一種太陽能交通信號機及其最強光線的獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及交通信號機領域，具體地說是一種太陽能交通信號機及其最強光線的 獲取方法。
【背景技術】
[0002] 現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 展了行人過街觸發式信號機、多時段定時式信號機、感應式信號機、集中協調式信號機等。 當這些信號機出現故障或者電源中斷時，容易造成交通堵塞，為了解決這些突發事件，出現 了太陽能交通信號機；現有太陽能交通信號機雖然具有電池供電、無需布線等優點，但是， 也具有充電不便、太陽能板充電效率低等缺點。
【發明內容】
[0003] 本發明是為了克服現有技術存在的不足之處，提供一種太陽能交通信號機及其最 強光線的獲取方法，以期能始終保持信號機接收到最強的太陽光線，從而提高太陽能電池 板的充電效率。
[0004] 本發明為解決技術問題采用如下技術方案：
[0005] 本發明一種太陽能交通信號機的特點包括：用于計算舵機仰角的等邊三角形傳感 器陣列、太陽能電池板、水平轉臺、步進電機、LED信號燈、用于計算步進電機水平角的圓形 傳感器陣列、底座箱、太陽能電池板旋轉支架、舵機及控制板；
[0006] 所述控制板安裝在所述底座箱中，并在所述底座箱上設置一支撐桿；在所述支撐 桿的頂部設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支架進行支撐；在所 述太陽能電池板背部還設置有所述舵機用于控制垂直旋轉角度；
[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置有所述水平轉臺，并通過所述步進電機來 控制所述水平轉臺的水平旋轉角度；
[0009] 在所述水平轉臺下方和底座箱之間的支撐桿上依次設置有所述LED信號燈和圓 形傳感器陣列；
[0010] 所述信號機通過所述圓形傳感器陣列獲取光強并傳遞給所述控制板，以獲得所述 步進電機的水平角；并根據所述水平角控制所述步進電機驅動所述水平轉臺帶動所述太陽 能電池板運動到光線最強的方向上；再通過所述等邊三角形傳感器陣列獲取光強并傳遞給 所述控制板，以獲得所述舵機的仰角，并根據所述仰角控制所述舵機的垂直旋轉角度，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太 陽光線。
[0011] 本發明所述的太陽能交通信號機的特點也在于，所述控制板包括：微控制器、舵機 驅動器、步進電機驅動器、鍵盤開關、無線控制單元、信號燈驅動電路、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信號和所述圓形 傳感器陣列的光強信號；
[0013] 所述微控制器通過所述步進電機驅動器來控制所述步進電機驅動所述水平轉臺 進行水平旋轉；
[0014] 所述微控制器通過所述舵機驅動器來控制所述舵機帶動所述太陽能電池板進行 垂直旋轉；
[0015] 所述微控制器通過所述信號燈驅動電路來控制所述LED信號燈的轉換和開關；
[0016] 所述微控制器通過所述鍵盤開關或所述無線控制單元來獲取所述LED信號燈的 設置參數；
[0017] 所述充電電路獲取所述太陽能電池板的光能并轉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，并分別設置在等邊三角形 的三個頂點上。
[0019] 所述圓形傳感器陣列由η個光敏傳感器組成，并按照圓形均勻排列在同一水平面 上，n ^ 3。
[0020] 本發明一種利用所述太陽能交通信號機的最強光線的獲取方法的特點是按如下 步驟進行：
[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信號，記為F = 的，F2，…，F1，…FJ $表示所述圓形傳感器陣列中第i個傳感器所獲取的水平光強信號； I ^ i ^ η ；
[0022] 步驟2、對所述光強信號F進行降序排序，獲得光強最大的前兩個光強信號，記為 F 和 F F >F 1 maxi |H 1 max2? 1 maxi max2?
[0023] 步驟3、利用式⑴獲得所述兩個最大光強信號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#與所述最大光強信號Fniaxl之間的夾角Θ F:
[0026]
(2)
[0027] 式⑵中，為/?坐標值，/LuAk1,為/Li坐標值；
[0028] 步驟5、利用式（3)獲得所述步進電機的水平角卿:
[0029] (3)
[0030] 步驟6、所述控制板控制所述步進電機驅動所述水平轉臺并帶動所述太陽能電池 板運動到所述水平角％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信號，記為 X= HX3I ;并有Xj= (X uJj,2，…，Xjik，…，XjiJ ;X,k表示所述第j個傳感器所獲取的 m個垂直光強信號中第k個值；由第1個垂直光強信號X1、第2個垂直光強信號X 2和第3個 垂直光強信號X3構成等邊三角形；j e {1，2, 3} ;1彡k彡m ;
[0032] 步驟8、利用式（4)獲得所述第1個垂直光強信號X1與第2個垂直光強信號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個垂直光強信號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帶動所述太陽能電池板運動到所述仰角σ v上； 從而使得所述太陽能交通信號機能接收到最強太陽光線。
[0042] 與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
[0043] 1、本發明信號機通過圓形傳感器陣列獲取光強并傳遞給控制板，以獲得步進電機 的水平角；并根據水平角控制步進電機驅動水平轉臺帶動太陽能電池板運動到光線最強的 方向上；再通過等邊三角形傳感器陣列獲取光強并傳遞給控制板，以獲得舵機的仰角，并根 據仰角控制舵機的垂直旋轉角度，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太陽光線，從而提高太陽能電池板的充電效率。
[0044] 2、本發明圓形傳感器陣列由若干個光敏傳感器組成，并按照圓形均勻排列在同一 水平面上，使得步進電機驅動水平轉臺進行水平旋轉的角度精度達到180/n°的目的。
[0045] 3、本發明等邊三角形傳感器陣列由三只光敏傳感器組成，并分別設置在等邊三角 形的三個頂點上，從而計算出三只光敏傳感器的法向向量，進而控制舵機帶動太陽能電池 板進行垂直旋轉，達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、本發明微控制器通過鍵盤開關或無線控制單元來獲取LED信號燈的設置參數， 提高了太陽能交通信號機管理效率。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發明的結構圖正面；
[0048] 圖2為本發明的結構圖背面；
[0049] 圖3為本發明的控制板硬件框圖；
[0050] 圖4為本發明的控制板軟件流程圖；
[0051] 圖中標號：1等邊三角形傳感器陣列；2太陽能電池板；3水平轉臺；4步進電機； 5LED信號燈；6用于計算步進電機水平角的圓形傳感器陣列；7底座箱；8電源開關；9太陽 能電池板旋轉支架；10舵機。
【具體實施方式】
[0052] 本實施例中，如圖1和圖2所示，一種太陽能交通信號機，應用在交通指揮領域，包 括：用于計算舵機仰角的等邊三角形傳感器陣列1、太陽能電池板2、水平轉臺3、步進電機 4、LED信號燈5、用于計算步進電機水平角的圓形傳感器陣列6、底座箱7、太陽能電池板旋 轉支架9、舵機10及控制板；
[0053] 控制板安裝在底座箱7中，并在底座箱7上設置一支撐桿；在支撐桿的頂部設置有 太陽能電池板2并在其背面通過太陽能電池板旋轉支架9進行支撐；在太陽能電池板2背 部還設置有舵機10用于控制垂直旋轉角度；
[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，并分別設置在等邊三角形的三個頂點上。
[0055] 太陽能電池板2下方的支撐桿上設置有水平轉臺3,并通過步進電機4來控制水平 轉臺3的水平旋轉角度；
[0056] 在水平轉臺3下方和底座箱7之間的支撐桿上依次設置有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并傳遞給 控制板，以獲得步進電機4的水平角；并根據水平角控制步進電機4驅動水平轉臺3帶動太 陽能電池板2運動到光線最強的方向上；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并傳遞給控制板，以獲得舵機10的仰角，并根據仰角控制舵機10的 垂直旋轉角度，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 接收到最強太陽光線。
[0058] 本實施例中，如圖3所示，一種太陽能交通信號機的控制板包括：微控制器、舵機 驅動器、步進電機驅動器、鍵盤開關、無線控制單元、信號燈驅動電路、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的光強信號和圓形傳感器陣列6 的光強信號，微控制器優選的采用Sitara系列ARM處理器；
[0060] 微控制器通過步進電機驅動器