摘 要： 介紹了一款節(jié)能型公交電子站牌硬件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)及其設(shè)計(jì)思想。該節(jié)能型電子站牌以實(shí)用和節(jié)能為主要目的，在應(yīng)用需求上縮減了許多輔助功能，但是在外形和能耗方面有特別的要求。本設(shè)計(jì)可作為一般節(jié)能型電子站牌設(shè)計(jì)的參考。
關(guān)鍵詞： 智能公交；電子站牌；節(jié)能
電子站牌是通過(guò)電子屏幕的形式顯示公交車(chē)到站信息的指示牌。通過(guò)電子站牌，人們可以看到下一輛乃至該線(xiàn)全部公交車(chē)的運(yùn)行情況，即哪一車(chē)站有車(chē)、哪一車(chē)站沒(méi)有車(chē)、估計(jì)什么時(shí)間到達(dá)本站、車(chē)上的人員擁擠狀況、該車(chē)是否出現(xiàn)故障等信息[1]。電子站牌集成了計(jì)算機(jī)、通信、電子地圖與現(xiàn)代控制技術(shù)，是城市公交信息化、現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。隨著智能城市等理念的產(chǎn)生與發(fā)展，電子站牌已經(jīng)在各大城市得到廣泛應(yīng)用，深圳、武漢、上海、廣州、北京等一二線(xiàn)城市都投入巨資開(kāi)發(fā)電子站牌[2-6]。
公交電子站牌由公交車(chē)、電子站牌、總控中心和通信網(wǎng)絡(luò)等組成，是一個(gè)需要電能支撐的系統(tǒng)。隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的推出，電子站牌從早期的實(shí)用型向節(jié)能型發(fā)展已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。
在“智慧佛山”精神的指引下，佛山市智能交通部門(mén)也開(kāi)展了電子站牌的研發(fā)與應(yīng)用。繼禪城區(qū)智能電子站牌成功應(yīng)用后，在南海、順德也投入了開(kāi)發(fā)節(jié)能型電子站牌的工程。本文主要介紹南海桂城街道一款節(jié)能型電子站牌開(kāi)發(fā)中硬件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其設(shè)計(jì)思想。
1 節(jié)能型電子站牌的設(shè)計(jì)需求
1.1 功能需求
桂城街道節(jié)能型電子站牌在功能上進(jìn)行簡(jiǎn)化，即以滿(mǎn)足實(shí)用為主、縮減了許多傳統(tǒng)電子站牌的附加功能，如RFID輔助定位、視頻監(jiān)控等。本款節(jié)能型電子站牌的功能需求如表1所示。
1.2 節(jié)能需求
本款電子站牌要求較同類(lèi)產(chǎn)品節(jié)能不低于20%。對(duì)于機(jī)柜和電子站牌顯示的要求如下。
（1）全天候、專(zhuān)業(yè)化機(jī)柜設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)在任何氣候環(huán)境下的正常使用；機(jī)柜設(shè)計(jì)有專(zhuān)業(yè)的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、同時(shí)做到防塵、防潮要求；外觀尺寸大小規(guī)格為1 026 mm×538 mm×150 mm；機(jī)柜顯示部分采用鋼化玻璃保護(hù)；專(zhuān)業(yè)散熱設(shè)計(jì)。
（2）框架采用優(yōu)質(zhì)冷扎鋼板制作，框架厚度為1.2 mm，表面處理、脫脂、酸洗、磷化、靜電噴塑。
（3）綠色節(jié)能使用設(shè)計(jì)，采用低功耗的元器件。
（4）LED電子站牌主要配置：LED顯示模塊×2、站牌信息主控模塊、通信模塊、穩(wěn)壓漏電保護(hù)模塊、防盜報(bào)警模塊、設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)模塊、環(huán)境控制模塊等。
（5）LED顯示屏為4~5行顯示，每行顯示8~10字；首行、第二、第三、第四行均可顯示公交車(chē)輛到站信息。
2 懸掛式LED雙屏電子站牌的設(shè)計(jì)
電子站牌的硬件組成主要包括機(jī)柜、顯示屏、主控機(jī)、通信系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)及其電控器件的組合。根據(jù)用戶(hù)要求，該電子站牌采用懸掛LED雙屏顯示佐以節(jié)能電源、定時(shí)開(kāi)關(guān)等技術(shù)。
2.1 機(jī)柜及LED屏的設(shè)計(jì)與選型
懸掛式LED雙屏顯示，即將兩塊節(jié)能LED屏用背靠背的方式固定于一個(gè)防雷機(jī)柜內(nèi)，兩屏之間安置主控機(jī)主板和通信模塊，采用桿架或者立柱將其懸掛在空中。懸掛式LED雙屏電子站牌3D模型如圖1所示。
采用這樣設(shè)計(jì)方式有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
（1）節(jié)省空間、材料。懸掛式結(jié)構(gòu)可充分利用候車(chē)亭（棚）的邊角空間，還可以利用候車(chē)亭（棚現(xiàn)有的支架結(jié)構(gòu)）。
（2）節(jié)能。將電子站牌置于候車(chē)亭（棚）內(nèi)，避免了因陽(yáng)光直射導(dǎo)致站牌升溫而頻繁啟動(dòng)降溫裝置的能耗。
（3）增加信息顯示。這主要是采用雙屏的緣故。雙屏能夠增加信息顯示量，方便乘客。
因此，本次節(jié)能型電子站牌主要采用懸掛式LED雙屏結(jié)構(gòu)。具體設(shè)計(jì)如下。
機(jī)柜的設(shè)計(jì)主要包括散熱防潮系統(tǒng)、防水、防塵系統(tǒng)和防雷系統(tǒng)。
（1）散熱防潮系統(tǒng)。機(jī)柜配有高速風(fēng)扇，通過(guò)機(jī)柜內(nèi)的環(huán)境監(jiān)控設(shè)備，設(shè)置溫度的門(mén)限值，自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)柜頂上設(shè)專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)風(fēng)口，上面全封閉，直接從機(jī)柜的底端出風(fēng)，既保證有效排風(fēng)，同時(shí)又可以有效防止水從機(jī)柜頂上進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部。
（2）防水、防塵系統(tǒng)。機(jī)柜采用一體化設(shè)計(jì)，前后門(mén)的邊緣都有導(dǎo)水槽和封膠，水和灰塵不會(huì)從機(jī)柜的正面進(jìn)入機(jī)柜，門(mén)縫進(jìn)水時(shí)可以通過(guò)導(dǎo)水槽將水直接導(dǎo)流到機(jī)柜底下，防止水從任何方向進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)。
（3）防雷系統(tǒng)。根據(jù)GB 50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》以及GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，主要考慮電源防護(hù)與接地網(wǎng)系統(tǒng)防護(hù)。根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)主要對(duì)地泄放雷電流能量。因此，電源線(xiàn)路上安裝通流量較大，殘壓低的電源電涌保護(hù)器（SPD）安裝在各配電系統(tǒng)電源進(jìn)線(xiàn)前端進(jìn)行防護(hù)。通信機(jī)柜設(shè)備接地采用聯(lián)合接地方式，通信機(jī)柜接地包括機(jī)柜接地匯集環(huán)、匯集銅排、設(shè)備接地線(xiàn)及人工接地網(wǎng)。電源總配電箱的單相SPD的接地線(xiàn)采用6 mm2銅線(xiàn)，接地線(xiàn)長(zhǎng)度≤1 m。用16 mm2銅線(xiàn)作為設(shè)備的接地線(xiàn)，將所有不帶電的金屬外殼接至均壓匯集排。由于雷云的靜電感應(yīng)作用和閃電的電磁脈沖會(huì)在電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)路上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓、過(guò)電流，形成雷電浪涌進(jìn)入設(shè)備，從而導(dǎo)致設(shè)備受損。因此，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)電源線(xiàn)路和信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行防護(hù)。分別在總配電柜總開(kāi)關(guān)的進(jìn)線(xiàn)處分別安裝電源電涌保護(hù)器，型號(hào)為HLK-C275，作為總電源的防雷防護(hù)，技術(shù)參數(shù)如下：①標(biāo)稱(chēng)放電電流（8/20 ?滋s波形）In=20 kA；②最大放電電流（8/20 ?滋s波形）Imax=40 kA；③限制電壓Up≤1 500 V（20 kA，8/20 ?滋s波形）；④額定電壓為AC 350 V；⑤最大持續(xù)運(yùn)行電壓為385 V；⑥SPD失效時(shí)與電源系統(tǒng)永久斷開(kāi)；⑦響應(yīng)時(shí)間≤25 ns；⑧接線(xiàn)方式為并聯(lián)連接方式；⑨工作環(huán)境溫度為-40 ℃~+80 ℃。
LED屏的選型主要采用國(guó)產(chǎn)符合節(jié)能要求的單元板LED顯示屏。
2.2 主控機(jī)與通信模塊的設(shè)計(jì)與選型
主控機(jī)是電子站牌與遠(yuǎn)程交通智能監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)載定位系統(tǒng)通信的核心模塊。通信模塊是與主控機(jī)配合實(shí)施通信的模塊。根據(jù)節(jié)能要求，本主控機(jī)采用ARM處理器，自行設(shè)計(jì)主控板，選擇華為GSM通信模塊。具體參數(shù)如下。
（1）主控機(jī)。采用基于Cortex-M3 CPU內(nèi)核的STM32微控制器，主頻≥72 MHz，內(nèi)存≥16 MB SDRAM，8 MB NOR Flash以及≥64 MB NAND Flash；可支持PING、FTP、SSH，登錄到站牌上進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，進(jìn)行文件上傳和下載；支持時(shí)間校對(duì)以及系統(tǒng)支持SNMP Agent模塊的狀態(tài)采集和管理庫(kù)（MIB）的配置，并生成日志；可自動(dòng)設(shè)置時(shí)間開(kāi)關(guān)機(jī)功能；具備硬件看門(mén)狗功能；支持設(shè)備自檢、遠(yuǎn)程升級(jí)（自行開(kāi)發(fā)），支持RS-232/485和SD卡（支持SD卡升級(jí)）。
（2）通信模塊。支持4頻：GSM 850/900/1 800/1 900 MHz，接收靈敏度<-107 dBm，正常工作溫度為-20 ℃～+70 ℃（極限工作溫度為-30 ℃～-20 ℃和+70 ℃～+75 ℃），電源電壓為3.3 V～4.8 V（推薦值3.8 V），關(guān)機(jī)電流為47 ?滋A，待機(jī)平均電流＜3.0 mA，GPRS class 10（最大值）460 mA；GPRS編碼方式為CS1/CS2/CS3/CS4，最大下行傳輸速率為85.6 kb/s，最大上行傳輸速率為42.8 kb/s；支持PBCCH，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，支持多鏈接，支持專(zhuān)用SIM卡。
2.3 其他部分的設(shè)計(jì)
其他部分的設(shè)計(jì)主要包括定時(shí)開(kāi)關(guān)、預(yù)留接口以及環(huán)境監(jiān)控模塊等。定時(shí)開(kāi)關(guān)采用國(guó)產(chǎn)普通品種，由控制主機(jī)控制，可以設(shè)定各個(gè)設(shè)備的工作時(shí)間段，午夜期間自動(dòng)關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，早上頭班車(chē)出發(fā)時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟系統(tǒng)。整個(gè)主板預(yù)留2～3個(gè)通用擴(kuò)展接口，以便連接其他電子產(chǎn)品。溫度檢測(cè)器可檢測(cè)-40 ℃~+80 ℃，精度為（25 ℃）±0.5 ℃；可同時(shí)支持4路檢測(cè)探頭；長(zhǎng)期穩(wěn)定性<0.1 ℃/年；工作環(huán)境濕度為0~99.9%無(wú)冷凝；輸出信號(hào)0~10 V、RS-485通信、RS-232通信；供電電源為DC 15~36 V（典型值為DC 24 V），功耗為15 mA（典型值）。按此參數(shù)可選擇多種市場(chǎng)產(chǎn)品。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后的效果
經(jīng)過(guò)半年的努力，完成了桂城街道電子站牌的開(kāi)發(fā)。圖2是實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的電子站牌。圖3是實(shí)際運(yùn)行的電子站牌。實(shí)踐證明，本次設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，方便了市民。
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