太阳能雷达测速仪的能耗分析与改进

发布时间：2017-06-16 20:08

  本文关键词：太阳能雷达测速仪的能耗分析与改进，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着交通越来越发达,雷达测速仪广泛使用,雷达测速仪是长时间不间断性工作、消耗电量大。用于社区道路和边远公路的太阳能雷达测速仪采用传统市电供电需消耗大量人力和物力、且不节能。采用太阳能供电、连续阴雨天时需大体积和大容量的电池供电。在国标GB/T21255-2007《机动车测速仪》中对电源适应性也做出相关界定,研究在保证安全性的同时又能降低太阳能雷达测速仪的能耗非常有意义。主控、通信和存储模块采用的是低功耗芯片、工作电流小、工作时间具有间断性和用户选择性,因此其能耗不是主要部分,最主要的能耗是LED显示模块和雷达模块。LED显示屏是由室外高亮度1536个三色点阵灯珠组成,能耗大,晚上背景光强小、对比度大,LED显示屏亮度与白天相近导致能量浪费、同时太亮容易造成光污染；雷达工作具有连续性、持久性和实时性等要求,探测角度过大会造成显示车速的误差大、导致雷达捕获目标区域和能耗增大；电源转化效率低易导致大量能量以热能形式浪费。为此提出了四种能耗改进方法。(1)在显示屏方面,结合人眼对光的视觉特性,在保证安全性和实时性下采用光电传感器PT334,光电传感器将外界光转换为集电极发射极间的模拟电压,通过ATMEGA128的ADC转换器将模拟电压转化为不同的数字量、通过软件编程判断数字量所属阈值区域,从而调整显示屏晚上和阴天亮度的大小来降低能耗。(2)雷达方面,调整雷达探测角度,实验分析社区道路上的车辆数和车辆通过雷达探测区域的时间等规律,结合软件设置ADC比较器保护电池选择系统进入待机模式来降低能耗。(3)电源部分采用的是DC-DC开关稳压控制器提高能递转化效率节约能耗。(4)在软件方面采用脉宽调制和LED软件扫描相结合的办法降低LED的能耗。实验结果表明：与国内具有代表性和较为大众的同类型的雷达测速仪相比,能耗降低23.1%；与国外具有世界领先水平的同类型的太阳能雷达测速仪相比,能耗降低0.8%。
【关键词】：雷达测速 节能 太阳能供电 LED显示
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U491.116
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-12
• 1 引言12-16
• 1.1 国内外研究现状和课题研究意义12-14
• 1.2 课题研究的目的和内容14
• 1.3 本文工作和课题创新点14-15
• 1.4 后续章节安排15-16
• 2 太阳能雷达测速仪结构和能耗分析16-27
• 2.1 太阳能雷达测速仪的总体设计结构16-17
• 2.2 控制模块和通信模块的结构和能耗分析17-18
• 2.3 数据存储模块和雷达模块的结构和能耗分析18-19
• 2.4 示模块的结构和能耗分析19-24
• 2.5 电源模块的结构和能耗分析24-26
• 2.6 能耗分析小结26-27
• 3 能耗改进的实现方法27-36
• 3.1 采用光电传感器降低能耗27-29
• 3.2 智能待机模式29-32
• 3.2.1 工作模式选择29
• 3.2.2 雷达探测角度29-32
• 3.3 采用DC-DC开关稳压控制器降压32-33
• 3.4 采用PWM和LED软件扫描相结合33-35
• 3.5 小结35-36
• 4 能耗改进方法的具体实现36-47
• 4.1 光电传感器节能具体实现36-39
• 4.1.1 硬件实现36-37
• 4.1.2 软件实现37-39
• 4.2 待机模式的具体实现39-41
• 4.3 DC-DC开关稳压控制器的实现41-45
• 4.3.1 电池充电电源部分实现41-43
• 4.3.2 显示模块供电电源实现43-44
• 4.3.3 CPU主控供电电源实现44-45
• 4.4 PWM和LED软件扫描相结合减少能耗的具体实现45-46
• 4.5 小结46-47
• 5 能耗改进的实验结果47-61
• 5.1 光电传感器测试结果47-51
• 5.1.1 LED示屏在背景光中的对比度47-49
• 5.1.2 光电传感器的电流和外界光强的关系49-50
• 5.1.3 光电传感器降低能耗50-51
• 5.2 待机模式的测试结果51-54
• 5.3 开关稳压控制器的测试结果54-57
• 5.4 总体测试结果57-60
• 5.4.1 与国内同类型雷达测速仪对比57-59
• 5.4.2 与国外同类型雷达测速仪对比59-60
• 5.5 小结60-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 本文工作总结61
• 6.2 后续工作和工作展望61-63
• 参考文献63-66
• 附录A66-67
• 附录B67-68
• 附录C68-69
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果69-71
• 学位论文数据集71

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