太阳能自发光标识在交通行业系统设计
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摘要：公路交通作为基础设施，在各国经济建设中都是以重点建设项目予以优先发展。随着公路项目的延伸，很多公路已进入到自然气候和地质地形条件非常复杂的地区，如在山区城市弯道多、坡多且陡、多雨、多雾、路面易结冰等；在沙漠附近地区气候干燥、风沙大，冬春季节经常发生沙尘暴等自然灾害；另有很多公路地域广袤，公路沿线供电条件较差。这些特殊条件对交通安全十分不利，这就需要开发一些新型的交通安全设施及时有效的提醒警告驾驶人员采取合理的控制措施，预防交通事故、保障交通安全。太阳能自发光标志，由于其清洁性和环保性，必将有较大的发展。
中图分类号：G09F13/22 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0058-01
利用太阳能供电的标识在交通标识系统中已经有了广泛应用，但是在传统的发光标识中，存在两个缺陷：一是由于传统光伏系统中都是以太阳能电池获取电能、蓄电池存储电能的方式工作，但是采用蓄电池做为主的发光标识会产生污染并且寿命短暂；二是主动发光标识的发光方式问题，由于太阳能主动发光标识对产品体积的约束，如果采用连续发光的工作方式，那么标识将很快耗尽内部电能储备而熄灭。如果采用脉冲闪烁工作方式，单元之间没有统一的时钟，不能按照一个统一的时间标准同步工作。
本文通过全新的设计，系统的解决了蓄电池和同步信号两个缺点。使得标识能在各种天气条件下、大范围长时间同步闪烁。
1、自发光标识系统的组成
在整个系统中，能源采集部分使用了光能―电能转换的方式，采用了光电池来获取能源、电能存储部分采用超级电容替代传统的蓄电池装置，从而解决了传统蓄电池的寿命短以及污染问题、逻辑控制部分采用了PIC16F616单片机，其带有一路快速PWM发生器，能够较好的接收长波授时时钟、显示部分采用了超高亮的LED作为显示元件。整个系统整体结构示意图如图1所示:
2、供电回路的设计
充电回路部分采用了TI的TPS63030转换芯片，此芯片具有高达96%的电源转换效率,并具有休眠功能，在休眠模式下，静态电流可以达到50uA，能更有效的利用太阳能电池。在环境光线较弱的情况下，太阳能电池输出的电能直接送往DC-DC模块，经过DC-DC电压被提升为5V，在后端储能元件电能储备不足的情况下，此时的充电方式为恒流方式，充电电流主要受太阳能电池输出功率限制。在后端储能元件电能储备充足的情况下，此时的工作方式就变为了恒压方式，以保证储能元件既存储到了更多的电能又不至于因为充电电压太高导致后端损坏。TPS63030的典型电路图如图2所示。
电能存储部分采用了超级电容来实现，常规光伏系统中，各种电池都有循环使用寿命限制，一般在500-1000次之间，如果按照晴天计算，那么即使是循环次数最多的电池的使用寿命也就是2年多。如果按照超级电容计算，同样的环境下，使用寿命将高达27年。同时蓄电池的充电需要在一定范围内控制充电电流，过大的充电电流会导致蓄电池的损坏。而超级电容允许充电电流和放电电流都很大，不需要对充电电流进行限制，也就不容易损坏。
3、逻辑控制部分
逻辑控制部分采用了PIC16F616单片机实现，PIC16F616是一款高性能的RISC结构的单片机,最低工作电流仅20uA。实测在32KHz主时钟频率、5V电源的情况下，PIC16F616的实际耗电电流为30uA左右，可以满足本项目低功耗的需要。
LED灯的同步闪烁也靠PIC16F616来进行控制，由PIC16F616的快速PWM功能提供时钟接收芯片需要的1024Hz时钟信号
4、显示部分
显示部分采用了高品质的LED来实现，在失效率、抗静电能力、衰减特性、亮度等方面均能很好的达到要求。
5、结语
本方案设计自发光标识系统极好地控制了功耗，并较好的解决传统光伏系统中的能源污染、寿命短等问题，同时能可靠的应用到各种恶劣环境下，在交通安全指示的应用中，具有良好的发展前景。
参考文献
[1]熊绍珍.太阳能电池基础与应用.科学出版社.
[2]李荣正.PIC单片机原理及应用第3版.北京航空航天大学.
[3]朱茵.智能交通系统导论.公安大学出版社.