一種太陽能交通信號機(jī)及其最強(qiáng)光線的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通信號機(jī)領(lǐng)域，具體地說是一種太陽能交通信號機(jī)及其最強(qiáng)光線的 獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代城市交通車輛增長迅速，城市交通壓力日益增大，為了避免交通堵塞，先后發(fā) 展了行人過街觸發(fā)式信號機(jī)、多時(shí)段定時(shí)式信號機(jī)、感應(yīng)式信號機(jī)、集中協(xié)調(diào)式信號機(jī)等。 當(dāng)這些信號機(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) 了太陽能交通信號機(jī)；現(xiàn)有太陽能交通信號機(jī)雖然具有電池供電、無需布線等優(yōu)點(diǎn)，但是， 也具有充電不便、太陽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，提供一種太陽能交通信號機(jī)及其最 強(qiáng)光線的獲取方法，以期能始終保持信號機(jī)接收到最強(qiáng)的太陽光線，從而提高太陽能電池 板的充電效率。
[0004] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0005] 本發(fā)明一種太陽能交通信號機(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、太陽能電池板、水平轉(zhuǎn)臺、步進(jìn)電機(jī)、LED信號燈、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)置有太陽能電池板并在其背面通過所述太陽能電池板旋轉(zhuǎn)支架進(jìn)行支撐；在所 述太陽能電池板背部還設(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能電池板上，并與所述太陽能電池板 始終保持在同一水平面上；
[0008] 所述太陽能電池板下方的支撐桿上設(shè)置有所述水平轉(zhuǎn)臺，并通過所述步進(jìn)電機(jī)來 控制所述水平轉(zhuǎn)臺的水平旋轉(zhuǎn)角度；
[0009] 在所述水平轉(zhuǎn)臺下方和底座箱之間的支撐桿上依次設(shè)置有所述LED信號燈和圓 形傳感器陣列；
[0010] 所述信號機(jī)通過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)動所述水平轉(zhuǎn)臺帶動所述太陽 能電池板運(yùn)動到光線最強(qiáng)的方向上；再通過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 太陽光線能垂直照射到所述太陽能電池板上；從而使得所述太陽能電池板能接收到最強(qiáng)太 陽光線。
[0011] 本發(fā)明所述的太陽能交通信號機(jī)的特點(diǎn)也在于，所述控制板包括：微控制器、舵機(jī) 驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、鍵盤開關(guān)、無線控制單元、信號燈驅(qū)動電路、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)信號和所述圓形 傳感器陣列的光強(qiáng)信號；
[0013] 所述微控制器通過所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器來控制所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動所述水平轉(zhuǎn)臺 進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)；
[0014] 所述微控制器通過所述舵機(jī)驅(qū)動器來控制所述舵機(jī)帶動所述太陽能電池板進(jìn)行 垂直旋轉(zhuǎn)；
[0015] 所述微控制器通過所述信號燈驅(qū)動電路來控制所述LED信號燈的轉(zhuǎn)換和開關(guān)；
[0016] 所述微控制器通過所述鍵盤開關(guān)或所述無線控制單元來獲取所述LED信號燈的 設(shè)置參數(shù)；
[0017] 所述充電電路獲取所述太陽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，并按照圓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能交通信號機(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、所述控制板通過所述圓形傳感器陣列獲取水平光強(qiáng)信號，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； I ^ i ^ η ；
[0022] 步驟2、對所述光強(qiáng)信號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，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)動所述水平轉(zhuǎn)臺并帶動所述太陽能電池 板運(yùn)動到所述水平角％上；
[0031] 步驟7、所述控制板通過所述等邊三角形傳感器陣列分別獲取垂直光強(qiáng)信號，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)信號中第k個(gè)值；由第1個(gè)垂直光強(qiáng)信號X1、第2個(gè)垂直光強(qiáng)信號X 2和第3個(gè) 垂直光強(qiáng)信號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X1與第2個(gè)垂直光強(qiáng)信號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；
[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)帶動所述太陽能電池板運(yùn)動到所述仰角σ v上； 從而使得所述太陽能交通信號機(jī)能接收到最強(qiáng)太陽光線。
[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)明信號機(jī)通過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)動水平轉(zhuǎn)臺帶動太陽能電池板運(yùn)動到光線最強(qiáng)的 方向上；再通過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，使得太陽光線能垂直照射到太陽能電池板上；使得太陽 能電池板能接收到最強(qiáng)太陽光線，從而提高太陽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，并按照圓形均勻排列在同一 水平面上，使得步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動水平轉(zhuǎn)臺進(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)帶動太陽能電池 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光線平行的目的。
[0046] 4、本發(fā)明微控制器通過鍵盤開關(guān)或無線控制單元來獲取LED信號燈的設(shè)置參數(shù)， 提高了太陽能交通信號機(jī)管理效率。
【附圖說明】
[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：1等邊三角形傳感器陣列；2太陽能電池板；3水平轉(zhuǎn)臺；4步進(jìn)電機(jī)； 5LED信號燈；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電源開關(guān)；9太陽 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，一種太陽能交通信號機(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、太陽能電池板2、水平轉(zhuǎn)臺3、步進(jìn)電機(jī) 4、LED信號燈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 太陽能電池板2并在其背面通過太陽能電池板旋轉(zhuǎn)支架9進(jìn)行支撐；在太陽能電池板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，拼接在太陽能電池板2 上，并與太陽能電池板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] 太陽能電池板2下方的支撐桿上設(shè)置有水平轉(zhuǎn)臺3,并通過步進(jìn)電機(jī)4來控制水平 轉(zhuǎn)臺3的水平旋轉(zhuǎn)角度；
[0056] 在水平轉(zhuǎn)臺3下方和底座箱7之間的支撐桿上依次設(shè)置有LED信號燈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，并按照圓形均勻排列在同一水平面 上，n ^ 3。
[0057] 信號機(jī)通過圓形傳感器陣列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)動水平轉(zhuǎn)臺3帶動太 陽能電池板2運(yùn)動到光線最強(qiáng)的方向上；再通過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，使得太陽光線能垂直照射到太陽能電池板2上；從而使得太陽能電池板2能 接收到最強(qiáng)太陽光線。
[0058] 本實(shí)施例中，如圖3所示，一種太陽能交通信號機(jī)的控制板包括：微控制器、舵機(jī) 驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、鍵盤開關(guān)、無線控制單元、信號燈驅(qū)動電路、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)信號和圓形傳感器陣列6 的光強(qiáng)信號，微控制器優(yōu)選的采用Sitara系列ARM處理器；
[0060] 微控制器通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器