摘要：對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，包括有機(jī)太陽能電池的原理及應(yīng)用、無線通信技術(shù)和數(shù)字大功率音頻技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，控制上以MSP430低功耗單片機(jī)為CPU，進(jìn)行了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)及開發(fā)，并就系統(tǒng)的整體架構(gòu)進(jìn)行了闡述，介紹了系統(tǒng)的應(yīng)用情況，提出了系統(tǒng)應(yīng)改進(jìn)的地方。
關(guān)鍵詞：太陽能；防空防災(zāi)；警報(bào)；控制；單片機(jī)；低功耗；D類功放
0 引言
我國是世界上受自然災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國家之一，近年來由于濫砍濫伐嚴(yán)重，自然資源過度開采，造成地質(zhì)災(zāi)害和自然災(zāi)害發(fā)生的頻率增多，破壞程度也越來越嚴(yán)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(yán)重的人員死亡和經(jīng)濟(jì)損失，還有各地頻發(fā)的各種泥石流、山體滑坡和水災(zāi)等都造成了不同程度的破壞，隨時(shí)威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。每年國家在防災(zāi)、抗災(zāi)和救災(zāi)方面都要花費(fèi)大量的人力物力。如果能在災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警方面下大力氣，做到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害的來臨，災(zāi)前做好充分的準(zhǔn)備工作，可以將災(zāi)害所造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失減到最低，也為國家節(jié)省大量的救災(zāi)資金。
太陽能防空防災(zāi)電聲警報(bào)器為各自獨(dú)立的功能部件用積木形式集成安裝在可移動(dòng)的防水機(jī)箱內(nèi)外，形成獨(dú)立完整的整機(jī)結(jié)構(gòu)。采用直流供電，無線信號(hào)傳輸，對(duì)安裝條件無特殊要求，既可以分拆運(yùn)輸、快速組裝，也可以整體搬運(yùn)或直接推行，體現(xiàn)出安裝簡單、使用方便、機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，具有多點(diǎn)分布，覆蓋范圍廣泛，軍地結(jié)合、平戰(zhàn)兩用的特點(diǎn)。
1 系統(tǒng)組成
太陽能防空防災(zāi)電聲警報(bào)系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電電池的直流供電部分、警報(bào)器主機(jī)、警報(bào)控制器、揚(yáng)聲器組件和機(jī)箱體，其中，警報(bào)器主機(jī)由警報(bào)信號(hào)處理電路和數(shù)字音頻功放電路組成，警報(bào)控制器由MSP430單片機(jī)及其外圍電路組成的警報(bào)控制模塊、無線通訊模塊、手動(dòng)控制面板、保護(hù)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(tǒng)為警報(bào)器提供工作電源，在警報(bào)信號(hào)語音模塊中儲(chǔ)存警報(bào)信號(hào)，警報(bào)信號(hào)有多種，如消防和救護(hù)等防災(zāi)警報(bào)，可一種或多種。安裝在機(jī)箱上的天線接收到控制信號(hào)后，經(jīng)過無線通信模塊進(jìn)行解調(diào)，傳送至控制模塊進(jìn)行控制指令分析，警報(bào)控制模塊由MSP430低功耗單片機(jī)組成，控制警報(bào)信號(hào)語音模塊輸出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)至大功率數(shù)字功放模塊，經(jīng)過功率放大后，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器組發(fā)聲單元。另外為了提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，還增加保護(hù)電路對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況和核心功能部件等進(jìn)行自檢反饋和保護(hù)控制。
2 太陽能供電系統(tǒng)
近年來，光伏發(fā)電成為發(fā)展最為迅速的產(chǎn)業(yè)之一，各國紛紛出臺(tái)相關(guān)的政策和規(guī)劃，積極發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)。我國政府也出臺(tái)了《可再生能源法》，該政策的頒布和實(shí)施，為光伏發(fā)電的發(fā)展提供了政策保障；京都議定書的簽訂，環(huán)保政策的出臺(tái)和中國對(duì)國際的承諾，給光伏發(fā)電帶來機(jī)遇，我國能源戰(zhàn)略的調(diào)整，使得政府加大對(duì)可再生能源發(fā)展的支持力度。
太陽能電池板陣是將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，在光照的條件下，可以產(chǎn)生一定的電壓和電流。通過對(duì)多塊太陽能板進(jìn)行串并聯(lián)，即可得到滿足負(fù)載要求的電壓、電流。太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)中重要的發(fā)電部分，直接將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，即使在環(huán)境極端惡劣條件下，依然可以穩(wěn)定、可靠地發(fā)電。這種從光到電的轉(zhuǎn)換過程是無噪聲、無化學(xué)能源損耗、不存在自身損耗的發(fā)電，也不產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境沒有任何污染和改變。太陽能供電系統(tǒng)控制器是供電系統(tǒng)的核心部分，用來控制太陽能板的發(fā)電、蓄電池的充放電、負(fù)載的管理和保護(hù)。此外，還應(yīng)該具備本地顯示和遠(yuǎn)傳監(jiān)控的功能。蓄電池是系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備。用于存儲(chǔ)太陽能板所產(chǎn)生的多余電能，并能在太陽能板發(fā)電量無法滿足負(fù)載需要時(shí)，向負(fù)載供電。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
太陽能電池板安裝和固定在支架上，調(diào)節(jié)傾角以使太陽能板能獲得最大的太陽輻射。由于太陽能電池板安裝于室外，因此要求其支架應(yīng)具有較高的抗風(fēng)能力，一般要求達(dá)到抗12級(jí)風(fēng)以上。此外，支架還應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的防腐、防銹要求，特別是在一些沿?；驆u嶼地區(qū)，還有相應(yīng)的防鹽霧要求。
3 系統(tǒng)硬件
3．1 太陽能充放電控制電路
本系統(tǒng)中太陽能板的輸出的電壓能達(dá)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(shù)為96V，5AH。該電路的防過充部分將蓄電池浮充的最高電壓限制在112 V，保證了電池和各模塊的安全，警報(bào)器在使用過程中蓄電池能量消耗較快，電壓下降明顯，當(dāng)電壓下降到閾值如72 V時(shí)，過放電路切斷控制板電源使系統(tǒng)停止功率輸出，有效地保護(hù)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(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4013組成窗口比較器防止繼電器在臨界點(diǎn)反復(fù)通斷，保護(hù)電路能實(shí)現(xiàn)預(yù)置電壓閾值的準(zhǔn)確跟蹤和控制。
3．2 測(cè)控電路
(1)采用MSP430單片機(jī)與MSM7512B芯片組合的遠(yuǎn)程通信與控制模塊，作為控制芯片的MSP430單片機(jī)，具有低功耗，豐富的片內(nèi)外設(shè)。這些特點(diǎn)使其非常適合本系統(tǒng)所處的工作環(huán)境下的信號(hào)采集、信號(hào)處理、現(xiàn)場(chǎng)控制和數(shù)據(jù)通信。
(2)MSM7512B是低功耗調(diào)制解調(diào)芯片，符合ITU-TV．23協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，半雙工通信模式，采用FSK調(diào)制解調(diào)方式，本模塊中MSM7512B輸入的語音模擬信號(hào)來自于車載電臺(tái)或?qū)χv機(jī)電路模塊，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，處理后的TTL電平數(shù)字信號(hào)交給CPU處理，形成一個(gè)信號(hào)通道。
(3)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(jìn)行TIL電平的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換功能的P6口作為模擬量數(shù)據(jù)的采集輸入和模擬量控制的輸出，從P3端口中使用一個(gè)UART串口連接MSM7512B的TXD、RXD進(jìn)行串行通信，豐富的擴(kuò)展接口可以方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的升級(jí)和改造。
4 結(jié)束語
本文系統(tǒng)地介紹了太陽能警報(bào)器的系統(tǒng)架構(gòu)，各個(gè)子模塊的功能和原理，如MSP430單片機(jī)與MSM7512B芯片配合組成的遠(yuǎn)程測(cè)控單元的實(shí)現(xiàn)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(shù)的成功應(yīng)用，使得太陽能警報(bào)器能夠在艱苦的條件和惡劣的環(huán)境中顯示出完美的性能，具有移動(dòng)方便，免外圍組裝接線，電池免維護(hù)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥，森林防火，城市防空，水利防汛等特殊場(chǎng)合。