公交候车亭用太阳能无线LED信息显示屏

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摘 要:文章设计了一种以太阳能发电并通过LED显示技术信息的无线智能公交候车亭系统,该系统以太阳能光伏为电源,并集成GPRS无线通信技术构成一套电能来源多元化、可自动无扰切换、环保节能的新型设备。它可24小时不间断工作,实现了智能公交导航、公交信息、城市公交安防、户外广告等功能。

关键词:太阳能光伏;led;GPRS无线通信技术

中图分类号:TN312+.8文献标识码:B

Wireless Solar Energy LED Information Display for Bus Stations

LI Zhong-yang, PENG Ke, XU Meng-long, WANG Shuang

(College of Polytechnic, Hunan Normal University, Changsha Hunan 410081, China)

Abstract: Design a wireless intelligent bus station system with the solar energy technology and the LED display technology to publish information. The system is solar-powered and integrated GPRS wireless communication technology that constituted a set of diversified sources of electric power, can automatically bumpless switching, environmental protection and energy-efficient new equipment. It can work 24 hours a day, enabling intelligent public navigation, public transportation information release, urban public transport security, Outdoor Advertising and other functions.

Keywords: PV; LED; GPRS wireless communication technology

引 言

公交候车亭在人们日常生活中发挥着很重要的作用,它与人们日常出行密不可分,未来城市道路交通的网络化与模块化进程将成为一种趋势。目前,已有将太阳能和蓄电池作为直流电源,应用于LED灯具及照明系统中。GPRS无线通讯技术也已被用于电表远程计量、机电设备的远程状态监控与诊断等场合。但是,综合太阳能光伏、同时针对LED信息显示屏并且集成GPRS无线通讯技术来进行设计的LED信息显示公交候车厅系统还未出现。我们希望透过新型公交站亭集成的智能、环保、数字化技术,为市民展现一幅未来城市公共交通安全、有序、便捷、环保的和谐画卷。

1系统整体功能

它是集可控环保节能、城市公交导航、城市公交安防、公交信息、城市信息查询、便民智能缴费、多项广告等七大系统于一体的新一代智能、环保、数字化公交站亭。

首先,站亭顶部铺设的8块太阳能电池板供应亭内全部用电,并可酌情调整供电途径安全无忧;站亭所有灯具均为LED灯,其环保节能、可控性强等特点优势明显。

其次,通过站亭内一块单红LED显示屏与其相关后台操控平台构成的公交智能导航系统可提前预知各车次行驶情况;而车载GPS与站亭感应器对接,并配合站亭监控设备实时监控,可杜绝公车不进站停车等不文明行为。

再者,站亭内多处设置监控设备,不仅可对道路交通状况进行监督,更能实现安保监控的作用。而站亭内另一块LED条屏可实时显示时间、日历并通过控制中心无线天气预报、新闻、政府公告等各种文字信息。

同时,站亭内配置的触摸显示屏,可用以查询城市地图、城市公交线路图,还可预定酒店、机票、火车票,了解最新生活娱乐资讯和股市行情,亦可登录因特网进行网上冲浪。而该站亭的另一大特色就是它强大的功能集成模块,依托后台系统可与银行、燃气公司、电力局、公交客运公司等单位后台对接,实现燃气缴费、电卡冲值、公交IC卡冲值“一站通”等服务。为了方便市民通讯需求,该站亭内还设置了IC卡电话机。

随着该公交站亭的全面铺开,智能缴费系统与LED广告平台将以其为节点组成网络体系,其内在的缴费系统收益渠道和广告平台巨大影响力将会为市政建设带来无可估量的经济效益。

2系统整体设计方法

2.1 最大功率点跟踪法(MPPT)

太阳能光伏板输出功率最大时的工作点称为最大功率点,它主要取决于工作温度和光照条件,不同光照强度和环境温度下光伏阵列的最大功率点将不同。为了尽可能多地利用太阳能,应尽量使光伏板工作在最大功率点附近。其相应的控制方法称为光伏最大功率跟踪法(MPPT)。如图2所示,本项目将通过仿真实验来比较恒压跟踪法(CVT)、爬山法及增量电导法(INC)这两种MPPT算法的实际跟踪效果,并进而选取一种最优的控制算法,利用数字化控制器而实现光伏电源部分的最大功率点跟踪控制。

2.2 铅酸蓄电池的充放电控制设计

为了延长铅酸蓄电池使用寿命,必须对其充放电条件加以严格限制,防止蓄电池过充电或深度放电。由于太阳能光伏系统的输入电能不很稳定,本系统中对蓄电池充电控制要比普通蓄电池充电的控制更复杂。它一般需具有防反充电、防过充电、防过放电、温度补偿、充放电控制器等几个环节。此外,充放电控制器还应具有短路保护、极性反接保护、雷击保护等保护功能。充放电控制器是由超低功耗处理器MSP430编程实现。

2.3 基于高速MCU与CPLD的LED屏驱动设计

该站亭内设置的LED全彩显示屏与LED广告灯箱不但构成了引领潮流、成效显著的广告平台,更为城市美化注入了新的活力,夜色之中更能形成一道独特的绚丽风景。该屏的驱动设计如下。

(1) LED显示驱动的双核结构设计及功能划分

考虑性价比的关系,显示屏控制器采用高速单片机与CPLD协同工作的方式。单片机采用STCLE5A32S2高速单片机,CPLD采用ALTRA公司的MAX系列EPM3512AQC208。大尺寸的LED显示屏需要非常高的扫描速度,而CPLD是一个高速度工作的器件,所以采用CPLD负责LED的扫描工作;而单片机则负责上下位机的通讯控制、配置和显示信息的存储管理、控制CPLD工作模式(主要是屏幕尺寸、屏幕亮度、特效方式、运行状态等),以及对图形显示暂存器GRAM的数据进行更新控制等。这两大既即相互独立又分工合作,显示缓存是它们进行信息交流的平台。当需要改变信息显示屏的内容时,只要改变图形显示暂存器GRAM内相应地址中数据即可。因而,使得LED显示驱动控制器呈现一种双处理器核的结构,并且结构简单清晰,接口控制简洁方便。

(2) 扫描驱动模块设计

LED显示屏扫描模块主要采用ALTRA公司生产的MAX系列EPM3512AQC208的CPLD。该CPLD内部包含512个逻辑单元,有足够的逻辑资源。CPLD驱动部分主要包括了:re_control、screen_control、Mcs_ram、way_selector、shift_8、one_to_two等子模块组成。re_control子模块为读GRAM地址、及移位脉冲、锁存脉冲、显示脉冲输出模块;screen_control子模块完成显示特效生成、特效控制、扫描数据处理等功能;Mcu_ram模块为单片机与GRAM接口子模块;way_selector为GRAM地址及数据总线切换控制子模块;shift_8为8位并-串转换子模块;one_to_two为一路数据流向控制子模块。该CPLD模块实现了8路同步扫描数据输出口,扫描方式为16分频。CPLD实现驱动扫描的流程如图3所示。

按照上述流程对LED显示屏数据进行不断地更新扫描,便可以形成整幅的画面。而CPLD的扫描频率高达1MHz,所以整屏的扫描速度也将非常高,极大地消除了屏幕闪烁,改善了图文的显示质量。

(3) MCU更新GRAM流程设计

高速MCU与CPLD双核是通过共享的显存GRAM联系,MCU通过读取下载到RAM类型中的显示图文信息数据,按照规定的显示方式更新显存GRAM中每帧的扫描内容。MCU更新显存GRAM的流程如图4所示。

通过以上流程,构成了整个显示屏的一个完整显示周期。并行重复上述两个流程,整个控制器将运行在连续显示的工作状态。经过实践证明,以上设计方案切实可行、系统运行稳定。

2.4GPRS无线通信设计

采用无线GPRS通讯模块通过无线互连网技术实现系统电压、电流、温度、湿度等参数的采集监控,从而达到远程诊断及维护功能,减少系统的维护量。GPRS通讯模块可采用西门子MC55芯片,该模块内嵌TCP/IP协议栈,与MSP430处理器通过标准UART口连接;处理器通过GPRS模块,将采集的设备参数以心跳包格式,发送到固定IP的数据服务中心。

系统中GPRS无线通信网络系统由直流电源系统终端、GPRS数据采集模块、通讯网络与模块控制中心(工程师站)四部分构成,如图5所示。

每套电源设备均可通过所述模块直接连接到GPRS网络,构成星型拓扑网络,再连接到公网并与之通信。直流电源终端完成电压、电流、温度、湿度等数据的计量和采集;GPRS模块与通讯网络是直流电源终端与控制中心通讯的桥梁;GPRS模块将信号定时或实时地传送至GPRS通讯网络,经网关GGSN(Gateway GPRS Support Node,网关支持节点)完成与Internet网络的数据交换,最后由主站的计算机接收Internet上的数据并进行数据汇总、实时调度、设备损耗分析等相关处理,另外也可通过系统对终端设备进行控制、远程升级与维护功能。

考虑到稳定性、可靠性、工程造价与维护费用等因素,主站采用了计算机加固定域名解析(数据采集点先采用域名寻址方式连接DNS服务器,再由DNS服务器找到中心公网动态IP建立连接,可大大节约公网固定IP的资源)或公网固定IP(集中器可直接向中心发起连接)的方式。系统中网络服务器可采用ADSL或者LAN等Internet公网连接,出于安全性考虑,主站中心在局域网中不直接在Internet网上,通过网络服务器来负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转,通过Internet实现的方式为用户降低了生产成本。直流电源控制中心(上位机)采用客户机/服务器模式(C/S体系),客户机需要服务时向服务器发出申请,然后服务器作出对应处理,并且执行被申请的任务。控制中心负责终端的数据采集和处理,数据库服务器负责数据的存储与转发,通过人机界面可以进行各项操作与调度。网络数据库采用SQL SERVER数据库进行数据查询与数据存储,使用标准SQL数据库查询语言定义及操作。

3系统外型与机械安装设计

可能具有室外固定、嵌入设备柜、埋入地下等多种安装形式,还须承受运输、拆装及使用过程中的振动、碰撞及各种应力等。因此,总的设计原则是依照电路功能划分来进行机械模块化设计,具体设计中还应该考虑内部结构牢固合理、外形美观实用、安装连接灵活、具备通风防潮条件、材料有足够强度等多种机械设计方面要求。

4 结 论

该系统以太阳能为电源,集成GPRS无线通信技术构成一套电能来源多元化、可自动无扰切换、环保节能的新型设备。它可24小时不间断工作,实现了智能公交导航、公交信息、城市公交安防、户外广告等功能,为市民展现一幅未来城市公共交通安全、有序、便捷、环保的和谐画卷。

参考文献

[1] 杨宗德. 嵌入式ARM系统原理与实例开发[M]. 北京:北京大学出版社,2007年09月.

[2] 周立功. ARM与嵌入式系统基础教程[M]. 广州:周立功单片机发展有限公司,2004年11月12日.

[3] [美]吉里斯著,朱洪波等译. 通用分组无线业务(GPRS)技术与应用[M]. 北京:人民邮电出版社,2004-2-1.

[4] 饶运涛,邹继军,郑勇芸. 现场总线CAN原理与应用技术[M]. 北京:北京航空航天出版社,2003年6月.

[5] Sony Ericsson. GR64 GSM/GPRS Modem Integrators Manual [Z]. Sony Ericsson Mobile Communications In- ternational, March 2006.

[6] Rezas Raji.Control Networks and the Internet[J]. Ech- elon Corp ,1997.

[7] Dick Johnson.Ethernet Edges Toward Process Control[J]. Control Engineering ,1998.12.

作者简介:李仲阳(1964-),男,博士、教授,毕业于华南理工大学机械制造与自动化专业,现为湖南省学位评议专家组成员,湖南省电路与系统专业学科带头人,中国职业与成人教育学会常务理事,湖南省职业与成人教育学会学术委员会副主任。主要从事柔性制造、机电控制、信号处理与数字控制系统、制造系统自动化等方面的科研和教学工作。E-mail: 。