專利名稱：節能型智能全天候道路交通標志牌及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種節能型的智能全天候道路交通標志牌及控制方法。
背景技術：
目前，國內的道路交通標志牌中指示標志牌、指路標志牌多數按 藍底或綠底白色圖案或文字、禁令標志牌多數按紅框白底黑色圖案、 警告標志牌多數按黑框黃底黑色圖案或文字標準，采用反光材料、支 撐件、基礎和緊固件等制作而成，懸掛在道路兩旁司機與行人易于看 到的地方，晚上則要靠路燈照明才能便于人們識別，進而引導人們行 進。這類方案的優點是制作簡單，但不足之處在于-(1) 受天氣條件影響較大，特別是在霧氣較重的地區，能見度低，識別度較低；(2) 光線強度較弱時，如陰天或夜晚，易于造成司機或行人對 一些交通標志牌的疏忽。(3) 大霧或光線強度較弱時，為了有效引導人們行進，采用大 量路燈來為路邊的交通標志牌提供照明，這樣要消耗大量電能。另外， 若為交通標志牌提供照明的路燈損壞或汽車行駛在未安裝路燈道路 區域時，人們就很難觀察到交通標志牌，容易引發交通事故，造成生 命財產損失。嵌入式系統集系統的應用軟件與硬件于一體，具有軟件代碼小、 高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體 系。目前，該技術已經應用到生活中幾乎所有的電器設備，如微波爐、 數字相機、家庭自動化系統、電梯、空調及自動售貨機等。'與通用型 計算機系統相比，嵌入式系統功耗低、可靠性高；功能強大、性價比 高；實時性強，支持多任務；占用空間小，效率高；面向特定應用， 可根據需要靈活定制。嵌入式系統的日益成熟為設計智能道路交通標志牌提供了一個 良好的技術基礎和應用環境，也為設計新型道路交通標志牌指明了一 個發展方向
發明內容
本發明所要解決的技術問題是以節能與滿足人們日常需求為目 標，開發出一種智能的全天候道路交通標志牌及控制方法，有效克服 傳統道路交通標志牌存在的不足之處。為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案 一種節能型智能全天候道路交通標志牌，其特征在于它包括光敏傳感器、LED燈具亮度調節開關、單片機、LED組合燈，光敏傳感器、 LED燈具亮度調節開關分別與單片機的相應引腳連接，LED組合燈與 LED燈具亮度調節開關連接，光敏傳感器用于采集光線強度信號，定 期向單片機傳遞原始光線強度信號，單片機用于將光線強度模擬信號 轉換成數字信號，與預設的光線強度基值比較，計算得到當前的光線 強度級別，并以相應模式觸發不同引腳上的LED燈具亮度調節開關輸 出不同的調制電壓，LED組合燈由LED燈具亮度調節開關輸出的調制 電壓來控制顯示不同的亮度，并根據輸出調制電壓的不同引腳來顯示 不同的標志形狀。它還設有蜂鳴器，蜂鳴器與單片機的相應引腳連接，單片機觸發 與其相連接的蜂鳴器，蜂鳴器發出警報用于指示單片機是否工作于欠 壓狀態。所述的LED燈具亮度調節開關設有可控硅電路。所述單片機為PIC18F4620單片機，蜂鳴器接在單片機的RD1引腳，光敏傳感器接在單片機的INTO引腳，LED燈具亮度調節開關接在單片機的RDO引腳。所述的LED組合燈可由交流電網、蓄電池或太陽能電池供電。 一種節能型智能全天候道路交通標志牌控制方法，其特征在于它包括以下步驟(A) 光敏傳感器定期采集當前的光線強度值，并傳輸給與其相連接 的單片機；(B) 單片機通過A/D轉換將光敏傳感器感測到的原始模擬信號轉換 為數值，然后與預設的若干光線強度基值進行比較，確定當前的光線 強度級別；(C) 單片機根據計算得到的光線強度級別，選擇相應的設置模式來 觸發LED燈具亮度調節開關，驅動LED組合燈顯示不同的標志形狀；(D) 根據LED燈具亮度調節開關輸出的調制電壓，控制LED組合燈 能夠以不同的亮度級別打開。其中步驟(C)進一步包括 (Cl)采用兩種方式來驅動LED組合燈顯示不同的標志形狀， 一種是 LED組合燈顯示若干固定標志，用不同的單片機引腳來控制，使得每 一個單片機引腳輸出的信號對應LED組合燈上的一種標志形狀；另一 種是LED組合燈動態顯示字符，單片機通過査找存儲設備中存儲的字 符碼表，得到應顯示字符的字符碼，然后通過相應引腳發送到LED組 合燈，進而顯示相應的字符，此時的LED組合燈由點陣電路實現。其中步驟(D)進一步包括 (Dl) LED燈具亮度調節開關是一段可控硅控制電路，根據交流電的 過零檢測技術或單片機自帶的P麗模塊，實現輸出調制電壓，滿足 LED組合燈以不同亮度級別點亮。還包括以下步驟(E) 單片機采用干電池供電時，當工作處于欠壓狀態時，單片機主 動觸發與其相連接的蜂鳴器，發出工作欠壓警報；還包括以下步驟(F) 單片機大部分時間處于休眠模式，定時喚醒以較短的時間接收、 處理光敏傳感器采集的光強度模擬信號，然后再次進入休眠狀態，只 有當判斷到光線強度級別發生變化時，才觸發LED燈具亮度調節開關 輸出不同的調制電壓。本發明與現有技術相比具有以下的效果和優點(1) 可有效避免、減少交通事故出現。為節約電能， 一般城市近郊 或風景區夜晚較少亮路燈，路況也較復雜，在陰雨天或夜晚易出交通 事故，使用該標志牌可以正確引導駕駛者安全行駛，有效避免、減少 交通事故出現；(2) 具有一定的智能性、自適應性。該標志牌根據光敏傳感器采用 的信號，自主計算處理并決定是否開LED組合燈以及亮燈時的亮度， 具有一定的智能性；并可以根據天氣變化情況隨時改變相應的動作， 具有一定的自適應環境能力。(3) 具有"全天候"能力。不論白天或夜晚，只要光線陰暗，駕駛 者視線不佳，該標志牌均可以隨時發揮作用，也就意味著，在最易發
生事故的時刻，在該標志牌的作用下，由于正確引導駕駛者安全行駛， 從而有效避免交通事故出現。(4)可以有效節約電能。由于該標志牌的智能性，可以自主決定是 否開LED組合燈以及亮燈時的亮度，從而可以在發揮標志牌作用的 同時有效節約電能。綜上所述，采用節能型智能全天候道路交通標志牌帶來的好處主 要表現在自動化工作，受各種天氣條件制約少，更方便全天候引導 司機與行人出行，減少交通事故發生率，也可減少路燈過度照明造成 的能耗。


圖l是本發明的結構框圖。圖2是本發明的控制流程圖。
具體實施方式
圖1是本發明的結構框圖，本發明構造一種節能型智能全天候道 路交通標志牌，它包括光敏傳感器、LED燈具亮度調節開關、單片機、 LED組合燈，光敏傳感器、LED燈具亮度調節開關分別與單片機的相 應引腳連接，LED組合燈與LED燈具亮度調節開關連接，光敏傳感器 用于采集光線強度信號，定期向單片機傳遞原始光線強度信號，單片 機用于將光線強度模擬信號轉換成數字信號，與預設的光線強度基值 比較，計算得到當前的光線強度級別，并以相應模式觸發不同引腳上 的LED燈具亮度調節開關輸出不同的調制電壓，LED組合燈由LED燈 具亮度調節開關輸出的調制電壓來控制顯示不同的亮度，并根據輸出 調制電壓的不同引腳來顯示不同的標志形狀。它還設有蜂鳴器，蜂鳴 器與單片機的相應引腳連接，單片機觸發與其相連接的蜂鳴器，蜂鳴 器發出警報用于指示單片機是否工作于欠壓狀態。該標志牌利用光敏 傳感器采集的信息，經單片機計算處理可自主決定是否打開LED組 合燈，打開時利用光敏傳感器測量值和LED燈具亮度調節開關自動 調至適當亮度，并可根據實際需求修改標志牌顯示內容，設置多種顯 示模式。比如道路限速標志牌在天氣較好、光線較好時，可關閉 LED組合燈，利用傳統的道路限速標志牌提示汽車駕駛者；在陰雨 天或夜晚時，可自動打開并適當調高LED組合燈亮度、適度調低道 路限速值。
以PIC18F4620單片機為例，可將蜂鳴器接在單片機的RD1引腳， 光敏傳感器接在單片機的INTO引腳，LED燈具亮度調節開關接在單 片機的RDO引腳。另外，LED燈具亮度調節開關實為一段可控硅控 制電路，負責輸出所需的調制電壓，進而觸發LED組合燈以不同的 亮度級別打開，滿足LED組合燈以不同亮度打開的需求。LED組合燈及LED組合燈控制電路可以由交流電網、蓄電池或 太陽能電池供電。單片機可由直流電源或交流電網供電。圖2是本發明的控制流程圖，采用休眠、喚醒的工作模式，喚醒 后進入工作狀態，休眠時進入節能狀態，不進行計算等耗能工作。當 單片機采用電池供電時，單片機喚醒后首先判斷是否處于欠壓工作狀 態，若判斷結果為真，則觸發蜂鳴器，發出欠壓預警信號，若判斷結 果為假，則系統進入正常工作階段。系統進入正常工作狀態后，首先由光敏傳感器采集當前的光線強 度信號，然后單片機將得到光線模擬信號轉換為數值信號，并與預設 的光線強度基值進行比較，確定當前的光線強度級別及其變化情況。若當前光線強度級別沒有發生變化，則單片機進入休眠工作模 式，若當前光線強度級別發生了變化，則要根據變化后的光線強度級 別并以與之相對的模式觸發LED燈具亮度調節開關，最后由LED燈 具亮度調節開關輸出的調制電壓來啟動LED組合燈，驅動LED組合 燈顯示不同的標志形狀，使得LED組合燈可以有多個亮度級別及標志 形狀。采用兩種方式來驅動LED組合燈顯示不同的標志形狀， 一種是 LED組合燈顯示若干固定標志，用不同的單片機引腳來控制，使得每 一個單片機引腳輸出的信號對應LED組合燈上的一種標志形狀；另一 種是LED組合燈動態顯示字符，單片機通過査找存儲設備中存儲的字 符碼表，得到應顯示字符的字符碼，然后通過相應引腳發送到LED組 合燈，進而顯示相應的字符，此時的LED組合燈由點陣電路實現。LED燈具亮度調節開關輸出調制電壓有兩種方法， 一種是交流 電過零檢測技術，通過改變交流電每個周期的高低電平比例來實現， 另一種是PWM技術，該技術采用單片機自帶的PWM模塊，通過調 節有效電平的占控比來實現。
權利要求
1、一種節能型智能全天候道路交通標志牌，其特征在于它包括光敏傳感器、LED燈具亮度調節開關、單片機、LED組合燈，光敏傳感器、LED燈具亮度調節開關分別與單片機的相應引腳連接，LED組合燈與LED燈具亮度調節開關連接，光敏傳感器用于采集光線強度信號，定期向單片機傳遞原始光線強度信號，單片機用于將光線強度模擬信號轉換成數字信號，與預設的光線強度基值比較，計算得到當前的光線強度級別，并以相應模式觸發不同引腳上的LED燈具亮度調節開關輸出不同的調制電壓，LED組合燈由LED燈具亮度調節開關輸出的調制電壓來控制顯示不同的亮度，并根據輸出調制電壓的不同引腳來顯示不同的標志形狀。
2、 根據權利要求1所述的節能型的智能全天候道路交通標志牌，其 特征在于它還設有蜂鳴器，蜂鳴器與單片機的相應引腳連接，單片 機觸發與其相連接的蜂鳴器，蜂鳴器發出警報用于指示單片機是否工 作于欠壓狀態。
3、 根據權利要求1或2所述的節能型的智能全天候道路交通標志牌， 其特征在于所述的LED燈具亮度調節開關設有可控硅電路。
4、 根據權利要求1或2所述的節能型的智能全天候道路交通標志牌， 其特征在于所述單片機為PIC18F4620單片機，蜂鳴器接在單片機 的RD1引腳，光敏傳感器接在單片機的INTO引腳，LED燈具亮度 調節開關接在單片機的RDO引腳。
5、 根據權利要求1或2所述的節能型的智能全天候道路交通標志牌， 其特征在于所述的LED組合燈可由交流電網、蓄電池或太陽能電 池供電。
6、 一種節能型智能全天候道路交通標志牌控制方法，其特征在于它包括以下步驟(A) 光敏傳感器定期采集當前的光線強度值，并傳輸給與其相連接 的單片機；(B) 單片機通過A/D轉換將光敏傳感器感測到的原始模擬信號轉換 為數值，然后與預設的若干光線強度基值進行比較，確定當前的光線 強度級別；(C) 單片機根據計算得到的光線強度級別，選擇相應的設置模式來 觸發LED燈具亮度調節開關，驅動LED組合燈顯示不同的標志形狀；(D) 根據LED燈具亮度調節開關輸出的調制電壓，控制LED組合 燈能夠以不同的亮度級別打開。
7、 如權利要求6所述的節能型的智能全天候道路交通標志牌控制方 法，其特征在于，其中步驟(C)進一步包括(Cl)采用兩種方式來驅動LED組合燈顯示不同的標志形狀， 一種 是LED組合燈顯示若干固定標志，用不同的單片機引腳來控制，使 得每一個單片機引腳輸出的信號對應LED組合燈上的一種標志形 狀；另一種是LED組合燈動態顯示字符，單片機通過查找存儲設備 中存儲的字符碼表，得到應顯示字符的字符碼，然后通過相應引腳發 送到LED組合燈，進而顯示相應的字符，此時的LED組合燈由點陣 電路實現。
8、 如權利要求6或7所述的節能型的智能全天候道路交通標志牌控 制方法，其特征在于，其中步驟(D)進一步包括(Dl) LED燈具亮度調節開關是一段可控硅控制電路，根據交流電 的過零檢測技術或單片機自帶的PWM模塊，實現輸出調制電壓，滿 足LED組合燈以不同亮度級別點亮。
9、 如權利要求6或7所述的節能型智能全天候道路交通標志牌控制　方法，其特征在于還包括以下步驟(E) 單片機采用干電池供電時，當工作處于欠壓狀態時，單片機主 動觸發與其相連接的蜂鳴器，發出工作欠壓警報；
10、如權利要求6或7所述的節能型智能全天候道路交通標志牌控制方法，其特征在于還包括以下步驟(F) 單片機大部分時間處于休眠模式，定時喚醒以較短的時間接收、處理光敏傳感器采集的光強度模擬信號，然后再次進入休眠狀態，只有當判斷到光線強度級別發生變化時，才觸發LED燈具亮度調節開 關輸出不同的調制電壓。
全文摘要
本發明提供一種智能的全天候道路交通標志牌及控制方法，一種節能型智能全天候道路交通標志牌，包括光敏傳感器、LED燈具亮度調節開關、單片機、LED組合燈，光敏傳感器、LED燈具亮度調節開關分別與單片機的相應引腳連接，LED組合燈與LED燈具亮度調節開關連接，光敏傳感器用于采集光線強度信號，定期向單片機傳遞原始光線強度信號，與基值比較，計算當前光線強度級別并以相應模式觸發不同引腳上的LED燈具亮度調節開關輸出不同的調制電壓，控制不同的亮度，以及顯示不同的標志形狀。本發明具有以下的效果和優點(1)可有效避免、減少交通事故出現；(2)具有一定的智能性、自適應性；(3)具有“全天候”能力；(4)可以有效節約電能。
文檔編號F21S8/00GK101398992SQ200810062898
公開日2009年4月1日 申請日期2008年7月10日 優先權日2008年7月10日
發明者鄭增威 申請人:浙江大學城市學院