一種太陽能報警器系統設計

　　摘要：對系統的總體結構進行了設計，闡述了系統的設計思想。系統中所涉及的關鍵技術，包括有機太陽能電池的原理及應用、無線通信技術和數字大功率音頻技術等相關技術，控制上以MSP430低功耗單片機為CPU，進行了系統的軟硬件設計及開發，并就系統的整體架構進行了闡述，介紹了系統的應用情況，提出了系統應改進的地方。
　　
　　引言
　　
　　我國是世界上受自然災害影響zui為嚴重的國家之一，近年來由于濫砍濫伐嚴重，自然資源過度開采，造成地質災害和自然災害發生的頻率增多，破壞程度也越來越嚴重，2008年的四川汶川大地震、2010年的貴州玉樹地震都造成了嚴重的人員死亡和經濟損失，還有各地頻發的各種泥石流、山體滑坡和水災等都造成了不同程度的破壞，隨時威脅著人民的生命財產安全。每年國家在防災、抗災和救災方面都要花費大量的人力物力。如果能在災害監測和預警方面下大力氣，做到準確預測災害的來臨，災前做好充分的準備工作，可以將災害所造成的人員傷亡和經濟損失減到zui低，也為國家節省大量的救災資金。
　　
　　太陽能防空防災電聲警報器為各自獨立的功能部件用積木形式集成安裝在可移動的防水機箱內外，形成獨立完整的整機結構。采用直流供電，無線信號傳輸，對安裝條件無特殊要求，既可以分拆運輸、快速組裝，也可以整體搬運或直接推行，體現出安裝簡單、使用方便、機動靈活的優點，具有多點分布，覆蓋范圍廣泛，軍地結合、平戰兩用的特點。
　　
　　1、系統組成
　　
　　太陽能防空防災電聲警報系統，包括太陽能發電電池的直流供電部分、警報器主機、警報控制器、揚聲器組件和機箱體，其中，警報器主機由警報信號處理電路和數字音頻功放電路組成，警報控制器由MSP430單片機及其外圍電路組成的警報控制模塊、無線通訊模塊、手動控制面板、保護電路、太陽能充電控制模塊等電路組成。由自供電直流電源系統為警報器提供工作電源，在警報信號語音模塊中儲存警報信號，警報信號有多種，如消防和救護等防災警報，可一種或多種。安裝在機箱上的天線接收到控制信號后，經過無線通信模塊進行解調，傳送至控制模塊進行控制指令分析，警報控制模塊由MSP430低功耗單片機組成，控制警報信號語音模塊輸出相應的警報信號至大功率數字功放模塊，經過功率放大后，驅動揚聲器組發聲單元。另外為了提高設備運行的可靠性，還增加保護電路對設備運行狀況和核心功能部件等進行自檢反饋和保護控制。　　
　　2、太陽能供電系統
　　
　　近年來，光伏發電成為發展zui為迅速的產業之一，各國紛紛出臺相關的政策和規劃，積極發展光伏產業。我國政府也出臺了《可再生能源法》，該政策的頒布和實施，為光伏發電的發展提供了政策保障；京都議定書的簽訂，環保政策的出臺和中國對的承諾，給光伏發電帶來機遇，我國能源戰略的調整，使得政府加大對可再生能源發展的支持力度。
　　
　　太陽能電池板陣是將光能直接轉換成電能的設備，在光照的條件下，可以產生一定的電壓和電流。通過對多塊太陽能板進行串并聯，即可得到滿足負載要求的電壓、電流。太陽能電池板是太陽能供電系統中重要的發電部分，直接將太陽光能轉換為電能，即使在環境惡劣條件下，依然可以穩定、可靠地發電。這種從光到電的轉換過程是無噪聲、無化學能源損耗、不存在自身損耗的發電，也不產生有害物質，對環境沒有任何污染和改變。太陽能供電系統控制器是供電系統的核心部分，用來控制太陽能板的發電、蓄電池的充放電、負載的管理和保護。此外，還應該具備本地顯示和遠傳監控的功能。蓄電池是系統的儲能設備。用于存儲太陽能板所產生的多余電能，并能在太陽能板發電量無法滿足負載需要時，向負載供電。其系統結構如圖2所示。　　
　　太陽能電池板安裝和固定在支架上，調節傾角以使太陽能板能獲得zui大的太陽輻射。由于太陽能電池板安裝于室外，因此要求其支架應具有較高的抗風能力，一般要求達到抗12級風以上。此外，支架還應達到相應的防腐、防銹要求，特別是在一些沿海或島嶼地區，還有相應的防鹽霧要求。
　　
　　3、系統硬件
　　
　　3．1太陽能充放電控制電路
　　
　　本系統中太陽能板的輸出的電壓能達到140V，各電路模塊的工作電壓為96V，所以所用的蓄電池組參數為96V，H。該電路的防過充部分將蓄電池浮充的zui高電壓限制在112V，保證了電池和各模塊的安全，警報器在使用過程中蓄電池能量消耗較快，電壓下降明顯，當電壓下降到閾值如72V時，過放電路切斷控制板電源使系統停止功率輸出，有效地保護了電池的工作安全和延長了電池的使用壽命。比較器LM2901與單穩態觸發器CD4013組成窗口比較器防止繼電器在臨界點反復通斷，保護電路能實現預置電壓閾值的準確跟蹤和控制。　　
　　3．2測控電路
　　
　?。?）采用MSP430單片機與MSM7512B芯片組合的遠程通信與控制模塊，作為控制芯片的MSP430單片機，具有低功耗，豐富的片內外設。這些特點使其非常適合本系統所處的工作環境下的信號采集、信號處理、現場控制和數據通信。
　　
　?。?）MSM7512B是低功耗調制解調芯片，符合ITU-TV．23協議標準，半雙工通信模式，采用FSK調制解調方式，本模塊中MSM7512B輸入的語音模擬信號來自于車載電臺或對講機電路模塊，對該信號進行解調，處理后的TTL電平數字信號交給CPU處理，形成一個信號通道。
　　
　?。?）如圖4中所示的基本電路中，使用帶有中斷功能的P1、P2端口進行TIL電平的數據采集輸入，P4、P5端口作為TTL電平控制的輸出，具有A／D和D／A轉換功能的P6口作為模擬量數據的采集輸入和模擬量控制的輸出，從P3端口中使用一個UART串口連接MSM7512B的TXD、RXD進行串行通信，豐富的擴展接口可以方便實現系統軟硬件的升級和改造。　　
　　4、結束語
　　
　　本文系統地介紹了太陽能警報器的系統架構，各個子模塊的功能和原理，如MSP430單片機與MSM7512B芯片配合組成的遠程測控單元的實現方式，太陽能電池和蓄電池之間的充放電控制電路，D類大功率模塊電路和原理，正是基于以上技術的成功應用，使得太陽能警報器能夠在艱苦的條件和惡劣的環境中顯示出的性能，具有移動方便，免外圍組裝接線，電池免維護等特點，可廣泛應用于機場驅鳥，森林防火，城市防空，水利防汛等特殊場合。