度的交通指示灯，可给道路工程施工或临时养护维修带来方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出移动式太阳能交通动感指示装置，使用在道路工程施工或临时养护维修时，便于移动，利用太阳能光伏发电技术，将太阳能转换的电能供给高亮度LED发光二极管，通过智能单元控制多组发光二极管按一定的时序点亮，形成流水般的动感方向指示，并且能根据环境光的强度自动调节LED亮度，给道路交通行车提供方便。

本发明是这样实现的：移动式太阳能交通动感指示装置，包括：太阳能电池单元（1）、单向充电单元（2）、蓄电池（3）、备用充电接口（4）、升压单元（5）、稳压单元（6）、光电池电压取样单元（7）、光敏传感器（8）、编程接口单元（9）、智能单元（10）、驱动单元（11）、LED动感发光单元（12）；其中：

太阳能电池单元（1）：将太阳能转化为电能，为LED交通指示灯提供能源，与单向充电单元（2）和光电池电压取样单元（7）构成电气连接；

单向充电单元（2）：将太阳能电池单元（1）与蓄电池（3）进行单向隔离充电，与太阳能电池单元（1）和蓄电池（3）构成电气连接；

蓄电池（3）：储存太阳能电池单元（1）的电能，与单向充电单元（2）、备用充电接口（4）、升压单元（5）、稳压单元（6）构成电气连接；

备用充电接口（4）：用于太阳能电池供电能力不足且蓄电池电量不足时临时补充电量，外接充电器通过该接口与蓄电池（3）构成电气连接；

升压单元（5）：用于升高蓄电池（3）的电压，其输出作为LED供电电源，与蓄电池（3）、稳压单元（6）、智能单元（10）、LED动感发光单元（12）构成电气连接；

稳压单元（6）：为智能单元（10）提供稳定的工作电压，与蓄电池（3）、升压单元（5）和智能单元（10）构成电气连接；

光电池电压取样单元（7）：对太阳能电池单元的输出电压进行采样，与太阳能电池单元（1）、单向充电单元（2）、智能单元（10）构成电气连接；

光敏传感器（8）：将环境光的变化转换为电压信号的变化，以便智能单元检测环境光的照度，与智能单元（10）构成电气连接；

编程接口单元（9）：用于智能单元（2）的编程、调试、程序下载，与智能单元（10）构成电气连接；

智能单元（10）：在程序的控制下，根据所检测到的环境光的照度，以PWM调光信号输出，各组LED按一定的时序点亮，以便LED形成流水般的动感方向指示，与升压单元（5）、稳压单元（6）、光电池电压取样单元（7）、光敏传感器（8）、编程接口单元（9）、驱动单元（11）构成电气连接；

驱动单元（11）：根据智能单元（10）给出的各组LED的点亮信号，驱动点亮相应的LED，从而形成流水般的动感方向指示，与智能单元（10）和LED动感发光单元（12）构成电气连接；

LED动感发光单元（12）：由若干只LED发光器件构成，对LED进行分组控制，每组LED是否点亮受驱动单元（11）控制，与升压单元（5）和驱动单元（11）构成电气连接。

所述的LED动感发光单元（12）由m组LED发光器件构成，m为正整数，且m≥3；每组LED含有并联的n条支路，n为正整数；每条支路有k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数；每组LED通过驱动单元按一定的时序点亮，形成流水般的动感方向指示。

本发明是按照上述构思使用上述部件组合而成，其工作原理是：利用太阳能光伏发电技术，将太阳能转换为电能，为LED交通指示灯提供能源，通过升压电路供给高亮度LED发光二极管。智能单元根据所检测到的环境光的照度，以PWM调光信号输出，控制多组发光二极管的点亮时序，经驱动单元使LED形成流水般的动感方向指示，从而给道路交通行车提供方便。

本发明的优点及效果：

(1)使用太阳能光伏电池，在道路工程施工或临时养护维修时，便于移动。

(2)利用节能、高效的LED作为发光器件，具有耗电小、亮度高、体积小、重量轻、寿命长等优点。

(3)可自动检测环境光的照度，并自动改变LED的亮度，以PWM方式调光。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电路原理方框图。

图2是实施例的太阳能电池单元、单向充电单元、蓄电池、备用充电接口、稳压单元、光电池电压取样单元的电路连接原理图。

图3是实施例的光敏传感器、智能单元、编程接口单元的电路连接原理图。

图4是升压单元连接信号示意图。

图5是实施例的驱动单元和LED动感发光单元电路连接原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参看图1，移动式太阳能交通动感指示装置，包括：太阳能电池单元（1）、单向充电单元（2）、蓄电池（3）、备用充电接口（4）、升压单元（5）、稳压单元（6）、光电池电压取样单元（7）、光敏传感器（8）、编程接口单元（9）、智能单元（10）、驱动单元（11）、LED动感发光单元（12）；其中：太阳能电池单元（1）将太阳能转化为电能，为LED交通指示灯提供能源，与单向充电单元（2）和光电池电压取样单元（7）构成电气连接；单向充电单元（2）将太阳能电池单元（1）与蓄电池（3）进行单向隔离充电，与太阳能电池单元（1）和蓄电池（3）构成电气连接；蓄电池（3）储存太阳能电池单元（1）的电能，与单向充电单元（2）、备用充电接口（4）、升压单元（5）、稳压单元（6）构成电气连接；备用充电接口（4）用于太阳能电池供电能力不足且蓄电池电量不足时临时补充电量，外接充电器通过该接口与蓄电池（3）构成电气连接；升压单元（5）用于升高蓄电池（3）的电压，其输出作为LED供电电源，与蓄电池（3）、稳压单元（6）、智能单元（10）、LED动感发光单元（12）构成电气连接；稳压单元（6）为智能单元（10）提供稳定的工作电压，与蓄电池（3）、升压单元（5）和智能单元（10）构成电气连接；光电池电压取样单元（7）对太阳能电池单元的输出电压进行采样，与太阳能电池单元（1）、单向充电单元（2）、智能单元（10）构成电气连接；光敏传感器（8）将环境光的变化转换为电压信号的变化，以便智能单元检测环境光的照度，与智能单元（10）构成电气连接；编程接口单元（9）用于智能单元（2）的编程、调试、程序下载，与智能单元（10）构成电气连接；智能单元（10）在程序的控制下，根据所检测到的环境光的照度，以PWM调光信号输出，各组LED按一定的时序点亮，以便LED形成流水般的动感方向指示，与升压单元（5）、稳压单元（6）、光电池电压取样单元（7）、光敏传感器（8）、编程接口单元（9）、驱动单元（11）构成电气连接；驱动单元（11）根据智能单元（10）给出的各组LED的点亮信号，驱动点亮相应的LED，从而形成流水般的动感方向指示，与智能单元（10）和LED动感发光单元（12）构成电气连接；LED动感发光单元（12）由若干只LED发光器件构成，对LED进行分组控制，每组LED是否点亮受驱动单元（11）控制，与升压单元（5）和驱动单元（11）构成电气连接。

请进一步参看图2，PVA是太阳能电池板，将太阳能转换为电能后通过单向充电单元的二极管D1向蓄电池BT1充电。电阻R1、R2组成分压电路，提供单片机对光电池电压进行采样的信号，电容C1是抗干扰电容。插座CZ1是蓄电池的备用充电接口，用于太阳能电池供电能力不足且蓄电池电量不足时临时补充电量，外接充电器通过该接口与蓄电池连接。开关S1用于在不需要点亮LED时断开所连接的LED及相关的连接电路。由电容C2、C3、C4和3.3V稳压集成电路U1组成稳压单元，输出3.3V的VDD电压向作为智能单元的单片机U2供电。

请进一步参看图3，智能单元由高性能的单片机U2担任。单片机U2的型号为C8051F300，芯片内部集成有振荡器、在系统可编程的FLASH存储器、调试电路、温度传感器、ADC模数转换电路、比较器、通用16位定时器/计数器、硬件SMBus（I2C兼容）、UART串口、PCA模块，在程序的控制下运行。

电阻R4、稳压二极管D2和电容C6组成电压基准，连接到单片机的第1引脚，为单片机内部的ADC模数转换电路提供电压基准信号。

GM是作为光敏传感器的光敏二极管，与电阻R3和电容C5连接后，与单片机U2的第2引脚连接，向单片机提供环境光的检测信号，单片机内部的ADC模数转换电路将该信号转换为照度数字信号。

单片机U2第4引脚连接到图2的光电池电压取样信号Vs，单片机内部的ADC模数转换电路将该信号转换为光电池电压数字信号。

单片机U2第5引脚输出可变的PWM信号，经电阻R5、电容C7组成的低通滤波单元变为可变的直流电压控制信号，辅助控制升压单元的输出电压。

单片机U2第6、7、9引脚在程序的控制下给出3组LED的点亮时序，输出合适的PWM电压信号，通过驱动单元实现PWM调光，以便LED形成流水般的动感方向指示。PWM信号的占空比由单片机根据检测到的环境光的照度信号确定，点亮LED的信号是以此PWM占空比输出的，不同的占空比使得LED具有不同的亮度。

编程接口单元由插座CZ2和电阻R7组成，CZ2的引脚1接至电源VDD，引脚2与单片机U2的引脚10连接，引脚3连接至电阻R6和电容C8组成的复位RST信号端，并与电阻R7串联后接至单片机U2的引脚8，CZ2的引脚4直接与单片机U2的引脚8相连接，CZ2的引脚5接至GND。进行仿真、编程操作时，单片机通过此接口与C8051F单片机编程器或仿真器相连，以便对单片机进行编程、调试和程序下载。

请进一步参看图4，升压单元由BOOST升压电路构成，Vin是升压单元的电压输入端，来自蓄电池的电压，Vout是升压单元的电压输出端，Vctl是来自单片机的辅助控制升压信号，当单片机输出的PWM调光信号的占空比达到最大时，可通过调节Vctl信号进一步提高升压电路的输出电压，从而可以进一步提高LED的亮度。

请进一步参看图5，DRV1、DRV2、DRV3分别来自图3单片机的第6、7、9引脚，分别通过电阻R10、R20、R30连接到三极管V1、V2、V3的基极，通过三极管驱动各组LED发光。

LED动感发光单元由3组高亮度LED发光器件构成；每组LED含有并联的n条支路，n为正整数，在本实施例中，n＝2；每条支路有1只限流电阻及k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数。第1组LED由LED灯串LED11～LED12组成，R11是灯串LED11的限流电阻，R12是灯串LED12的限流电阻；第2组LED由LED灯串LED21～LED22组成，R21是灯串LED21的限流电阻，R22是灯串LED22的限流电阻；第3组LED由LED灯串LED31～LED32组成，R31是灯串LED31的限流电阻，R32是灯串LED32的限流电阻。