一種節能型電子站牌硬件系統的設計

王 浩宇 ，王 玨

（1.佛山市電建電力設備有限公司，廣東 佛山 528000；2.廣東麗普盾高新科技有限公司，廣東 佛山 528000；3.佛山為爾電子科技有限公司，廣東 佛山 528000）

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、估計什么時間到達本站、車上的人員擁擠狀況、該車是否出現故障等信息[1]。電子站牌集成了計算機、通信、電子地圖與現代控制技術，是城市公交信息化、現代化的標志之一。隨著智能城市等理念的產生與發展，電子站牌已經在各大城市得到廣泛應用，深圳、武漢、上海、廣州、北京等一二線城市都投入巨資開發電子站牌[2-6]。

公交電子站牌由公交車、電子站牌、總控中心和通信網絡等組成，是一個需要電能支撐的系統。隨著國家節能減排政策的推出，電子站牌從早期的實用型向節能型發展已經成為必然趨勢。

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與應用。繼禪城區智能電子站牌成功應用后，在南海、順德也投入了開發節能型電子站牌的工程。本文主要介紹南海桂城街道一款節能型電子站牌開發中硬件系統的關鍵技術及其設計思想。

1 節能型電子站牌的設計需求

1.1 功能需求

桂城街道節能型電子站牌在功能上進行簡化，即以滿足實用為主、縮減了許多傳統電子站牌的附加功能，如RFID輔助定位、視頻監控等。本款節能型電子站牌的功能需求如表1所示。

1.2 節能需求

本款電子站牌要求較同類產品節能不低于20%。對于機柜和電子站牌顯示的要求如下。

（1）全天候、專業化機柜設計，保證系統在任何氣候環境下的正常使用；機柜設計有專業的防水結構設計、同時做到防塵、防潮要求；外觀尺寸大小規格為1 026 mm×538 mm×150 mm；機柜顯示部分采用鋼化玻璃保護；專業散熱設計。

表1 桂城節能型電子站牌的功能需求

（2）框架采用優質冷扎鋼板制作，框架厚度為1.2 mm，表面處理、脫脂、酸洗、磷化、靜電噴塑。

（3）綠色節能使用設計，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、穩壓漏電保護模塊、防盜報警模塊、設備自動檢測模塊、環境控制模塊等。

（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雙屏電子站牌的設計

電子站牌的硬件組成主要包括機柜、顯示屏、主控機、通信系統、防雷系統及其電控器件的組合。根據用戶要求，該電子站牌采用懸掛LED雙屏顯示佐以節能電源、定時開關等技術。

2.1 機柜及LED屏的設計與選型

懸掛式LED雙屏顯示，即將兩塊節能LED屏用背靠背的方式固定于一個防雷機柜內，兩屏之間安置主控機主板和通信模塊，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。

圖1 懸掛式LED雙屏電子站牌3D模型

采用這樣設計方式有以下幾個優點。

（1）節省空間、材料。懸掛式結構可充分利用候車亭（棚）的邊角空間，還可以利用候車亭（棚現有的支架結構）。

（2）節能。將電子站牌置于候車亭（棚）內，避免了因陽光直射導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，本次節能型電子站牌主要采用懸掛式LED雙屏結構。具體設計如下。

機柜的設計主要包括散熱防潮系統、防水、防塵系統和防雷系統。

（1）散熱防潮系統。機柜配有高速風扇，通過機柜內的環境監控設備，設置溫度的門限值，自動啟動或關閉風扇的運轉。機柜頂上設專門的導風口，上面全封閉，直接從機柜的底端出風，既保證有效排風，同時又可以有效防止水從機柜頂上進入機柜內部。

（2）防水、防塵系統。機柜采用一體化設計，前后門的邊緣都有導水槽和封膠，水和灰塵不會從機柜的正面進入機柜，門縫進水時可以通過導水槽將水直接導流到機柜底下，防止水從任何方向進入機柜內。

（3）防雷系統。根據 GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》以及GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷設計規范》，主要考慮電源防護與接地網系統防護。根據國家現行有關標準和規范要求，電源系統的防雷保護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器（SPD）安裝在各配電系統電源進線前端進行防護。通信機柜設備接地采用聯合接地方式，通信機柜接地包括機柜接地匯集環、匯集銅排、設備接地線及人工接地網。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作用和閃電的電磁脈沖會在電源線和信號線路上產生感應過電壓、過電流，形成雷電浪涌進入設備，從而導致設備受損。因此，應重點對電源線路和信號線進行防護。分別在總配電柜總開關的進線處分別安裝電源電涌保護器，型號為HLK-C275，作為總電源的防雷防護，技術參數如下：①標稱放電電流（8/20 μs波形）In=20 kA；②最大放電電流 （8/20 μs波形）Imax=40 kA； ③限制電壓Up≤1 500 V（20 kA，8/20 μs波形）；④額定電壓為 AC 350 V；⑤最大持續運行電壓為385 V；⑥SPD失效時與電源系統永久斷開；⑦響應時間≤25 ns；⑧接線方式為并聯連接方式；⑨工作環境溫度為-40℃～+80℃。

LED屏的選型主要采用國產符合節能要求的單元板LED顯示屏。

2.2 主控機與通信模塊的設計與選型

主控機是電子站牌與遠程交通智能監控系統、車載定位系統通信的核心模塊。通信模塊是與主控機配合實施通信的模塊。根據節能要求，本主控機采用ARM處理器，自行設計主控板，選擇華為GSM通信模塊。具體參數如下。

（1）主控機。采用基于Cortex-M3 CPU內核的STM32微控制器，主頻≥72 MHz，內存≥16 MB SDRAM，8 MB NOR Flash以及≥64 MB NAND Flash；可支持 PING、FTP、SSH，登錄到站牌上進行遠程維護，進行文件上傳和下載；支持時間校對以及系統支持SNMP Agent模塊的狀態采集和管理庫（MIB）的配置，并生成日志；可自動設置時間開關機功能；具備硬件看門狗功能；支持設備自檢、遠程升級（自行開發），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），關機電流為 47 μA，待機平均電流＜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，內嵌TCP/IP協議，支持多鏈接，支持專用SIM卡。

2.3 其他部分的設計

其他部分的設計主要包括定時開關、預留接口以及環境監控模塊等。定時開關采用國產普通品種，由控制主機控制，可以設定各個設備的工作時間段，午夜期間自動關閉整個系統，早上頭班車出發時自動開啟系統。整個主板預留2～3個通用擴展接口，以便連接其他電子產品。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；長期穩定性＜0.1℃/年；工作環境濕度為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）。按此參數可選擇多種市場產品。

3 系統實現后的效果

經過半年的努力，完成了桂城街道電子站牌的開發。圖2是實驗室研發的電子站牌。圖3是實際運行的電子站牌。實踐證明，本次設計滿足要求，方便了市民。

圖2 實驗室研發的電子站牌

圖3 實際運行的電子站牌

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