一种节能型电子站牌硬件系统的设计-AET-电子技术应用

一种节能型电子站牌硬件系统的设计

2014年微型机与应用第9期

王浩宇1，王珏2，3

1.佛山市电建电力设备有限公司，广东佛山 528000； 2.广东丽普盾高新科技有限公司，广东佛山 528000； 3.佛山为尔电子科技有限公司，广东佛山 528000

摘要： 电子站牌是通过电子屏幕的形式显示公交车到站信息的指示牌。通过电子站牌，人们可以看到下一辆乃至该线全部公交车的运行情况，即哪一车站有车、哪一车站没有车、估计什么时间到达本站、车上的人员拥挤状况、该车是否出现故障等信息[1]。电子站牌集成了计算机、通信、电子地图与现代控制技术，是城市公交信息化、现代化的标志之一。随着智能城市等理念的产生与发展，电子站牌已经在各大城市得到广泛应用，深圳、武汉、上海、广州、北京等一二线城市都投入巨资开发电子站牌[2-6]。

关键词： 智能公交电子站牌节能电能支撑系统

Abstract：

Key words :

摘要： 介绍了一款节能型公交电子站牌硬件开发的关键技术及其设计思想。该节能型电子站牌以实用和节能为主要目的，在应用需求上缩减了许多辅助功能，但是在外形和能耗方面有特别的要求。本设计可作为一般节能型电子站牌设计的参考。

关键词： 智能公交；电子站牌；节能

电子站牌是通过电子屏幕的形式显示公交车到站信息的指示牌。通过电子站牌，人们可以看到下一辆乃至该线全部公交车的运行情况，即哪一车站有车、哪一车站没有车、估计什么时间到达本站、车上的人员拥挤状况、该车是否出现故障等信息[1]。电子站牌集成了计算机、通信、电子地图与现代控制技术，是城市公交信息化、现代化的标志之一。随着智能城市等理念的产生与发展，电子站牌已经在各大城市得到广泛应用，深圳、武汉、上海、广州、北京等一二线城市都投入巨资开发电子站牌[2-6]。

公交电子站牌由公交车、电子站牌、总控中心和通信网络等组成，是一个需要电能支撑的系统。随着国家节能减排政策的推出，电子站牌从早期的实用型向节能型发展已经成为必然趋势。

在“智慧佛山”精神的指引下，佛山市智能交通部门也开展了电子站牌的研发与应用。继禅城区智能电子站牌成功应用后，在南海、顺德也投入了开发节能型电子站牌的工程。本文主要介绍南海桂城街道一款节能型电子站牌开发中硬件系统的关键技术及其设计思想。

1 节能型电子站牌的设计需求

1.1 功能需求

桂城街道节能型电子站牌在功能上进行简化，即以满足实用为主、缩减了许多传统电子站牌的附加功能，如RFID辅助定位、视频监控等。本款节能型电子站牌的功能需求如表1所示。

1.2 节能需求

本款电子站牌要求较同类产品节能不低于20%。对于机柜和电子站牌显示的要求如下。

（1）全天候、专业化机柜设计，保证系统在任何气候环境下的正常使用；机柜设计有专业的防水结构设计、同时做到防尘、防潮要求；外观尺寸大小规格为1 026 mm×538 mm×150 mm；机柜显示部分采用钢化玻璃保护；专业散热设计。

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（2）框架采用优质冷扎钢板制作，框架厚度为1.2 mm，表面处理、脱脂、酸洗、磷化、静电喷塑。

（3）绿色节能使用设计，采用低功耗的元器件。

（4）LED电子站牌主要配置：LED显示模块×2、站牌信息主控模块、通信模块、稳压漏电保护模块、防盗报警模块、设备自动检测模块、环境控制模块等。

（5）LED显示屏为4~5行显示，每行显示8~10字；首行、第二、第三、第四行均可显示公交车辆到站信息。

2 悬挂式LED双屏电子站牌的设计

电子站牌的硬件组成主要包括机柜、显示屏、主控机、通信系统、防雷系统及其电控器件的组合。根据用户要求，该电子站牌采用悬挂LED双屏显示佐以节能电源、定时开关等技术。

2.1 机柜及LED屏的设计与选型

悬挂式LED双屏显示，即将两块节能LED屏用背靠背的方式固定于一个防雷机柜内，两屏之间安置主控机主板和通信模块，采用杆架或者立柱将其悬挂在空中。悬挂式LED双屏电子站牌3D模型如图1所示。

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采用这样设计方式有以下几个优点。

（1）节省空间、材料。悬挂式结构可充分利用候车亭（棚）的边角空间，还可以利用候车亭（棚现有的支架结构）。

（2）节能。将电子站牌置于候车亭（棚）内，避免了因阳光直射导致站牌升温而频繁启动降温装置的能耗。

（3）增加信息显示。这主要是采用双屏的缘故。双屏能够增加信息显示量，方便乘客。

因此，本次节能型电子站牌主要采用悬挂式LED双屏结构。具体设计如下。

机柜的设计主要包括散热防潮系统、防水、防尘系统和防雷系统。

（1）散热防潮系统。机柜配有高速风扇，通过机柜内的环境监控设备，设置温度的门限值，自动启动或关闭风扇的运转。机柜顶上设专门的导风口，上面全封闭，直接从机柜的底端出风，既保证有效排风，同时又可以有效防止水从机柜顶上进入机柜内部。

（2）防水、防尘系统。机柜采用一体化设计，前后门的边缘都有导水槽和封胶，水和灰尘不会从机柜的正面进入机柜，门缝进水时可以通过导水槽将水直接导流到机柜底下，防止水从任何方向进入机柜内。

（3）防雷系统。根据GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》以及GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》，主要考虑电源防护与接地网系统防护。根据国家现行有关标准和规范要求，电源系统的防雷保护主要对地泄放雷电流能量。因此，电源线路上安装通流量较大，残压低的电源电涌保护器（SPD）安装在各配电系统电源进线前端进行防护。通信机柜设备接地采用联合接地方式，通信机柜接地包括机柜接地汇集环、汇集铜排、设备接地线及人工接地网。电源总配电箱的单相SPD的接地线采用6 mm2铜线，接地线长度≤1 m。用16 mm2铜线作为设备的接地线，将所有不带电的金属外壳接至均压汇集排。由于雷云的静电感应作用和闪电的电磁脉冲会在电源线和信号线路上产生感应过电压、过电流，形成雷电浪涌进入设备，从而导致设备受损。因此，应重点对电源线路和信号线进行防护。分别在总配电柜总开关的进线处分别安装电源电涌保护器，型号为HLK-C275，作为总电源的防雷防护，技术参数如下：①标称放电电流（8/20 ?滋s波形）In=20 kA；②最大放电电流（8/20 ?滋s波形）Imax=40 kA；③限制电压Up≤1 500 V（20 kA，8/20 ?滋s波形）；④额定电压为AC 350 V；⑤最大持续运行电压为385 V；⑥SPD失效时与电源系统永久断开；⑦响应时间≤25 ns；⑧接线方式为并联连接方式；⑨工作环境温度为-40 ℃~+80 ℃。

LED屏的选型主要采用国产符合节能要求的单元板LED显示屏。

2.2 主控机与通信模块的设计与选型

主控机是电子站牌与远程交通智能监控系统、车载定位系统通信的核心模块。通信模块是与主控机配合实施通信的模块。根据节能要求，本主控机采用ARM处理器，自行设计主控板，选择华为GSM通信模块。具体参数如下。

（1）主控机。采用基于Cortex-M3 CPU内核的STM32微控制器，主频≥72 MHz，内存≥16 MB SDRAM，8 MB NOR Flash以及≥64 MB NAND Flash；可支持PING、FTP、SSH，登录到站牌上进行远程维护，进行文件上传和下载；支持时间校对以及系统支持SNMP Agent模块的状态采集和管理库（MIB）的配置，并生成日志；可自动设置时间开关机功能；具备硬件看门狗功能；支持设备自检、远程升级（自行开发），支持RS-232/485和SD卡（支持SD卡升级）。

（2）通信模块。支持4频：GSM 850/900/1 800/1 900 MHz，接收灵敏度<-107 dBm，正常工作温度为-20 ℃～+70 ℃（极限工作温度为-30 ℃～-20 ℃和+70 ℃～+75 ℃），电源电压为3.3 V～4.8 V（推荐值3.8 V），关机电流为47 ?滋A，待机平均电流＜3.0 mA，GPRS class 10（最大值）460 mA；GPRS编码方式为CS1/CS2/CS3/CS4，最大下行传输速率为85.6 kb/s，最大上行传输速率为42.8 kb/s；支持PBCCH，内嵌TCP/IP协议，支持多链接，支持专用SIM卡。

2.3 其他部分的设计

其他部分的设计主要包括定时开关、预留接口以及环境监控模块等。定时开关采用国产普通品种，由控制主机控制，可以设定各个设备的工作时间段，午夜期间自动关闭整个系统，早上头班车出发时自动开启系统。整个主板预留2～3个通用扩展接口，以便连接其他电子产品。温度检测器可检测-40 ℃~+80 ℃，精度为（25 ℃）±0.5 ℃；可同时支持4路检测探头；长期稳定性<0.1 ℃/年；工作环境湿度为0~99.9%无冷凝；输出信号0~10 V、RS-485通信、RS-232通信；供电电源为DC 15~36 V（典型值为DC 24 V），功耗为15 mA（典型值）。按此参数可选择多种市场产品。

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