一種高速公路可變情報板顯示及控制系統(tǒng)

戴樹春-，陳勇財，何仲全，楊佰成

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一種高速公路可變情報板顯示及控制系統(tǒng)

戴樹春-1，陳勇財2，何仲全2，楊佰成2

（1. 漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000；2. 富順光電科技股份有限公司，福建 漳州 363005）

LED可變情報板是近幾年來公路交通的重要信息顯示和發(fā)布系統(tǒng)，尤其是高速公路和城市繁華道路，已經(jīng)成為必備設(shè)施。它根據(jù)監(jiān)控中心的控制，實時顯示路況、氣象、通告、警示等有關(guān)信息，從而及時通知行車人員交通現(xiàn)況，引導(dǎo)交通分流，促進安全快速行車，提高路網(wǎng)的交通運輸能力。

高速公路；可變情報板；LED顯示

1 系統(tǒng)簡介

高速公路LED可變情報板是綜合運用光電技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)研制而成的，可廣泛應(yīng)用于高速公路和城市交通監(jiān)控系統(tǒng)，是現(xiàn)代化交通系統(tǒng)中重要的信息發(fā)布設(shè)備，主要由LED顯示屏屏體、主控板及嵌入式軟件、終端數(shù)據(jù)采集及發(fā)布軟件，防水防塵外殼、鋼結(jié)構(gòu)、電氣防護和防雷裝置、成對通信設(shè)備、電力電纜、信號電纜及設(shè)施連接件等組成。

系統(tǒng)采用RS485或Ethernet（以太網(wǎng)）傳輸方式為主通信方式和以GSM/GPRS無線通訊為備用通信方式，兩種通訊方式互為備用，多樣的通訊方式增加了系統(tǒng)通訊的可靠性。系統(tǒng)能夠在主通訊線路出故障時，自動切換到無線備用通訊方式，當主通信線路恢復(fù)時，系統(tǒng)能夠自動從無線通訊方式切換到主通信方式。監(jiān)控中心監(jiān)控計算機發(fā)送的顯示信息、命令通過有線或無線通訊通道到達交通誘導(dǎo)屏的本地控制單元，實現(xiàn)對顯示信息進行顯示控制。同時，本地控制單元將檢測到的LED燈管亮滅狀態(tài)信息，通過有線或無線的傳輸方式傳送給監(jiān)控中心的計算機，由其對屏體及系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障信息進行處理。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

2 系統(tǒng)框架

根據(jù)系統(tǒng)總體框架圖的設(shè)計，LED可變情報板系統(tǒng)由顯示屏體、主控板（含嵌入式軟件）、數(shù)據(jù)采集器、供電系統(tǒng)、安裝鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)等組成。

（1）主控板由CPU、存儲器、通信接口、計時器、檢測器件、電路板等組成，具有通信控制，及燈管故障、電路故障等檢測功能。

（2）顯示屏體采用符合設(shè)計要求數(shù)量的顯示模組箱體拼接組合而成。

（3）數(shù)據(jù)采集器將采集到的顯示屏狀態(tài)、電源工作狀態(tài)、箱體開關(guān)門狀態(tài)、防雷器狀態(tài)等數(shù)據(jù)提供給主控板。

（4）供電系統(tǒng)包含交流電防雷器、信號防雷器、過流和過壓保護斷路器、工作插座等設(shè)備。

（5）遠程傳輸設(shè)備可以是RS-485轉(zhuǎn)換器，或是調(diào)制解調(diào)器（無線通訊設(shè)備），或是光纖收發(fā)器等。

3 系統(tǒng)主要功能

圖2 系統(tǒng)主要功能圖

3.1通信功能

（1）信息發(fā)布傳輸方式：采用獨特的數(shù)據(jù)傳輸校驗機制，由監(jiān)控中心的系統(tǒng)通過局域網(wǎng)或以太網(wǎng)進行遠程傳輸。

（2）支持多種通訊方式，用戶可根據(jù)需要選用以下不同的配置：串口RS-232或RS-485方式；UDP網(wǎng)絡(luò)通信方式；GPRS無線通信方式。

3.2 顯示功能

（1）顯示性能：可變情報板可進行全屏幕編輯。主控板內(nèi)安裝了國標漢字簡體字庫，具有多種常用漢字字體，其字體大小、間隔、位置均可自由調(diào)節(jié)?？娠@示文字、圖形。

（2）播放方式：支持多種播放格式，具有黑屏、間隔、靜止、左右移、上下移、中間往周邊多形狀展開、閃爍、全亮、隨機等多種播放特技。

（3）顯示內(nèi)容：有氣候狀況、交通事故、交通擁堵信息、交通安全宣傳教育、交通管制信息、道路施工信息、突發(fā)事件等信息。

（4）屏幕點間距：可選PH16、PH20、PH25、PH31.25等。

3.3 電源冗余功能

系統(tǒng)的顯示和控制等系列工作的供應(yīng)電源，采用兩組高可靠開關(guān)電源系統(tǒng)，兩組互為備份，當其中一組電源系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一組電源系統(tǒng)啟用，提高電源系統(tǒng)的容錯性。

3.4 監(jiān)控及遠程控制功能

（1）支持屏幕斷點檢測，可檢測屏幕每個LED燈管的工作狀態(tài)，并把有出錯的LED燈管的坐標值及燈管顏色上傳到控制中心，方便維護。

（2）支持電源工作狀態(tài)檢測，能夠檢測到顯示屏的每個電源的電壓值及工作狀態(tài)（正常，待機，出錯），如有出錯會自動啟用備用電源，更加智能化。

（3）支持溫度檢測，可根據(jù)環(huán)境的溫度自動控制屏幕的開關(guān)機，如超過了顯示屏的極限溫度，顯示主控會自動關(guān)閉顯示屏，以降低溫度，保護顯示屏。

（4）支持亮度檢測，LED顯示屏采用50級亮度自動調(diào)控?？筛鶕?jù)外界光強、天氣、內(nèi)部溫度等變化情況自動調(diào)控顯示屏的亮度?？芍С肿詣诱{(diào)整或手動設(shè)定；自動調(diào)整可自動根據(jù)環(huán)境度來調(diào)整顯示屏的亮度，如白天顯示亮度要高一些，晚上顯示亮度會低一些。

（5）支持防雷裝置，可檢測防雷裝置的工作狀態(tài)，以保護顯示屏。

（6）支持顯示狀態(tài)檢測，可實時查看顯示屏顯示狀態(tài)，以確定顯示是否正常工作。

（7）支持定時開關(guān)機，可對屏幕進行定時開關(guān)機，達到節(jié)能效果，同時減少人為操作。

（8）支持遠程控制開關(guān)機，可對屏幕進行遠程軟關(guān)機（只開關(guān)顯示屏顯示狀態(tài)）及硬關(guān)機（開關(guān)顯示屏電源）。

（9）聲光報警可遠程自由開關(guān)，霧天雙提示（顯示+聲光報警）（選配）。

3.5 機箱防護功能

顯示屏分內(nèi)外雙層機箱，箱件材料為冷軋鋼板，為全封閉、全天候、防風(fēng)雨型，符合IP65防護等級。外機箱表面用噴塑處理，正面黑色不反光，其余表面為藍灰色，噴塑處理前先作除銹、防銹處理。內(nèi)機箱表面黑色噴塑。顯示屏箱體采用后背門方式，LED組件夾座為前端插入型，與模塊化設(shè)計結(jié)合，可以做到背后維修。

3.6 支持接入?yún)f(xié)議平臺

（1）支持接入“福建省高速控制中心情報板通訊協(xié)議的管理平臺”

（2）支持接入“福建省公路管理局可變信息標志通訊協(xié)議的管理平臺”

（3）支持接入“廈門市公安交通警察支隊交通誘導(dǎo)屏通訊協(xié)議的管理平臺”

（4）支持接入自主研制通訊協(xié)議的“情報板、誘導(dǎo)屏管理平臺”。

4系統(tǒng)特點

本研究主要從市場需求著手，除了常用的LED全屏錯誤偵測、電源N+1冗余設(shè)計外，還有以下特點：

4.1高刷新高灰階顯示方案設(shè)計

（1）系統(tǒng)中取消了傳統(tǒng)的接收卡陣列，由系統(tǒng)主控板直接負責接收來自發(fā)送卡的音視頻數(shù)據(jù)，以及幀拆解、處理、分配的視頻數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主控板并不負責顯示屏的掃描控制，僅對視頻數(shù)據(jù)的處理，如虛擬 抽點、亮度、色度校正、顯示屏監(jiān)控、掃描驅(qū)動集成塊參數(shù)設(shè)置及音頻數(shù)據(jù)處理。

（2）顯示屏掃描驅(qū)動不再用現(xiàn)有通用的數(shù)據(jù)移位鎖存芯片，而是采用帶有數(shù)據(jù)存儲、動態(tài)掃描、PWM驅(qū)動方式與灰度位權(quán)值顯示驅(qū)動方式相結(jié)合顯示驅(qū)動的集成電路。即如為動態(tài)掃描的顯示屏?xí)r，不再需要重復(fù)移位輸出同一視頻幀的數(shù)據(jù)和行選擇譯碼電路，而是由集成電路一次性存儲驅(qū)動芯片所負責顯示區(qū)域的像素點信息和直接輸出行選擇信號，提高數(shù)據(jù)傳輸通道的有效利用率，減少顯示模組上的IC器件數(shù)量和空間占用，降低PCB電路設(shè)計難度。

4.2 LED顯示屏智能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

通過系統(tǒng)設(shè)置，LED顯示屏可在規(guī)定時間內(nèi)啟動和關(guān)閉，可根據(jù)季節(jié)變化和天氣狀況自由設(shè)置和調(diào)整；亮度可自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)等級50級；具有亮度和溫度檢測功能，白天時亮度可自動適當降低，使產(chǎn)品更節(jié)能，延長LED發(fā)光管壽命。可變情報板安裝于道路交通要道顯眼處或道路交叉路口，主要供司乘人員關(guān)注道路交通狀況，方便選擇行駛路線及安全駕馭。本系統(tǒng)采用滯后調(diào)節(jié)處理方式及專用的檢測結(jié)構(gòu)裝置，使亮度調(diào)節(jié)更符合人眼視覺特性、顯示亮度與背景光強的關(guān)系，降低誤調(diào)節(jié)機率。

4.3 基于WEB技術(shù)和B/S架構(gòu)的控制和管理模式

系統(tǒng)設(shè)計采用WEB控制方式，即在PC上部署WEB服務(wù)端，用戶需要打開配置頁面時，只要通過瀏覽器登陸網(wǎng)頁即可。系統(tǒng)支持多級行政級別劃分，多用戶使用，多級權(quán)限管理；具有節(jié)目編輯，節(jié)目審核，節(jié)目群發(fā)、節(jié)目單發(fā)，簡化發(fā)布內(nèi)容步驟，狀態(tài)檢測，遠程開關(guān)設(shè)備，自動重發(fā)，數(shù)據(jù)備份等功能；采用多線程模式，支持UDP、TCP、串口、GPRS通信等通信方式，支持多屏發(fā)送，支持文字圖片等顯示內(nèi)容，支持顯示模板自動生成，操作簡單，快捷。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)利用各種技術(shù)，實現(xiàn)交通誘導(dǎo)及交通信息發(fā)布，可引導(dǎo)交通車輛行駛途徑，減輕交通擁擠路段出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。本系統(tǒng)也可安置在危險路段，提醒司乘人員，避免交通事故發(fā)生，并且可為道路管理者提供發(fā)布交通信息的平臺。

[1] 黃大琴. 高速公路大型門架式可變情報板(LED)系統(tǒng)探析[J]. 交通工程, 2013,11(21): 139-141.

[2] 程鵬,王瑞光,鄭喜鳳,陳偉. 基于ARM的高速公路情報板控制系統(tǒng)[J]. 計算機測量與控制, 2013, 21(3): 657-660.

[3] 薛峰. 使用DTU實現(xiàn)遠程控制高速公路可變情報板功能及設(shè)計[J]. 中國科技信息,2015(7): 66-67.

（責任編輯：馬圳煒）

A Variable Intelligence Panel Display and Control System for Freeway

DAI Shu-chun1, CHEN Yong-cai2, HE Zhong-quan2, YANG Bai-cheng2

(1. Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, 363000, China; 2. Fushun Photoelectric Polytron Technologies Inc, Zhangzhou, 363005, China)

LED variable intelligence board is an important information display and distribution system for highway traffic in recent years, especially for expressway and urban busy road, which has become an essential facility. According to the control of the monitoring center, it displays real-time information about road conditions, weather, announcements, warnings, and so on, so as to notify the traffic situation of the drivers in time, guide traffic diversion, promote safe and fast driving, and to improve the transportation capacity of the road network.

freeway; variable intelligence board; LED display

2018－01－07

戴樹春（1965—），女，福建長泰人，教授，研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)和LED照明技術(shù)。

1673-1417（2018）01-0039-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2018.01.0009

U491

A