1 引言
隨著全球經濟的迅速發(fā)展,，能源短缺問題日益成為各行各業(yè)關注的焦點。太陽能,、風能等新能源正越來越廣泛地應用在各個領域,，并且所占據的比重份額逐漸增大。作為太陽能在交通管理領域應用的新成果,，杰瑞太陽能無線信號系統(tǒng)應運而生了,。這一系統(tǒng)解決了兩個重要的問題:一是由于應用了太陽能供電技術，不再需要市電供電,，更節(jié)能更環(huán)保,；二是由于將無線通訊技術和太陽能供電技術相結合,，實現(xiàn)了系統(tǒng)的分布式控制，系統(tǒng)各分機之間不再需要任何電纜連接,，從而省去了埋管,、布線等一系列工程成本，使信號控制系統(tǒng)的總體成本大大降低,，真正做到了省時,、省力、省錢,?？梢灶A見，應時代潮流而生的杰瑞太陽能無線信號系統(tǒng)將會給交通信號控制系統(tǒng)的變革帶來新的模式,。
太陽能無線信號系統(tǒng)的產生經歷了一個探索,、創(chuàng)新的過程。在立項之初,，國內外沒有成熟的先例可循,，早期的無線信號系統(tǒng)采用的無線通訊技術相對落后：通訊誤碼率高，通訊距離有限,，通訊的可靠性很難保證,，更重要的是沒有與太陽能供電技術結合起來的無線信號系統(tǒng)因為需要電源引線而無法真正發(fā)揮其無線的優(yōu)勢，也沒有節(jié)能環(huán)保的比較優(yōu)勢,。經過對系統(tǒng)的充分理解,，并在實驗了多種無線技術的基礎上，我們在數(shù)種方案中選定了以無線通訊組件配合無線通訊協(xié)議實現(xiàn)無線通訊控制,，以成熟的太陽能供電技術為基礎結合無線設計共同實現(xiàn)無電纜連接的分布式控制系統(tǒng)的設計方案,。經過多次的現(xiàn)場驗證試驗和不斷的改進，太陽能無線信號系統(tǒng)實現(xiàn)了無線通訊的自組織,、自檢測,、自恢復功能，實現(xiàn)了太陽能供電系統(tǒng)的充放電控制和保護功能,，實現(xiàn)了系統(tǒng)無線分布式高可靠控制的設計目標,。下面將就這一系統(tǒng)的特點和設計思路做詳細介紹。
2 系統(tǒng)構成和特點
2.1 系統(tǒng)構成
全系統(tǒng)由分布于四個方向的信號控制設備和太陽能電源設備組成,，四個方向分別由一個主機和三個從機控制（從機數(shù)目可應實際路口情況選擇）,。主機方向設備為太陽能電源設備、主機和控制箱,、太陽能信號燈,；從機方向設備為太陽能電源設備、從機、太陽能信號燈,。系統(tǒng)構成圖如圖1,。
2.2 系統(tǒng)特點
本系統(tǒng)進行了多項創(chuàng)新設計，其主要設計特點包括：
全系統(tǒng)采用主從分布式體系結構設計,。一主多從,，從機數(shù)目在0-3之間任選。主機和從機分別控制不同方向上的多組信號燈,。各分機采用太陽能獨立供電,，主從機間采用無線控制，各分機之間不再需要任何電纜連接,，大大節(jié)省工程費用,。
系統(tǒng)采用太陽能分布式供電技術。太陽能供電分系統(tǒng)實現(xiàn)了太陽能電池板,、蓄電池和負載之間的充放電控制功能,，具備欠壓保護、過充電保護,、滯回啟動、滯回充電等控制功能,。有效延長蓄電池壽命,，提升可靠性。由于采用太陽能供電,，不再需要市電供電,，系統(tǒng)既節(jié)能又環(huán)保。
主從機之間采用無線通訊技術進行控制,。通過高可靠,、高抗干擾和自重置功能的無線通訊組件結合完善的通訊協(xié)議有效實現(xiàn)了系統(tǒng)無線控制。
系統(tǒng)無線通訊協(xié)議采用方案發(fā)送應答式結合周期巡檢的方法,，同時具備多種通訊故障診斷糾錯能力,，包括：報文出錯重發(fā)、看門狗限時重置,、報文頭尾自恢復設計,、系統(tǒng)限時重置等自我診斷恢復設計，能有效屏蔽雷擊,、無線電等外來信號干擾,。
系統(tǒng)具備自組織、自檢測,、自恢復功能,。當主機或從機出現(xiàn)斷電、通訊故障、控制故障等情況時,，系統(tǒng)能自動進入黃閃狀態(tài),，當太陽能供電恢復或故障排除后，系統(tǒng)能自動恢復正常運行狀態(tài),。
全系統(tǒng)采用節(jié)電設計,，主從機啟動后即進入省電模式，信號燈亦采用節(jié)能LED設計,。
擁有專利技術的人機界面,，操作方便快捷。用戶無須參照使用說明書,，即可按照菜單提示完成各種設置,。
3 系統(tǒng)軟硬件設計概要
3.1 無線通訊協(xié)議的設計概要
無線通訊協(xié)議的設計是系統(tǒng)設計的重要內容，在本系統(tǒng)的設計中我們采用了許多措施來確保協(xié)議的嚴密,、安全,、可靠，實現(xiàn)了自組織,、自檢測,、自恢復功能。其設計要點如下：
異步串行通訊 波特率9600bps,，1起始位,、8位數(shù)據位、1停止位,，奇校驗,；
開機校驗 開機后，向所有從機發(fā)送校驗信號,；
方案發(fā)送 將運行方案發(fā)給所有從機,；
故障診斷處理 對各種偶然和短時通訊故障進行應急處理；
校時和巡檢 對各從機進行校時應答,，同時實現(xiàn)巡檢,，處理長時故障。
3.2 系統(tǒng)主機設計概要
3.2.1 主機硬件設計
太陽能無線信號系統(tǒng)主機主要由以下部分構成：
單片機,， 主控芯片,，采用華邦的W78E516B；
CPLD 接口控制芯片,，采用ALTERA公司產品,；
無線通訊模塊 ISM頻段，無需申請,，發(fā)射功率50mW,，通訊距離200米,；
面板顯示和燈態(tài)輸出 采用直流驅動技術實現(xiàn)；
外圍電路 包括存儲,、時鐘,、鍵盤、串口,、電源等,。
3.2.2 主機軟件設計
主機軟件由主程序和四個中斷程序構成：
主程序完成系統(tǒng)初始化，LCD顯示,，看門狗服務,，鍵盤處理，通訊處理,。
中斷服務程序：串口收發(fā)中斷程序,、鍵盤中斷程序、500ms定時中斷程序,、1秒鐘中斷服務程序,。
3.3 系統(tǒng)從機設計概要
從機硬件由單片機、無線通訊模塊,、燈驅動電路,、看門狗芯片和電源組成。
從機軟件包括主程序和中斷服務程序,。主程序完成初始化,、通訊控制、燈態(tài)控制,、看門狗服務等。中斷服務程序包括：串口中斷服務程序和500ms定時中斷,。
3.4 太陽能電源分系統(tǒng)設計概要
太陽能供電系統(tǒng)設計主要考慮以下設計要素：
電源負載的最大功率,；
蓄電池的陰天最大放電時間；
太陽能電池板對蓄電池滿充電的最大充電時間,；
當?shù)氐钠骄照諘r間,；
當?shù)氐木暥龋?/p>
太陽能電源控制電路必須具備滯回啟動和滯回充電功能。
4 總結
以太陽能供電結合無線通訊技術實現(xiàn)分布式控制的杰瑞太陽能無線信號系統(tǒng)是一項創(chuàng)新型產品,。與以往的系統(tǒng)相比,，該系統(tǒng)采用了方案發(fā)送應答式無線通訊協(xié)議，運用了多種自我診斷恢復設計方法,，使其在抗雷擊,、抗干擾能力，系統(tǒng)自組織,、自恢復能力方面有上佳表現(xiàn),；尤其是系統(tǒng)結合了太陽能供電技術,，從而更加節(jié)能、更加環(huán)保,，符合國家能源政策的方向,；系統(tǒng)由于真正實現(xiàn)了分機間無電纜連接，完全省去了鋪埋管道,、電纜的材料,、人工成本，系統(tǒng)總體成本遠低于市電系統(tǒng),，從而做到了省時,、省力、省錢,！從整體來看,，本系統(tǒng)是一款實用性強、性價比較高的產品,，已在保加利亞,、尼日利亞等多個國家和國內得到實際應用，并得到了良好*價,。相信隨著市場認知度的提高,，太陽能無線信號系統(tǒng)一定會有更大的應用空間！