摘  要： 介紹了一款節(jié)能型公交電子站牌硬件開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)及其設(shè)計思想,。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)計可作為一般節(jié)能型電子站牌設(shè)計的參考,。

關(guān)鍵詞： 智能公交；電子站牌,；節(jié)能

       電子站牌是通過電子屏幕的形式顯示公交車到站信息的指示牌,。通過電子站牌，人們可以看到下一輛乃至該線全部公交車的運(yùn)行情況,，即哪一車站有車,、哪一車站沒有車、估計什么時間到達(dá)本站,、車上的人員擁擠狀況,、該車是否出現(xiàn)故障等信息[1]。電子站牌集成了計算機(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、北京等一二線城市都投入巨資開發(fā)電子站牌[2-6],。

       公交電子站牌由公交車,、電子站牌、總控中心和通信網(wǎng)絡(luò)等組成，是一個需要電能支撐的系統(tǒng),。隨著國家節(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。

在“智慧佛山”精神的指引下,，佛山市智能交通部門也開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)能型電子站牌開發(fā)中硬件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其設(shè)計思想。

1 節(jié)能型電子站牌的設(shè)計需求

1.1 功能需求

       桂城街道節(jié)能型電子站牌在功能上進(jìn)行簡化,，即以滿足實(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產(chǎn)品節(jié)能不低于20%,。對于機(jī)柜和電子站牌顯示的要求如下,。

       （1）全天候、專業(yè)化機(jī)柜設(shè)計,，保證系統(tǒng)在任何氣候環(huán)境下的正常使用,；機(jī)柜設(shè)計有專業(yè)的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計、同時做到防塵,、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),；專業(yè)散熱設(shè)計,。

       （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,，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,、防盜報警模塊、設(shè)備自動檢測模塊,、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輛到站信息,。

2 懸掛式LED雙屏電子站牌的設(shè)計

       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、定時開關(guān)等技術(shù),。

2.1 機(jī)柜及LED屏的設(shè)計與選型

       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)計方式有以下幾個優(yōu)點(diǎn),。

       （1）節(jié)省空間,、材料。懸掛式結(jié)構(gòu)可充分利用候車亭（棚）的邊角空間,，還可以利用候車亭（棚現(xiàn)有的支架結(jié)構(gòu)）,。

       （2）節(jié)能。將電子站牌置于候車亭（棚）內(nèi),，避免了因陽光直射導(dǎo)致站牌升溫而頻繁啟動降溫裝置的能耗,。

       （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)計如下。

        機(jī)柜的設(shè)計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,，通過機(jī)柜內(nèi)的環(huán)境監(jiān)控設(shè)備，設(shè)置溫度的門限值,，自動啟動或關(guān)閉風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn),。機(jī)柜頂上設(shè)專門的導(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,，前后門的邊緣都有導(dǎo)水槽和封膠,，水和灰塵不會從機(jī)柜的正面進(jìn)入機(jī)柜，門縫進(jìn)水時可以通過導(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)主要對地泄放雷電流能量,。因此,，電源線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)備接地線及人工接地網(wǎng),。電源總配電箱的單相SPD的接地線采用6 mm2銅線，接地線長度≤1 m,。用16 mm2銅線作為設(shè)備的接地線,，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在電源線和信號線路上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓,、過電流,，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)對電源線路和信號線進(jìn)行防護(hù),。分別在總配電柜總開關(guān)的進(jìn)線處分別安裝電源電涌保護(hù)器，型號為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失效時與電源系統(tǒng)永久斷開；⑦響應(yīng)時間≤25 ns,；⑧接線方式為并聯(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,；支持時間校對以及系統(tǒng)支持SNMP Agent模塊的狀態(tài)采集和管理庫（MIB）的配置,，并生成日志；可自動設(shè)置時間開關(guān)機(jī)功能,；具備硬件看門狗功能,；支持設(shè)備自檢、遠(yuǎn)程升級（自行開發(fā)）,，支持RS-232/485和SD卡（支持SD卡升級）,。

       （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,，支持專用SIM卡,。

2.3 其他部分的設(shè)計

       其他部分的設(shè)計主要包括定時開關(guān)、預(yù)留接口以及環(huán)境監(jiān)控模塊等,。定時開關(guān)采用國產(chǎn)普通品種,，由控制主機(jī)控制，可以設(shè)定各個設(shè)備的工作時間段,，午夜期間自動關(guān)閉整個系統(tǒng),，早上頭班車出發(fā)時自動開啟系統(tǒng)。整個主板預(yù)留2～3個通用擴(kuò)展接口,，以便連接其他電子產(chǎn)品,。溫度檢測器可檢測-40 ℃~+80 ℃，精度為（25 ℃）±0.5 ℃,；可同時支持4路檢測探頭,；長期穩(wěn)定性<0.1 ℃/年；工作環(huán)境濕度為0~99.9%無冷凝,；輸出信號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)可選擇多種市場產(chǎn)品,。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后的效果

       經(jīng)過半年的努力,，完成了桂城街道電子站牌的開發(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)計滿足要求，方便了市民,。

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