CN217904085U - 一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，包括六路独立的输出通道、驱动输出模块、电池保护模块、充电控制模块、电池、智能电压切换保护模块、供电电路模块、MCU核心控制模块和通航限高标志驱动模块；本系统可以科学的对蓄电池的进行充放电管理，从而有效增加蓄电池的使用寿命。

Description

一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统

技术领域

本实用新型涉及一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统。

背景技术

为实现交通标志牌的夜间发光，与之对应的供电系统必须同时配备。老款标志发光基本以市电为主，市电的供电方式需要布线，施工量大。一些比较偏远的地区比如山区等等，只能接至山区农户的家庭供电里，还需为其配备电表等，会产生较大麻烦。当然，也不排除以太阳能供电的标志标牌已经入市，可有效解决市电供电方式带来的各种问题。但是单一的供电方式依然存在其局限性，比如遇上连续的阴雨天，太阳能板所能提供的电能很难保证标志牌的正常运行。为此，我们采取了太阳能和风能组合供电的供电方式。

另外，现阶段的供电方式大多不可控，信息化覆盖率较低，具体的工作状态无法进行远程监控。如果设备有问题也无法通过远程检测确定故障点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，包括六路独立的输出通道、驱动输出模块、电池保护模块、充电控制模块、电池、智能电压切换保护模块、供电电路模块、MCU核心控制模块和通航限高标志驱动模块；

外部太阳能或外部市电经适配器输出24V、5A电后，接入智能电压切换保护模块的输入端子，外部太阳能和外部市电输入共用一个输入端子；风力发电机输出接入智能电压切换保护模块的另一组输入端子；

智能电压切换保护模块输出端连接充电控制模块，充电控制模块的输出电压分为两路，一路经过电池保护模块后接入电池，另一路直接进入驱动输出模块；

驱动输出模块的两路输入一路接电池，另一路接充电控制模块，驱动输出模块的输出分六路进入六路独立的输出通道；

供电电路模块连接外部电池和太阳能电压输入，将输入高压电源变换为内部低电压后，输出电压连接到MCU核心控制模块；

通航限高标志驱动模块连接到MCU核心控制模块，输出端连接到外部主动发光标志牌的8字数码管驱动端。

六路独立的输出通道、驱动输出模块、电池保护模块、充电控制模块、电池、智能电压切换保护模块、供电电路模块、通航限高标志驱动模块均与MCU核心控制模块连接。

本系统还包括485通讯模块，485通讯模块和MCU核心控制模块连接。

本系统还包括4G通讯模块，4G通讯模块和MCU核心控制模块连接。

本系统还包括输入输出隔离端子，输入输出隔离端子和MCU核心控制模块连接。

本系统还包括数码管，数码管和MCU核心控制模块连接。

本系统还包括按键开关，按键开关和MCU核心控制模块连接。

本系统还包括LED指示灯，LED指示灯和MCU核心控制模块连接。

所述供电电路模块的输出电压分别连接到485通讯模块、4G通讯模块、输入输出隔离端子。

有益效果：1、可适应各种安装环境的交通标志牌供电，不管阴雨天或者晴天，白天还是黑夜，市区还是山区，本供电系统均能可靠的为发光标志稳定供电。

2、本系统可以科学的对蓄电池的进行充放电管理，从而有效增加蓄电池的使用寿命。

3、本系统信息化程度高，可以对本系统进行远程监控及使用。因标志牌本身可以反光，因此在环境光源强度较高的时候，发光标志的供电系统可以选择调低电压输出或者停止供电。所以，远近程均人为可控的供电系统可以实现智能节电功能。

4、输出端的过流和过压保护可以保护灯带。确保灯带正常发光。

5、电控箱内含3位7段码可实时显示电压电流参数，方便现场观测电控箱的各项性能指标。

6、通航净高的7段码接口可匹配新款通航限高显示牌。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本实用新型架构图。

图2是单个设备驱动主动发光标牌示意图。

图3是单个智能供电设备连接大面主动积发光标牌示意图。

图4是多个智能供电设备连接至大面积主动发光标牌示意图。

具体实施方式

如图1所示，本系统由两大部分组成，一本地硬件设备，二远程运维软件平台。

本地硬件设备细分为以下模块构成：

输出通道：

本设备总共有六路独立可控输出通道，六路输出通道连接主动发光标牌LED驱动端，本输出通道可在MCU核心控制下独立设置输出占空比，动态调整发光标牌LED发光亮度。

驱动输出模块：

驱动输出模块为升降压电路处理部分，当电池电压高于或低于设定输出电压时，驱动输出模块都可以稳定输出设定电压。驱动输出模块核心为南芯的SC8701电源控制芯片，SC8701是一颗同步4功率管Buck-Boost控制器，输出电压能够高于，等于或低于输入电压。保证连接的主动发光标牌LED亮度不随输入电压高低变化而变化。SC8701的输出电压及输入输出电流限流可通过PWM信号动态调整，连接到MCU核心控制模块，使驱动输出模块输出电压支持本地或远程修改。

电池保护模块：

电池保护模块主要有以下几点保护功能。1电池接反保护，防止施工时电池误接反，损坏设备硬件和电池。2电池欠压保护，当电池电压过低时，设备会主动关闭外部驱动电路，防止电池过放电，并通过4G模块或485通讯模块将设备状态上报远程运维平台。电池保护模块采用的保护电路为二个NMOSFET反向连接，当接入电池极性正确时，NMOSFET控制栅极为高电压，两个NMOSFET完全导通。当接入电池极性反时，控制栅极无高压，NMOSFET截止。MCU核心控制采样电池经过电阻分压后的电压信号，实时监控电池状态。

充电控制模块：

充电控制模块管理电池充电过程，根据电池电压高低控制充电电流大小，限制充电电压。并提供本地LED充电状态指示。充电控制模块选用德州仪器的BQ24650充电控制芯片。BQ24650是一款利用太阳能极板做输入源的电池充电控制IC，该IC具有一个最大功率设定点管脚MPPSET，利用电阻分压决定了太阳能极板的输出电压，当极板输出电压过低，低于最大功率点电压的时候，分压低于1.2V,BQ24650将控制电路，降低输出电流，那么极板电压上升，在最大功率点范围内。简单的说就是电阻的前馈控制极板的输出电压，使MPPTSET端电压维持在1.2V。而1.2V的分压点正好处于极板最大功率点电压范围。

智能电压切换保护模块：

本设备支持三种外接供电选择，1市电供电，市电供电时，需通过电源适配器将市电转换为24V、5A的直流电源后接入本设备。2太阳能供电，太阳能供电时，设备根据功率P＝VI，V表示电压，I表示电流，最优化选择当前充电电流，使太阳能板一直最优效率工作。3风力发电机供电，此部分可对风机状态实时监控，具有风机超速刹车功能，当风机输出电压超过限定值后，设备自动启动风机刹车功能，保护设备硬件电路和风机安全。

供电电路模块：

供电电路模块的输出电压为设备各硬件模块提供电源。此部分有两路输入部分，一路接电池，一路直接连接智能电压切换保护模块。供电电路模块采用TSP54360实现DCDC降压电路，将输入高压变换低压，为交通标牌智能供电系统内各功能模供电。

通航限高标志驱动模块：

通航限高标志驱动模块为8字LED段码屏驱动部分。通航限高标志驱动模块使用2颗74HC595组成2位8段码静态驱动电路，74HC595每路输出连接到一只NMOSFET上实现电流控制。连接外部双8字LED段码。控制核心随时控制驱动显示内容。

485通讯模块：

485通讯模块采用金升阳隔离485转换模块TD321S485H-A，主要功能是将逻辑电平转换为RS485协议的差分电平，实现信号隔离。MCU核心控制器通过485通讯模块将MCU核心控制器的控制信号转换为RS485协议的差分电平信号与各种支持485控制的模块连接。

4G通讯模块：

模块选用上海合宙的AIR724UG LTE CAT.1 4G全网通模块，Air724UG模块内置丰富的网络协议，集成多个工业标准接口，并支持多种驱动和软件功能(如Windows XP，Windows Vista，Windows 7/8/8.1/10，Linux，Android等操作系统下的USB驱动等)，极大地拓展了其在M2M领域的应用范围，如CPE、路由器、数据卡、平板电脑、车载、安防以及工业级PDA等。通过MCU核心控制模块连接，实现设备数据和远程运维平台间的数据通讯。

输入输出隔离端子：

设备支持本地端口电平控制，输入端子的高低电平状态可开启或关闭系统驱动输出。输出端子的高低电平对应系统驱动输出状态。光敏电阻接入端子，可外接光敏电阻，实时感知当前外部光照强度，辅助控制系统驱动输出。

数码管：

本地3段8字数码管，显示当前系统参数。

按键开关：

按键和开关实现系统工作参数的设定。

LED指示灯：

实时显示系统运行状态。

MCU核心控制模块：

MCU核心控制模块为本系统控制中心，与各个其他模块相连，采集各系统运行参数，使各个模块协同运行。MCU核心控制模块采用STM32F103系列芯片，STM32F103系列微控制器采用Cortex-M3内核，CPU最高速度达72MHz。该产品系列具有16KB～1MB Flash、多种控制外设、USB全速接口和CAN，多路AD采样和PWM输出端口。本项目选用STM32F103VCT6芯片，主要用到芯片的AD端口对系统各电压电流信号采样，PWM端口控制输出模块输出状态，USART通讯端口和各外围通讯连接。IO端口对外输出控制信号和采集输入状态。通过控制4G模块或485通讯接口将系统运行状态、参数定时上报给远程运维平台。

远程运维平台为维护智能供电系统的软件平台。

如图1所示，系统各功能模块连接说明如下：

外部太阳能或外部市电经适配器输出24V、5A电后，接入智能电压切换保护模块的输入端子，两种输入共用一个输入端子；风力发电机输出接入智能电压切换保护模块的另一组输入端子；可以实现太阳能和风力发电机同时工作。

智能电压切换保护模块输出端连接充电控制模块，充电控制模块的输出电压分为两路，一路经过电池保护模块后接入电池，另一路直接进入驱动输出模块。

驱动输出模块两路输入一路接电池，另一路接充电控制模块，驱动输出模块的输出分六路进入六路独立的输出通道，六路独立的输出通道可独立控制各自输出，独立设置连接在本路输出端的LED发光亮度。

各个模块单元都与MCU核心控制模块相连，MCU采集各模块数据，并控制各模块协同工作。MCU核心控制模块定时与远程运维平台进行数据交换，动态根据远程或本地的设定工作参数运行。

实施例1

本实施例是单个设备驱动主动发光标牌，如图2所示。本实施例中，发光标牌为小尺寸单接口LED发光标牌，只需要一套智能供电系统即可驱动。连接如图，智能驱动电源外接太阳能电板作为电源输入。电池端连接铅酸胶体蓄电池，电池采用高分子微孔隔板及高浓度胶体电解液设计，具有耐高低温范围更宽，过放电恢复能力强，深循环寿命长等突出优点。发光标牌只有一路LED驱动。智能供电设备一路输出连接至主动发光标牌的LED驱动输入端口。

实施例2

如图3所示，本实施例是单个智能供电设备连接大面主动积发光标牌，本实施例中，发光标牌为大尺寸多路发光LED标牌。每路LED发光照亮整个标牌的一部分区域。单发光标牌总功率不大于单个智能供电设备的总输出功率。只需要一套智能供电系统即可驱动。连接如图，智能驱动电源外接太阳能电板和风力发电机两种电源同时作为智能供电设备的电源输入，应对各类天气，保障该系统的正常充电功能。电池端连接铅酸胶体蓄电池，电池采用高分子微孔隔板及高浓度胶体电解液设计，具有耐高低温范围更宽，过放电恢复能力强，深循环寿命长等突出优点。智能供电设备的多路输出端口分别连接至主动发光标牌的各路LED驱动输入端口。

实施例3

如图4所示，本实施例是多个智能供电设备连接至大面积主动发光标牌，本实施例中，发光标牌为大尺寸多路发光LED标牌。每路LED发光照亮整个标牌的一部分区域。单发光标牌总功率大于单个智能供电设备的总输出功率。驱动大功率主动发光标牌时需要多个智能供电设备并联驱动。连接如图4，智能驱动电源外接太阳能电板作为电源输入。电池端连接铅酸胶体蓄电池，电池采用高分子微孔隔板及高浓度胶体电解液设计，具有耐高低温范围更宽，过放电恢复能力强，深循环寿命长等突出优点。智能供电设备的多路输出端口分别连接至主动发光标牌的各路LED驱动输入端口。其中一个智能供电设备作为主设备，其他智能供电设备作为从设备。主设备的智能供电设备输出端口连接至从设备的智能供电设备的输入端口。

本实用新型提供了一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，包括六路独立的输出通道、驱动输出模块、电池保护模块、充电控制模块、电池、智能电压切换保护模块、供电电路模块、MCU核心控制模块和通航限高标志驱动模块；

外部太阳能或外部市电经适配器输出24V、5A电后，接入智能电压切换保护模块的输入端子，外部太阳能和外部市电输入共用一个输入端子；风力发电机输出接入智能电压切换保护模块的另一组输入端子；

智能电压切换保护模块输出端连接充电控制模块，充电控制模块的输出电压分为两路，一路经过电池保护模块后接入电池，另一路直接进入驱动输出模块；

驱动输出模块的两路输入一路接电池，另一路接充电控制模块，驱动输出模块的输出分六路进入六路独立的输出通道；

供电电路模块连接外部电池和太阳能电压输入，将输入高压电源变换为内部低电压后，输出电压连接到MCU核心控制模块；

通航限高标志驱动模块连接到MCU核心控制模块，输出端连接到外部主动发光标志牌的8字数码管驱动端；

六路独立的输出通道、驱动输出模块、电池保护模块、充电控制模块、电池、智能电压切换保护模块、供电电路模块、通航限高标志驱动模块均与MCU核心控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，还包括485通讯模块，485通讯模块和MCU核心控制模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，还包括4G通讯模块，4G通讯模块和MCU核心控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，还包括输入输出隔离端子，输入输出隔离端子和MCU核心控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，还包括数码管，数码管和MCU核心控制模块连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，还包括按键开关，按键开关和MCU核心控制模块连接。

7.根据权利要求6所述的一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，还包括LED指示灯，LED指示灯和MCU核心控制模块连接。

8.根据权利要求1所述的一种适用于主动发光交通标志牌的智能供电系统，其特征在于，所述供电电路模块的输出电压分别连接到485通讯模块、4G通讯模块、输入输出隔离端子。

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