HD205A太陽(yáng)能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)是我公司為解決城郊道路交叉口在安裝交通信號(hào)燈過程中所遇到的接電困難，破路不方便等問題以及為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能運(yùn)動(dòng)和倡儀而開發(fā)的利用太陽(yáng)能作為信號(hào)燈電源的高性能自適應(yīng)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。
結(jié)構(gòu)與組成
利用HD205信號(hào)機(jī)構(gòu)成的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)十字太陽(yáng)能信號(hào)燈路口示意圖如下所示，可以看出，一個(gè)路口可以分解成4個(gè)街角，采用HD205A信號(hào)機(jī)組成的信號(hào)燈路口完全避免了機(jī)動(dòng)車車道的路面開挖。
該系統(tǒng)主要由如下幾個(gè)部分組成。
控制器。由4臺(tái)HD205A信號(hào)機(jī)組成，每臺(tái)信號(hào)機(jī)分別負(fù)責(zé)一個(gè)街角信號(hào)燈的輸出管理以及電源管理。其中一臺(tái)為主機(jī)、三臺(tái)為分機(jī)，由用戶根據(jù)習(xí)慣現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。主機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的相位方案和時(shí)段方案控制整個(gè)路口信號(hào)燈的協(xié)調(diào)運(yùn)行，同時(shí)負(fù)責(zé)一個(gè)街角的信號(hào)燈輸出以及電源管理；從機(jī)信號(hào)機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的地址，自動(dòng)提取主機(jī)通過無線形式下發(fā)的燈色信息并轉(zhuǎn)換為燈色輸出，同時(shí)向主機(jī)報(bào)告自身運(yùn)行狀態(tài)信息，如燈色輸出反饋信息、蓄電池電壓狀態(tài)、太陽(yáng)能電壓狀態(tài)等等。關(guān)于信號(hào)機(jī)的功能特點(diǎn)另章描述。由于采用太陽(yáng)能供電，信號(hào)機(jī)必須時(shí)刻監(jiān)視自身供電系統(tǒng)，盡一切可能節(jié)約用電，延長(zhǎng)在太陽(yáng)光照不足情況下信號(hào)燈的正常工作時(shí)間。信號(hào)機(jī)根據(jù)光－電轉(zhuǎn)換效能判斷白天和黑夜、晴天和陰雨天，并根據(jù)光線狀態(tài)通過PWM調(diào)整信號(hào)燈的供電電壓。
信息交換系統(tǒng)，由配置在每個(gè)街角的無線電臺(tái)組成路口主機(jī)和分機(jī)之間的信息交換系統(tǒng)。每個(gè)方向的信息交流用高速無線電臺(tái)內(nèi)置高性能CPU，基于FSK調(diào)制模式，并采用了前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為10的－2次方時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率10的－5到－6次方。
供電系統(tǒng)，采用直流低壓充放電模式。每個(gè)街角的供電電源主要由蓄電池和太陽(yáng)能電池板承擔(dān)，太陽(yáng)能電池板通過光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，在信號(hào)機(jī)的控制下向蓄電池充電；信號(hào)機(jī)通過PWM（脈寬調(diào)制）方式將不斷變化的蓄電池電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的適合信號(hào)燈供電的電源。由于蓄電池本身的特性，電能充足和不夠時(shí)其本身的電壓變化很大，如12V/100AH的蓄電池，其正常供電時(shí)的電壓范圍在11.5V－14.7V，顯然不能滿足LED信號(hào)燈穩(wěn)定顯示的條件，容易造成LED發(fā)光管的損壞，加快LED亮度的衰減率。為此，HD205A信號(hào)機(jī)采用脈寬調(diào)制技術(shù)，將信號(hào)燈供電電壓穩(wěn)定在一個(gè)合適的水平，有效地降低了蓄電池本身電壓變化對(duì)信號(hào)燈的影響程度。正式利用該技術(shù)，信號(hào)機(jī)還通過對(duì)日照光線的強(qiáng)度的判斷，調(diào)整信號(hào)燈供電電壓，使信號(hào)燈亮度時(shí)刻保持在合適的水平，從而達(dá)到節(jié)能效果。
信號(hào)燈系統(tǒng)，采用高效節(jié)能的LED信號(hào)燈，亮度高、功耗低，壽命長(zhǎng)。用戶可以根據(jù)需要選擇多種形式的信號(hào)燈，如滿屏燈、箭頭燈、橫道燈、倒計(jì)時(shí)等等。
功能特點(diǎn)
豐富的信號(hào)燈輸出，整個(gè)系統(tǒng)多達(dá)16組獨(dú)立的信號(hào)燈燈組輸出，包括12組機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈和4組橫道燈，可以滿足絕大部分路口的需求。
PWM技術(shù)，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，消除了蓄電池電壓波動(dòng)對(duì)信號(hào)燈的影響。
節(jié)能技術(shù)，自動(dòng)判別白天和夜間，并通過PWM技術(shù)在夜間降低信號(hào)燈供電電壓，使蓄電池的續(xù)流能力比常規(guī)供電方式延長(zhǎng)1/3。
可靠通訊，采用高速、低功耗的無線通訊模塊，每個(gè)無線電臺(tái)的平均功耗小于0.5W，通訊可靠性大于99.9％。
平行分布技術(shù)，系統(tǒng)中四個(gè)街角控制系統(tǒng)完全獨(dú)立，結(jié)構(gòu)完全相同，每個(gè)街角控制器是主機(jī)或從機(jī)完全由用戶根據(jù)喜好和要求決定，從而降低了建設(shè)難度。
可靠運(yùn)行技術(shù)，采用多重檢測(cè)和保護(hù)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)故障，自動(dòng)降級(jí)運(yùn)行。如若任何一個(gè)街角的出現(xiàn)輸出故障、蓄電池電壓不足、通訊故障等將在極短時(shí)間內(nèi)將信號(hào)燈降級(jí)為黃閃運(yùn)行。
友好的人機(jī)界面，所有對(duì)信號(hào)機(jī)的設(shè)置均通過中文液晶畫面進(jìn)行，符合中國(guó)人的操作習(xí)慣。
供電系統(tǒng)配置
在本系統(tǒng)中，由蓄電池＋太陽(yáng)能電池板組成系統(tǒng)的供電電源，每個(gè)街角采用兩個(gè)12V蓄電池串聯(lián)組成24V電池組。對(duì)蓄電池容量和太陽(yáng)能電池板功率的選擇主要由如下幾個(gè)因素決定
街角信號(hào)燈和信號(hào)機(jī)的負(fù)載功率，路口的大小和用戶喜好決定了信號(hào)燈的配置選擇，我公司目前所生產(chǎn)的信號(hào)燈和信號(hào)機(jī)的功率如下表所示，用戶可以根據(jù)該表內(nèi)的指標(biāo)很容易地估算出路口功率。
序號(hào) | 設(shè)備名稱 | 正常功耗 | 節(jié)能功耗 | 備注 |
1 | HD205信號(hào)機(jī) | 1.8W | 1.8W | 一個(gè)街角配置一臺(tái) |
2 | 無線電臺(tái) | 0.5W | 0.5W | 一個(gè)街角配置一臺(tái) |
3 | φ300滿屏燈 | 5.8W | 4.6W | |
4 | φ300箭頭燈 | 3.2W | 2.4W | |
5 | φ400滿屏燈 | 13W | 9.8W | |
6 | φ400箭頭燈 | 4.2W | 3.2W | |
7 | 橫道燈(綠人靜態(tài)) | 4.2W | 3.2W | |
8 | 730型機(jī)動(dòng)車倒計(jì)時(shí)器 | 12W | 8W |
太陽(yáng)能電池板峰值功率，以“瓦”表示，該參數(shù)只表示太陽(yáng)能電池板在理想光照狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換功率，在實(shí)際使用中還與當(dāng)?shù)鼐暥群妥罴寻惭b傾角等有關(guān)。當(dāng)?shù)啬昶骄照諘r(shí)間，據(jù)有關(guān)部門公布的數(shù)據(jù)，全國(guó)主要城市年平均日照時(shí)間如下表所示：
蓄電池容量，以安時(shí)數(shù)（AH）表示，一般采用免維護(hù)鉛酸電池，單節(jié)電壓12V，本系統(tǒng)采用兩節(jié)電池串聯(lián)使用。蓄電池容量越大，連續(xù)陰雨天正常供電時(shí)間越長(zhǎng)。
連續(xù)陰雨天正常工作時(shí)間，指在連續(xù)太陽(yáng)光照不足情況下系統(tǒng)由蓄電池供電供電正常運(yùn)行的時(shí)間。
城市 | 緯度 Φ | 最佳傾角 | 年平均日照時(shí)間 | 城市 | 緯度 Φ | 最佳傾角 | 年平均日照時(shí)間 |
哈爾濱 | 45.68 | Φ+3 | 4.4h | 杭州 | 30.23 | Φ+3 | 3.42h |
長(zhǎng)春 | 43.90 | Φ+1 | 4.8h | 南昌 | 28.67 | Φ+2 | 3.81h |
沈陽(yáng) | 41.77 | Φ+1 | 4.6h | 福州 | 26.08 | Φ+4 | 3.46h |
北京 | 39.8 | Φ+4 | 5h | 濟(jì)南 | 36.68 | Φ+6 | 4.44h |
天津 | 39.10 | Φ+5 | 4.65h | 鄭州 | 34.72 | Φ+7 | 4.04h |
呼和浩特 | 40.78 | Φ+3 | 5.6h | 武漢 | 30.63 | Φ+7 | 3.80h |
太原 | 37.78 | Φ+5 | 4.8h | 長(zhǎng)沙 | 28.20 | Φ+6 | 3.22h |
烏魯木齊 | 43.78 | Φ+12 | 4.6h | 廣州 | 23.13 | Φ-7 | 3.52h |
西寧 | 36.75 | Φ+1 | 5.5h | 海口 | 20.03 | Φ+12 | 3.75h |
蘭州 | 36.05 | Φ+8 | 4.4h | 南寧 | 22.82 | Φ+5 | 3.54h |
銀川 | 38.48 | Φ+2 | 5.5h | 成都 | 30.67 | Φ+2 | 2.87h |
西安 | 34.30 | Φ+14 | 3.6h | 貴陽(yáng) | 26.58 | Φ+8 | 2.84h |
上海 | 31.17 | Φ+3 | 3.8h | 昆明 | 25.02 | Φ-8 | 4.26h |
南京 | 32.00 | Φ+5 | 3.94h | 拉薩 | 29.70 | Φ-8 | 6.7h |
合肥 | 31.85 | Φ+9 | 3.69h |
配置舉例，安裝城市：武漢；標(biāo)準(zhǔn)十字路口，每個(gè)街角配置3組φ400箭頭燈，兩組橫道燈，一組730倒計(jì)時(shí)器，24小時(shí)多相位運(yùn)行，平均每天14小時(shí)正常功率，10小時(shí)節(jié)能功率，連續(xù)陰雨天正常工作小時(shí)數(shù)7天，采用17V太陽(yáng)能電池板串聯(lián)使用。
單街角平均每天功耗=(1.8＋0.5＋4.2×5＋10)×14+(1.8＋0.5＋3.2×5＋8)×10＝729瓦時(shí)
選用太陽(yáng)能電池板峰值功率應(yīng)大于250W（502÷3.8÷0.9）。考慮到城市空氣污染影響日照時(shí)間，建議適當(dāng)增加功率。
單個(gè)蓄電池容量應(yīng)大于220AH（502×7天÷12÷2），即選用兩節(jié)12V/220AH蓄電池。
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