一种道钉.pdf

本实用新型公开了一种道钉，主要应用于道路交通中的标线夜间强化显示。该道钉包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微处理器和电发光器件，其结构特点是：还包括微型接收天线和电波授时接收模块，所述的太阳能电池和充放电控制电路与启闭控制电路连接，微型接收天线连接电波授时接收模块，电波授时接收模块连接微处理器，微处理器输出端与电发光器件连接。本实用新型结构合理，设置电波授时接收模块和微型接收天线，使道钉能利用时间基准信号台发布的基准时间授时信号，使用同一时间源对离散安装的道钉实现同步工作控制。

1、  一种道钉，包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微处理器和电发光器件，其特征在于：还包括微型接收天线和电波授时接收模块，所述的太阳能电池和充放电控制电路与启闭控制电路连接，微型接收天线连接电波授时接收模块，电波授时接收模块连接微处理器，微处理器输出端与电发光器件连接。

2、  根据权利要求1所述的道钉，其特征在于：所述的电波授时接收模块与道钉同步控制选择的授时电台授时信号源相匹配。

3、  根据权利要求2所述的道钉，其特征在于：所述的微处理器与电波授时接收模块匹配。

4、  根据权利要求3所述的道钉，其特征在于：所述的微处理器和电发光器件之间设置驱动电路，微处理器输出端与驱动电路相连接，驱动电路再与电发光器件相连接。

5、  根据权利要求1或4所述的道钉，其特征在于：所述的蓄电池组采用内置微型蓄电池组。

6、  根据权利要求5所述的道钉，其特征在于：所述的电发光器件采用LED。

一种道钉
技术领域
本实用新型涉及一种道路交通引导领域的应用装置，特别是一种能使用时间基准信号台发布的基准时间精确授时同步控制的道钉，主要应用于道路交通中的标线夜间强化显示。
背景技术
道钉主要应用于高速公路标线、临崖路段标线等交通事故多发的危险路段，作为夜间道路走向强化指示，以及近年来在城市道路夜间美化等领域的应用。上述应用要求沿道路标线离散安装的道钉实现同步工作，在非同步工作状态下，会产生“晃眼”的感觉，影响道路交通的安全。离散安装的道钉同步工作，现有技术采用的技术方案是设置一个集中的控制源，再采取无线控制或有线控制的方式对控制区内的离散道钉进行集中控制。本申请人的在先申请CN201095727《一种数字化无线控制的太阳能突起路标》，公开了一种无线控制太阳能道钉，该道钉主要包括壳体、显示窗口、发光二极管和无线控制系统，使用无线控制方式实现离散的太阳能道钉同步工作，然而这种结构的太阳能道钉，适于无线控制同步工作，受控制距离的限制，只能实现小区域内的短距离太阳能道钉同步及数控工作，适应朝夕车道在各时间段的车道运行方向变更及路口可变车道的指向变更等，无法应用于长距离标线强化，并且也将受制于同步控制的实施成本及控制管理的运营成本。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构合理，能使用时间基准信号台发布的基准时间授时同步控制的道钉。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该道钉，包括壳体、太阳能电池、蓄电池组及充放电与启闭控制电路、微处理器和电发光器件，其结构特点是：还包括微型接收天线和电波授时接收模块，所述的太阳能电池和充放电控制电路与启闭控制电路连接，微型接收天线连接电波授时接收模块，电波授时接收模块连接微处理器，微处理器输出端与电发光器件连接。电波授时接收模块和微型接收天线的设置，使道钉能利用时间基准信号台发布的基准时间授时信号，使用同一时间源对离散安装的道钉实现同步工作控制。
本实用新型道钉所述的电波授时接收模块与道钉同步控制选择的授时电台授时信号源相匹配。
本实用新型道钉所述的微处理器与电波授时接收模块匹配。
本实用新型道钉所述的微处理器和电发光器件之间设置驱动电路，微处理器输出端与驱动电路相连接，驱动电路再与电发光器件相连接。电发光器件由微处理器驱动和控制。
本实用新型道钉所述的蓄电池组采用内置微型蓄电池组。
本实用新型道钉所述的电发光器件采用LED。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：本实用新型利用目前正在积极推进的电波授时功能实现对道钉的同步控制，结构合理，设置了电波授时接收模块和微型接收天线，能接收时间基准信号台发布的基准时间授时信号，使用同一时间源实现对道钉的同步管理，使离散安装的道钉能够在同步模式下有效工作。该道钉克服了现有技术实施同步工作，受区域大小限制，安装成本和运行成本高的缺陷，不受道路长度、走向等使用环境限制，进行离散安装的道钉同步控制简单方便，可靠性高、引导效果好，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例道钉结构示意方框图。
具体实施方式
下面通过实施例，结合附图对本实用新型作进一步的阐述。
实施例道钉是一种使用太阳能的道钉，参见图1，该道钉包括壳体、太阳能电池VS、蓄电池组V1、充放电控制电路DA、启闭控制电路L1、微型接收天线TX、电波授时接收模块CT、微处理器CU和电发光器件。太阳能电池VS向蓄电池组V1充电，并和充放电控制电路DA与启闭控制电路L1连接；太阳能电池VS通过充放电控制电路DA连接到蓄电池组V1，充放电控制电路DA负责对蓄电池组V1进行充放电控制；充放电控制电路DA输出连接到启闭控制电路L1，启闭控制电路L1输出连接到DC/DC电路L2和电波授时接收模块CT，DC/DC电路L2将蓄电池组V1的电压进行转换以适配各种不同的芯片、模块的工作电压，如果蓄电池组V1电压与芯片电压配置一致，则可以不使用DC/DC电路，DC/DC电路L2的输出连接微处理器CU和电波授时接收模块CT。微型接收天线TX与电波授时接收模块CT相连接；电波授时接收模块CT的时间信号输出端与微处理器CU的输入端连接，经微处理器CU解码后可输出控制信号；微处理器CU输出端直接连接电发光器件，或者通过驱动电路QD再连接到电发光器件，微处理器CU输出信号控制驱动电路QD，通过驱动电路QD再控制电发光器件的点亮和关闭，大部分应用不需要连接驱动电路QD。
壳体采用承压并适合道路交通使用的外形，且内部具有安装电路板及蓄电池组V1的空间，外部具有安装太阳能电池板VS的位置。道钉的壳体在满足上述条件的前提下，可以使用圆形、方形、椭圆形等多种形状外形。实施例中使用方形铝质壳体，采用符合GB/T 19813-2005标准要求的125×125×25毫米铝合金壳体。壳体不影响道钉的最终使用效果。
太阳能电池VS可以使用光电转换效率大于道钉所需功率面积比的所有类型太阳能电池，在实施例中使用了多晶硅太阳能电池，采用一组约0.55W的多晶硅太阳能电池，太阳能电池VS安装在壳体上部的太阳能电池板安装位置上，并用耐磨的亚克力透明胶片覆盖在太阳能电池上。太阳能电池VS的配置需考虑电路组成的耗电要求，使用地的日照数，以及道钉的技术目标等，选择适配；太阳能电池VS的容量与实现同步工作的目标没有直接关系，道钉的持续工作时间与太阳能电池板VS及蓄电池V1容量有关。
蓄电池组V1采用内置微型蓄电池组，内置微型蓄电池组可以使用符合道路交通环境温度变化要求及满足内置容积要求和容量要求的蓄电池组，在实施例中使用了镍氢电池，采用二节AAA型800mA/H容量的镍氢电池，本实施例的壳体的内部空间仅能够容纳二节AAA电池，并且使用二节AAA镍氢蓄电池符合道钉芯片组和模块的工作电压要求。在实际使用中，随使用环境的不同，可配置一节、二节或更多节电池，也可配置其他容量或材料的电池，其电池配置模式主要受制于使用芯片组或者模块的电压、功率、太阳能电池板VS的适配系数等参数，与道钉同步工作的效果没有必然的联系。
充放电与启闭控制电路中充放电控制电路DA主要负责对蓄电池组V1进行充放电控制，防止过充电或过放电；启闭控制电路L1负责检测道钉的工作阈值，在白天将关闭道钉，夜间开启道钉，同时接受微处理器CU控制，以实现对各部件的工作状态管理。
电波授时接收模块CT是接收电波授时电台时间信号的模块，可选择使用芯片或模块组成的接收电路。电波授时接收模块CT与道钉同步控制方法选择的授时电台授时信号源相匹配，在中国可以接收到的有国家授时中心BPC发送的时基信号，沿海地区还可以接收到日本JJY发送的时间基准信号。不同的电波授时信号及配套的接收模块在最终使用上效果接近。电波授时接收模块CT使用与之配套的微型接收天线TX，以便能够获得最佳的接收效果及符合安装到道钉内的技术和体积要求。实施例选择杭州指挥通讯设备有限公司生产的基于香港C-MAX公司生产的CME6005长波授时接收芯片，与微处理器CU选用的51系列P89LPC915HDH型单片机组成一个带后端处理的专用授时模块。电波授时芯片可选择的范围较大，还可以使用中科院研制的授时芯片，也可以使用日产或台湾产的电波授时芯片，各种芯片的使用效果相近。
微处理器CU主要完成对电波授时接收模块CT接收到的信号进行后期处理及最终输出有效的同步控制信号，微处理器CU与电波授时接收模块CT匹配，微处理器CT通过程序控制实现道钉的同步工作模式。实施例微处理器CU使用成熟的低功耗的带程序处理的51系列P89LPC915HDH型单片机，选择该微处理器的原因是基于其具有功能已经能够满足使用要求，并且功耗和电压指标也符合使用要求。微处理器CU控制启闭控制电路L1来实现对电波授时接收模块CT的工作管理，当微处理器CU处于“自动”状态时，电波授时接收模块CT通过DC/DC电路L2直接获得电源；当微处理器CU对电波授时接收模块CT工作状态进行干预时，可通过启闭控制电路L1切断电波授时接收模块CT的工作电源。
电发光器件可以采用LED或者其它电发光元件，本实施例采用LED，微处理器CU与LED电路连接。不是所有型号的微处理器都可以直接驱动LED，当需要双面点亮太阳能道钉的LED时，可在LED电路前端增加驱动控制电路QD，通过驱动控制电路QD再连接到LED电路，驱动电路QD对驱动电流进行放大，驱动电路QD使用普通的小功率三极管即可；当使用单面显示时，P89LPC915HDH型单片机可以直接驱动所需的LED。LED的颜色选择视实际需要设置，一般采用红色、黄色和白色的LED，通常太阳能道钉的单面显示窗口安装3个LED，如果是双面显示窗口则各安装3个LED。
实施例道钉同步工作控制流程为：太阳能电池VS通过充放电控制电路DA控制蓄电池组V1的充电或放电，并通过充放电控制电路V1来控制电发光器件电源的开启或关闭→微型接收天线TX接收电波授时电台的授时信号→当微型接收天线TX接收到电波授时电台的授时信号后，通过电波授时接收模块CT解析并提取出时间信息→微处理器CU接收到电波授时接收模块CT提供的秒信号后，按照预置的闪烁频率、闪烁占空比点亮和关闭离散安装的道钉的电发光器件。离散安装的道钉使用源自于相同的电波授时电台精确授时的时间配置和启动时间，执行高度同步的工作模式；微处理器CU通过对授时方案的不同分配，可获得道钉不同的闪烁频率和占空比。
利用电波授时信号实现道钉同步工作的原理是：
在我国境内可接收到国家授时中心BPC发送的基于BPC所在地的时间信号，沿海地区还可以接收到日本JJY发送的时间基准信号。我们可以解析和获得的有效授时信号精度大约是亚毫秒级的，以秒信号脉冲上升沿开始作为基准，误差小于1毫秒。对于道钉而言，通常16小时的累计误差小于闪烁周期5％，不会对道钉的工作产生影响，16小时是以道钉的每次工作最长时间设定。以每分钟60次闪烁而言，每秒具有一个闪烁周期，按占空比1∶1设计，则每次闪烁是亮500ms，灭500ms，在实际运行中，16小时累计误差小于5％也就是小于25ms，而电波授时信号的误差是亚毫秒级，此精度满足道钉的使用要求。从同步时间源获取基准时间信号后，将秒同步信号脉冲上升沿开始作为计数器启动信号，计数器读数精度视实际使用要求而定。当微处理器CU识别出秒同步信号后，开始按照预定的周期进行计数，若使用1ms作为计数周期，则在二个秒同步信号之间可以获得一个1000ms的计数量，在该计数量内，可以获得大于1ms的任何同步的工作周期，1000ms以后则另一个同步的周期又开始了。所以，对于离散的道钉而言，可以依据所获得的同步时间来设计应用需求，也可以将计数周期延伸到若干个秒同步信号周期。本实施例，如果道钉的闪烁频率是60次/分，则计数器被设定为每500ms输出一次控制信号，与秒同步信号同步开始时点亮，持续500ms后熄灭，下一次再收到秒同步信号时再点亮，周而复始，直至白天时道钉被关闭。不同的闪烁频率只需要对点亮以后的工作时间及占空比进行设定，例如将道钉的闪烁频率设置为240次时，占空比1∶1，此时当秒同步信号开始时，LED间隔125ms亮和灭，直至下一个秒同步信号到达时再开始下一个周期。不同的闪烁频率和不同的占空比均可在不同的时间配置上获得，当工作时间的周期大于1秒时，为了获得同步，需要识别奇数秒或偶数秒，这时只要调用时间基准信号台提供的时分秒信号进行识别即可。离散安装的道钉将在统一的同步时间配置下同步工作，不受安装位置的距离限制，各道钉间的工作同步性非常好。
道钉在白天，例如照度大于150LEX时将停止工作，当进入夜间时，太阳能电池VS电动势低于关闭阈值，此时启闭控制电路L1被开启，微处理器CU被激活，电波授时接收模块CT启动，开始进入授时信号接收状态，在未获得有效的授时信号时微处理器CU输出端没有输出，当电波授时接收模块CT收到有效的授时信号后，在获得秒信号开始数据时，经微处理器CU解码后直接输出点亮LED的控制信号，预定的点亮周期结束时，输出关闭LED的控制信号，在下一个秒同步信号到来时再开启计数并点亮LED，循环点亮、关闭LED，直至工作周期结束，即照度大于系统关闭阈值时，整个道钉将被关闭。若使用60次闪烁频率时，在秒同步信号到来时，点亮LED，计数满500ms时，关闭LED，直至下一个秒同步信号到来时，再开始第二个控制周期，直至关闭。
由于控制间隔很小，微处理器CU的时钟精度完全满足道钉的工作误差要求，所以一般不需要误差校准流程，当增加控制间隔时，可视情况需要增加误差校准流程。在时间同步的条件下，通过软件的控制，可实现多种不同控制模式的同步工作状态。
以上实施例对本实用新型作出了较为详细的描述，但是这些描述并非是对本实用新型的限制，即本实用新型并不局限于上述实施例的具体结构及描述。本实用新型的保护范围包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。