一種太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)及其最強(qiáng)光線的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通信號(hào)機(jī)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)及其最強(qiáng)光線的 獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代城市交通車(chē)輛增長(zhǎng)迅速，城市交通壓力日益增大，為了避免交通堵塞，先后發(fā) 展了行人過(guò)街觸發(fā)式信號(hào)機(jī)、多時(shí)段定時(shí)式信號(hào)機(jī)、感應(yīng)式信號(hào)機(jī)、集中協(xié)調(diào)式信號(hào)機(jī)等。 當(dāng)這些信號(hào)機(jī)出現(xiàn)故障或者電源中斷時(shí)，容易造成交通堵塞，為了解決這些突發(fā)事件，出現(xiàn) 了太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)；現(xiàn)有太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)雖然具有電池供電、無(wú)需布線等優(yōu)點(diǎn)，但是， 也具有充電不便、太陽(yáng)能板充電效率低等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)及其最 強(qiáng)光線的獲取方法，以期能始終保持信號(hào)機(jī)接收到最強(qiáng)的太陽(yáng)光線，從而提高太陽(yáng)能電池 板的充電效率。
[0004] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0005] 本發(fā)明一種太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)的特點(diǎn)包括：用于計(jì)算舵機(jī)仰角的等邊三角形傳感 器陣列、太陽(yáng)能電池板、水平轉(zhuǎn)臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、LED信號(hào)燈、用于計(jì)算步進(jìn)電機(jī)水平角的圓形 傳感器陣列、底座箱、太陽(yáng)能電池板旋轉(zhuǎn)支架、舵機(jī)及控制板；
[0006] 所述控制板安裝在所述底座箱中，并在所述底座箱上設(shè)置一支撐桿；在所述支撐 桿的頂部設(shè)置有太陽(yáng)能電池板并在其背面通過(guò)所述太陽(yáng)能電池板旋轉(zhuǎn)支架進(jìn)行支撐；在所 述太陽(yáng)能電池板背部還設(shè)置有所述舵機(jī)用于控制垂直旋轉(zhuǎn)角度；
[0007] 所述等邊三角形傳感器陣列拼接在所述太陽(yáng)能電池板上，并與所述太陽(yáng)能電池板 始終保持在同一水平面上；
[0008] 所述太陽(yáng)能電池板下方的支撐桿上設(shè)置有所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)，并通過(guò)所述步進(jìn)電機(jī)來(lái) 控制所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)角度；
[0009] 在所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)下方和底座箱之間的支撐桿上依次設(shè)置有所述LED信號(hào)燈和圓 形傳感器陣列；
[0010] 所述信號(hào)機(jī)通過(guò)所述圓形傳感器陣列獲取光強(qiáng)并傳遞給所述控制板，以獲得所述 步進(jìn)電機(jī)的水平角；并根據(jù)所述水平角控制所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)所述太陽(yáng) 能電池板運(yùn)動(dòng)到光線最強(qiáng)的方向上；再通過(guò)所述等邊三角形傳感器陣列獲取光強(qiáng)并傳遞給 所述控制板，以獲得所述舵機(jī)的仰角，并根據(jù)所述仰角控制所述舵機(jī)的垂直旋轉(zhuǎn)角度，使得 太陽(yáng)光線能垂直照射到所述太陽(yáng)能電池板上；從而使得所述太陽(yáng)能電池板能接收到最強(qiáng)太 陽(yáng)光線。
[0011] 本發(fā)明所述的太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)的特點(diǎn)也在于，所述控制板包括：微控制器、舵機(jī) 驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)、無(wú)線控制單元、信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路、充電電路、充電電池 和變壓電路；
[0012] 所述微控制器用于分別獲取所述等邊三角形傳感器陣列的光強(qiáng)信號(hào)和所述圓形 傳感器陣列的光強(qiáng)信號(hào)；
[0013] 所述微控制器通過(guò)所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述水平轉(zhuǎn)臺(tái) 進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)；
[0014] 所述微控制器通過(guò)所述舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制所述舵機(jī)帶動(dòng)所述太陽(yáng)能電池板進(jìn)行 垂直旋轉(zhuǎn)；
[0015] 所述微控制器通過(guò)所述信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制所述LED信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換和開(kāi)關(guān)；
[0016] 所述微控制器通過(guò)所述鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)或所述無(wú)線控制單元來(lái)獲取所述LED信號(hào)燈的 設(shè)置參數(shù)；
[0017] 所述充電電路獲取所述太陽(yáng)能電池板的光能并轉(zhuǎn)換為電能提供給所述充電電池 用于充電，所述充電電池將所獲得的電能通過(guò)所述變壓電路提供給所述控制板用于供電。
[0018] 所述等邊三角形傳感器陣列是由三只光敏傳感器組成，并分別設(shè)置在等邊三角形 的三個(gè)頂點(diǎn)上。
[0019] 所述圓形傳感器陣列由η個(gè)光敏傳感器組成，并按照?qǐng)A形均勻排列在同一水平面 上，n ^ 3。
[0020] 本發(fā)明一種利用所述太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)的最強(qiáng)光線的獲取方法的特點(diǎn)是按如下 步驟進(jìn)行：
[0021] 步驟1、所述控制板通過(guò)所述圓形傳感器陣列獲取水平光強(qiáng)信號(hào)，記為F = 的，F(xiàn)2，…，F(xiàn)1，…FJ $表示所述圓形傳感器陣列中第i個(gè)傳感器所獲取的水平光強(qiáng)信號(hào)； I ^ i ^ η ；
[0022] 步驟2、對(duì)所述光強(qiáng)信號(hào)F進(jìn)行降序排序，獲得光強(qiáng)最大的前兩個(gè)光強(qiáng)信號(hào)，記為 F 和 F F >F 1 maxi |H 1 max2? 1 maxi max2?
[0023] 步驟3、利用式⑴獲得所述兩個(gè)最大光強(qiáng)信號(hào)F_JP F _2的矢量和# f
[0024] (1)
[0025] 步驟4、利用式（2)獲得所述矢量和#與所述最大光強(qiáng)信號(hào)Fniaxl之間的夾角Θ F:
[0026]
(2)
[0027] 式⑵中，為/?坐標(biāo)值，/LuAk1,為/Li坐標(biāo)值；
[0028] 步驟5、利用式（3)獲得所述步進(jìn)電機(jī)的水平角卿:
[0029] (3)
[0030] 步驟6、所述控制板控制所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)并帶動(dòng)所述太陽(yáng)能電池 板運(yùn)動(dòng)到所述水平角％上；
[0031] 步驟7、所述控制板通過(guò)所述等邊三角形傳感器陣列分別獲取垂直光強(qiáng)信號(hào)，記為 X= HX3I ;并有Xj= (X uJj,2，…，Xjik，…，XjiJ ;X,k表示所述第j個(gè)傳感器所獲取的 m個(gè)垂直光強(qiáng)信號(hào)中第k個(gè)值；由第1個(gè)垂直光強(qiáng)信號(hào)X1、第2個(gè)垂直光強(qiáng)信號(hào)X 2和第3個(gè) 垂直光強(qiáng)信號(hào)X3構(gòu)成等邊三角形；j e {1，2, 3} ;1彡k彡m ;
[0032] 步驟8、利用式（4)獲得所述第1個(gè)垂直光強(qiáng)信號(hào)X1與第2個(gè)垂直光強(qiáng)信號(hào)X 2的 平均值:
[0033]
(4)
[0034] 步驟9、利用式（5)獲得所述平均值X與所述第3個(gè)垂直光強(qiáng)信號(hào)X3的差值X ^
[0035] Aii, = A", - . V (5.)
[0036] 步驟10、利用式（6)獲得所述等邊三角形的高H :
[0037] H = sin60° X L (6)
[0038] 式（6)中，L表示所述等邊三角形的邊長(zhǎng)；
[0039] 步驟11、利用式（7)獲得所述舵機(jī)的仰角σ v:
[0040] σν= arctan (X e/H) (7)
[0041] 步驟12、所述控制板控制所述舵機(jī)帶動(dòng)所述太陽(yáng)能電池板運(yùn)動(dòng)到所述仰角σ v上； 從而使得所述太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)能接收到最強(qiáng)太陽(yáng)光線。
[0042] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0043] 1、本發(fā)明信號(hào)機(jī)通過(guò)圓形傳感器陣列獲取光強(qiáng)并傳遞給控制板，以獲得步進(jìn)電機(jī) 的水平角；并根據(jù)水平角控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)太陽(yáng)能電池板運(yùn)動(dòng)到光線最強(qiáng)的 方向上；再通過(guò)等邊三角形傳感器陣列獲取光強(qiáng)并傳遞給控制板，以獲得舵機(jī)的仰角，并根 據(jù)仰角控制舵機(jī)的垂直旋轉(zhuǎn)角度，使得太陽(yáng)光線能垂直照射到太陽(yáng)能電池板上；使得太陽(yáng) 能電池板能接收到最強(qiáng)太陽(yáng)光線，從而提高太陽(yáng)能電池板的充電效率。
[0044] 2、本發(fā)明圓形傳感器陣列由若干個(gè)光敏傳感器組成，并按照?qǐng)A形均勻排列在同一 水平面上，使得步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)的角度精度達(dá)到180/n°的目的。
[0045] 3、本發(fā)明等邊三角形傳感器陣列由三只光敏傳感器組成，并分別設(shè)置在等邊三角 形的三個(gè)頂點(diǎn)上，從而計(jì)算出三只光敏傳感器的法向向量，進(jìn)而控制舵機(jī)帶動(dòng)太陽(yáng)能電池 板進(jìn)行垂直旋轉(zhuǎn)，達(dá)到三只光敏傳感器的法向向量與太陽(yáng)光線平行的目的。
[0046] 4、本發(fā)明微控制器通過(guò)鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)或無(wú)線控制單元來(lái)獲取LED信號(hào)燈的設(shè)置參數(shù)， 提高了太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)管理效率。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖正面；
[0048] 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖背面；
[0049] 圖3為本發(fā)明的控制板硬件框圖；
[0050] 圖4為本發(fā)明的控制板軟件流程圖；
[0051] 圖中標(biāo)號(hào)：1等邊三角形傳感器陣列；2太陽(yáng)能電池板；3水平轉(zhuǎn)臺(tái)；4步進(jìn)電機(jī)； 5LED信號(hào)燈；6用于計(jì)算步進(jìn)電機(jī)水平角的圓形傳感器陣列；7底座箱；8電源開(kāi)關(guān)；9太陽(yáng) 能電池板旋轉(zhuǎn)支架；10舵機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 本實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，一種太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)，應(yīng)用在交通指揮領(lǐng)域，包 括：用于計(jì)算舵機(jī)仰角的等邊三角形傳感器陣列1、太陽(yáng)能電池板2、水平轉(zhuǎn)臺(tái)3、步進(jìn)電機(jī) 4、LED信號(hào)燈5、用于計(jì)算步進(jìn)電機(jī)水平角的圓形傳感器陣列6、底座箱7、太陽(yáng)能電池板旋 轉(zhuǎn)支架9、舵機(jī)10及控制板；
[0053] 控制板安裝在底座箱7中，并在底座箱7上設(shè)置一支撐桿；在支撐桿的頂部設(shè)置有 太陽(yáng)能電池板2并在其背面通過(guò)太陽(yáng)能電池板旋轉(zhuǎn)支架9進(jìn)行支撐；在太陽(yáng)能電池板2背 部還設(shè)置有舵機(jī)10用于控制垂直旋轉(zhuǎn)角度；
[0054] 等邊三角形傳感器陣列1使用光敏傳感器作為感光元件，拼接在太陽(yáng)能電池板2 上，并與太陽(yáng)能電池板2始終保持在同一水平面上；具體實(shí)施中，等邊三角形傳感器陣列1 是由三只光敏傳感器組成，并分別設(shè)置在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。
[0055] 太陽(yáng)能電池板2下方的支撐桿上設(shè)置有水平轉(zhuǎn)臺(tái)3,并通過(guò)步進(jìn)電機(jī)4來(lái)控制水平 轉(zhuǎn)臺(tái)3的水平旋轉(zhuǎn)角度；
[0056] 在水平轉(zhuǎn)臺(tái)3下方和底座箱7之間的支撐桿上依次設(shè)置有LED信號(hào)燈5和圓形傳 感器陣列6 ;圓形傳感器陣列6由η個(gè)光敏傳感器組成，并按照?qǐng)A形均勻排列在同一水平面 上，n ^ 3。
[0057] 信號(hào)機(jī)通過(guò)圓形傳感器陣列6使用光敏傳感器作為感光元件獲取光強(qiáng)并傳遞給 控制板，以獲得步進(jìn)電機(jī)4的水平角；并根據(jù)水平角控制步進(jìn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)3帶動(dòng)太 陽(yáng)能電池板2運(yùn)動(dòng)到光線最強(qiáng)的方向上；再通過(guò)等邊三角形傳感器陣列1使用光敏傳感器 作為感光元件獲取光強(qiáng)并傳遞給控制板，以獲得舵機(jī)10的仰角，并根據(jù)仰角控制舵機(jī)10的 垂直旋轉(zhuǎn)角度，使得太陽(yáng)光線能垂直照射到太陽(yáng)能電池板2上；從而使得太陽(yáng)能電池板2能 接收到最強(qiáng)太陽(yáng)光線。
[0058] 本實(shí)施例中，如圖3所示，一種太陽(yáng)能交通信號(hào)機(jī)的控制板包括：微控制器、舵機(jī) 驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)、無(wú)線控制單元、信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路、充電電路、充電電池 和變壓電路；
[0059] 微控制器用于分別獲取等邊三角形傳感器陣列1的光強(qiáng)信號(hào)和圓形傳感器陣列6 的光強(qiáng)信號(hào)，微控制器優(yōu)選的采用Sitara系列ARM處理器；
[0060] 微控制器通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器