1 引言

　　隨著(zhù)全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展，能源短缺問(wèn)題日益成為各行各業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源正越來(lái)越廣泛地應用在各個(gè)領(lǐng)域，并且所占據的比重份額逐漸增大。作為太陽(yáng)能在交通管理領(lǐng)域應用的新成果，杰瑞太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)信號系統應運而生了。這一系統解決了兩個(gè)重要的問(wèn)題:一是由于應用了太陽(yáng)能供電技術(shù)，不再需要市電供電，更節能更環(huán)保；二是由于將無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)和太陽(yáng)能供電技術(shù)相結合，實(shí)現了系統的分布式控制，系統各分機之間不再需要任何電纜連接，從而省去了埋管、布線(xiàn)等一系列工程成本，使信號控制系統的總體成本大大降低，真正做到了省時(shí)、省力、省錢(qián)�？梢灶A見(jiàn)，應時(shí)代潮流而生的杰瑞太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)信號系統將會(huì )給交通信號控制系統的變革帶來(lái)新的模式。

　　太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)信號系統的產(chǎn)生經(jīng)歷了一個(gè)探索、創(chuàng )新的過(guò)程。在立項之初，國內外沒(méi)有成熟的先例可循，早期的無(wú)線(xiàn)信號系統采用的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)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(méi)有與太陽(yáng)能供電技術(shù)結合起來(lái)的無(wú)線(xiàn)信號系統因為需要電源引線(xiàn)而無(wú)法真正發(fā)揮其無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢，也沒(méi)有節能環(huán)保的比較優(yōu)勢。經(jīng)過(guò)對系統的充分理解，并在實(shí)驗了多種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的基礎上，我們在數種方案中選定了以無(wú)線(xiàn)通訊組件配合無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊控制，以成熟的太陽(yáng)能供電技術(shù)為基礎結合無(wú)線(xiàn)設計共同實(shí)現無(wú)電纜連接的分布式控制系統的設計方案。經(jīng)過(guò)多次的現場(chǎng)驗證試驗和不斷的改進(jìn)，太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)信號系統實(shí)現了無(wú)線(xiàn)通訊的自組織、自檢測、自恢復功能，實(shí)現了太陽(yáng)能供電系統的充放電控制和保護功能，實(shí)現了系統無(wú)線(xiàn)分布式高可靠控制的設計目標。下面將就這一系統的特點(diǎn)和設計思路做詳細介紹。

2 系統構成和特點(diǎn)

2.1 系統構成

　　全系統由分布于四個(gè)方向的信號控制設備和太陽(yáng)能電源設備組成，四個(gè)方向分別由一個(gè)主機和三個(gè)從機控制（從機數目可應實(shí)際路口情況選擇）。主機方向設備為太陽(yáng)能電源設備、主機和控制箱、太陽(yáng)能信號燈；從機方向設備為太陽(yáng)能電源設備、從機、太陽(yáng)能信號燈。

2.2 系統特點(diǎn)

本系統進(jìn)行了多項創(chuàng )新設計，其主要設計特點(diǎn)包括：

　　全系統采用主從分布式體系結構設計。一主多從，從機數目在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(yáng)能獨立供電，主從機間采用無(wú)線(xiàn)控制，各分機之間不再需要任何電纜連接，大大節省工程費用。

　　系統采用太陽(yáng)能分布式供電技術(shù)。太陽(yáng)能供電分系統實(shí)現了太陽(yáng)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(guò)充電保護、滯回啟動(dòng)、滯回充電等控制功能。有效延長(cháng)蓄電池壽命，提升可靠性。由于采用太陽(yáng)能供電，不再需要市電供電，系統既節能又環(huán)保。

　　主從機之間采用無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)進(jìn)行控制。通過(guò)高可靠、高抗干擾和自重置功能的無(wú)線(xiàn)通訊組件結合完善的通訊協(xié)議有效實(shí)現了系統無(wú)線(xiàn)控制。

　　系統無(wú)線(xiàn)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(shí)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(mén)狗限時(shí)重置、報文頭尾自恢復設計、系統限時(shí)重置等自我診斷恢復設計，能有效屏蔽雷擊、無(wú)線(xiàn)電等外來(lái)信號干擾。

　　系統具備自組織、自檢測、自恢復功能。當主機或從機出現斷電、通訊故障、控制故障等情況時(shí)，系統能自動(dòng)進(jìn)入黃閃狀態(tài)，當太陽(yáng)能供電恢復或故障排除后，系統能自動(dòng)恢復正常運行狀態(tài)。

　　全系統采用節電設計，主從機啟動(dòng)后即進(jìn)入省電模式，信號燈亦采用節能LED設計。

　　擁有專(zhuān)利技術(shù)的人機界面，操作方便快捷。用戶(hù)無(wú)須參照使用說(shuō)明書(shū)，即可按照菜單提示完成各種設置。

3 系統軟硬件設計概要

3.1 無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議的設計概要

　　無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議的設計是系統設計的重要內容，在本系統的設計中我們采用了許多措施來(lái)確保協(xié)議的嚴密、安全、可靠，實(shí)現了自組織、自檢測、自恢復功能。其設計要點(diǎn)如下：

　　異步串行通訊    波特率9600bps，1起始位、8位數據位、1停止位，奇校驗；
　　開(kāi)機校驗　　  開(kāi)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(shí)通訊故障進(jìn)行應急處理；
　　校時(shí)和巡檢　　對各從機進(jìn)行校時(shí)應答，同時(shí)實(shí)現巡檢，處理長(cháng)時(shí)故障。

3.2 系統主機設計概要

3.2.1 主機硬件設計

　　太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)信號系統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(chǎn)品；
　　無(wú)線(xiàn)通訊模塊   ISM頻段，無(wú)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(dòng)技術(shù)實(shí)現；
　　外圍電路    包括存儲、時(shí)鐘、鍵盤(pán)、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(gè)中斷程序構成：

主程序完成系統初始化，LCD顯示，看門(mén)狗服務(wù)，鍵盤(pán)處理，通訊處理。
中斷服務(wù)程序：串口收發(fā)中斷程序、鍵盤(pán)中斷程序、500ms定時(shí)中斷程序、1秒鐘中斷服務(wù)程序。

3.3 系統從機設計概要

從機硬件由單片機、無(wú)線(xiàn)通訊模塊、燈驅動(dòng)電路、看門(mén)狗芯片和電源組成。

從機軟件包括主程序和中斷服務(wù)程序。主程序完成初始化、通訊控制、燈態(tài)控制、看門(mén)狗服務(wù)等。中斷服務(wù)程序包括：串口中斷服務(wù)程序和500ms定時(shí)中斷。

3.4 太陽(yáng)能電源分系統設計概要

太陽(yáng)能供電系統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(shí)間；
　　太陽(yáng)能電池板對蓄電池滿(mǎn)充電的最大充電時(shí)間；
　　當地的平均日照時(shí)間；
　　當地的緯度；
　　太陽(yáng)能電源控制電路必須具備滯回啟動(dòng)和滯回充電功能。

4 總結

　　以太陽(yáng)能供電結合無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)實(shí)現分布式控制的杰瑞太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)信號系統是一項創(chuàng )新型產(chǎn)品。與以往的系統相比，該系統采用了方案發(fā)送應答式無(wú)線(xiàn)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，系統自組織、自恢復能力方面有上佳表現；尤其是系統結合了太陽(yáng)能供電技術(shù)，從而更加節能、更加環(huán)保，符合國家能源政策的方向；系統由于真正實(shí)現了分機間無(wú)電纜連接，完全省去了鋪埋管道、電纜的材料、人工成本，系統總體成本遠低于市電系統，從而做到了省時(shí)、省力、省錢(qián)！從整體來(lái)看，本系統是一款實(shí)用性強、性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品，已在保加利亞、尼日利亞等多個(gè)國家和國內得到實(shí)際應用，并得到了良好評價(jià)。相信隨著(zhù)市場(chǎng)認知度的提高，太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)信號系統一定會(huì )有更大的應用空間！