太阳能无线遥控交通灯的设计

潘美莺 李娜萍

(福建师范大学福清分校电子与信息工程系，福州 350300)

由于太阳能具有可再生、无污染的优点，未来对其大规模的利用是用来发电。目前利用太阳能发电的方式主要有2种:一种是光—热—电转换方式，即利用太阳辐射所产生的热能发电;另一种是光—电转换方式，即利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，其基本装置是太阳能电池［1］。太阳能无线遥控交通灯是依靠太阳能电池供电，既省电又环保，安装时不需要铺设电缆，而红外无线遥控可以在出现紧急状况时方便控制信号灯的状态。

1 太阳能无线遥控交通灯整体方案框图

系统采用STC89C52单片机作为控制单元，通过单片机的I/O口控制红绿灯。无线发射和接收采用PT2262和PT2272编解码电路，运用红外发射和接收对管完成无线控制，编解码电路简单，可进行多路遥控。系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图

太阳能供电系统给单片机和红外无线接收系统供电，红外无线发射系统由电池组(6V)供电。

2 硬件电路设计

2.1 主控制器模块

主控制器采用PDIP封装的STC89C52RC芯片，该芯片工作电压为5V，支持的最高时钟频率为80 MHz，Flash程序存储器为8kB，RAM数据存储器为512 B，内置看门狗电路，支持 ISP/IAP［2］。控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用STC89C52RC单片机实现控制功能，可大大减少硬件的设计。单片机控制电路如图2所示。

P0口与两位一体数码管a-f所对应的管脚相连，数码管的位选分别由P1口控制。十字路口的红绿灯由P2.0～P2.5控制。当P3.2为低电平时，南北向和东西向的红灯中断;当P3.3为低电平时，中断返回;当P3.0为低电平时，南北向红灯运行，东西向绿灯运行，15 s后红绿灯自动转换;当P3.1为低电平时，南北向绿灯运行，东西向红灯运行，15 s后红绿灯自动转换。

2.2 红外无线发射和接收电路

系统的红外无线发射电路选用PT2262，采用8位地址码A7— A0，地址引脚都设置为接地状态，选用4位数据端口D0—D3作为数据发射端，震荡电阻选用1.2 MΩ，其电路如图3所示。

按键 S1、S2、S3、S4 的定义如下:

按键S1:当东西方向无车辆通行，南北方向有车辆通行时，按下S1可使东西方向为绿灯，南北方向为红灯，15 s后交通灯自动转换。

图2 单片机控制部分电路图

图3 红外无线发射电路原理图

按键S2:当南北方向无车辆通行，东西方向有车辆通行时，按下S2可使南北方向为绿灯，东西方向为红灯，15 s后交通灯自动转换。

按键S3:发生意外时，按下S3后可实现交通灯东西南北方向都为红灯，即禁止通行。

按键S4:按下S4时，交通灯恢复S3按下前的状态。

系统的红外无线接收模块选用与PT2262匹配的PT2272，在电路中，选用的地址端口和数据端口必须和PT2262完全一致，红外无线接收电路如图4所示。

图4 红外无线接收电路原理图

2.3 交通灯模块

本系统为了显示交通灯倒计10 s的方便，选用两位一体共阴数码管。使用4个数码管分别代表东南西北4个方向的倒计时。选用普通的红、黄、绿三色LED模拟交通灯，通过单片机端口P2.0—P2.5控制LED灯的亮与灭。当向P2口写入0(1)时，LED 灯亮(灭)［3］。

2.4 太阳能供电系统

太阳能供电系统主要由太阳能电池板、蓄电池、太阳能控制器等部分组成。太阳能电池组件是光伏系统的发电装置，白天在阳光的照射下，太阳能电池组件通过光生伏特效应产生光生电压和光生电流，所产生的直流电通过控制器的充电电路对蓄电池充电，把电能转化为化学能储存在蓄电池中。晚上太阳能电池组件停止发电并向蓄电池充电，蓄电池通过控制器的放电电路对光源放电。因此，本系统的设计包括太阳能电池功率的计算、蓄电池容量的选择及充放电控制电路。

2.5 太阳能控制系统

蓄电池的过充和过放都会对蓄电池造成很大的损坏，为了最大限度延长蓄电池使用寿命，保证光伏发电系统能长期可靠地工作，就需要对蓄电池的充放电进行控制。因此太阳能控制器［4］的主要功能是有效地防止蓄电池过充电或过放电。太阳能控制器由光伏组件、蓄电池、控制器电路和负载组成。太阳能充放电控制电路见图5。

图5 太阳能充放电控制电路

3 系统软件设计

3.1 控制要求

(1)两车道均有车辆通过时，两车道轮流放行，时间均为30 s，数码管倒计时30 s。

(2)一车道有车而另一车道无车通行时，交警遥控控制信号灯，让有车道通行，15 s后红绿灯自动转换。

(3)有车需要紧急通过时，系统禁止普通车通过，两车道均为红灯，等待中断返回按键按下后，交通灯恢复先前的状态。

(4)绿灯转换为红灯时，在倒数第3 s黄灯亮，然后再转为红灯。

紧急车通行请求信号由人工控制，安装于主机上，以按键查询方式输入单片机。交通繁忙时某车道车辆的通行情况由交警手中的遥控器控制，也是以查询方式输入单片机。中断请求结束后交通灯恢复先前的状态。

3.2 系统程序设计流程图

系统程序有交通灯正常运转时的程序，及出现紧急情况时，通过红外无线遥控［5］使电路产生中断的程序，其流程图分别如图6、图7所示。

图6 交通灯正常运转程序流程图

图7 按键查询流程图

4 结语

随着太阳能组件成本的不断降低，环保要求的提高，以及设计、制造、使用经验的不断积累和完善，太阳能电源必将在各个行业中得到更广泛的应用。本文设计的太阳能无线遥控交通灯具有环保、节能、便于控制的优点。

［1］杨贵恒，强生泽，张颖超.太阳能光伏发电系统及其应用［M］.北京:化学工业出版社，2009:1-3.

［2］魏立峰，王宝兴.单片机原理与应用技术［M］.北京:北京大学出版社，2006:11-13.

［3］周茂霞，王海宁.利用单片机控制交通灯和倒计时显示［J］.信息技术与信息化，2007(1):25-29.

［4］严陆光，崔容强.21世纪太阳能新技术［M］.上海:上海交通大学出版社，2003:3-89.

［5］闫妍，马文阁，杜娟.无线遥控式太阳能交通灯［J］.辽宁工学院学报，2007，27(1):68-71.