太陽能無線信號系統(tǒng)設計方案

摘 要：介紹了一種基于主從分布式體系結構的太陽能無線信號系統(tǒng)，通過將太陽能供電技術與無線通訊技術結合應用于交通信號控制，從而真正實現了路口各方向分機的無線分布式控制。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，使其具備了抗雷擊、抗干擾、自組織、自恢復能力，可靠性較高；系統(tǒng)各分機間無需電纜連接，不再使用市電供電，大大降低了建設運行成本。實際應用表明：該系統(tǒng)能夠滿足交通信號控制節(jié)能、安全可靠、高性價比的要求，為城市交通安全暢通提供保障。

關鍵詞：主從分布式體系結構，太陽能供電，無線信號系統(tǒng)，自我診斷恢復，抗干擾

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。經過多次的現場驗證試驗和不斷的改進，太陽能無線信號系統(tǒng)實現了無線通訊的自組織、自檢測、自恢復功能，實現了太陽能供電系統(tǒng)的充放電控制和保護功能，實現了系統(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。

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，同時實現巡檢，處理長時故障。