高速公路門架式可變信息情報板低功耗技術(shù)探討

張宗強(qiáng)

（石家莊域聯(lián)視控控制技術(shù)有限公司 河北 石家莊 050035）

1 引言

國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃創(chuàng)新性定位是“綠色發(fā)展規(guī)劃”，而綠色發(fā)展是指將環(huán)境保護(hù)作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重要支柱的一種新型發(fā)展模式。我們每一個人、每一個家庭、每一個單位、每一家公司、每一個政府部門都應(yīng)該身體力行，節(jié)能減排，推動低碳經(jīng)濟(jì)。隨著城市的不斷發(fā)展，道路交通設(shè)計規(guī)劃也不斷進(jìn)步，在設(shè)計中我們擯棄老的設(shè)計方法，創(chuàng)新思路，在設(shè)計中加入綠色發(fā)展的思想，而在交通設(shè)計中，情報板的運(yùn)用無處不在，而對情報板低功耗的設(shè)計也是勢在必行。

門架式可變情報板組成包括：可變情報板微處理器、可變情報板驅(qū)動器模塊、可變情報板顯示板、控制箱、可變情報板箱體、電纜及分線盒、電源、軟件等。在設(shè)計中，我們需要充分考慮各個部分功耗的控制。

低功耗可變情報板由顯示屏、控制器、箱體及立柱等組成，其原理框圖如圖1所示。

圖1 低功耗可變情報板原理圖

顯示屏采用LED液晶拼接相對于傳統(tǒng)的CCFL（冷陰極管）背光源相比，LED具有低功耗、低發(fā)熱量、高亮度等優(yōu)勢。隨著低碳節(jié)能的理念不斷滲透及高亮顯示應(yīng)用不斷刺激，未來LED背光源在液晶拼接領(lǐng)域的應(yīng)用將會越來越廣泛，成為發(fā)展主流趨勢。 顯示屏采用大規(guī)模可編程集成電路，運(yùn)行功率低，元器件壽命長，為滿足提高系統(tǒng)使用壽命的要求，在設(shè)計中均使產(chǎn)品內(nèi)部主要器件（如發(fā)光、驅(qū)動、控制元器件）的實(shí)際工作負(fù)載遠(yuǎn)低于其額定負(fù)載，以利節(jié)能，并可延長其使用壽命。

2 LED驅(qū)動——PWM脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動技術(shù)

目前，我國大部分高速公路上投入使用的LED電子可變信息情報板電源都采用文雅恒流的方式，有一些也采用電阻限流技術(shù)。這種電源驅(qū)動模式的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，前期建設(shè)的投入成本相對較少，同時整個供電系統(tǒng)的功率消耗較低。例如采用新的PWM脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動技術(shù)在使用的過程中極大程度的降低了LED電子信息可變情報板的電路消耗功率，以一個10×1米32點(diǎn)陣門架的電子信息情報板為例，整個屏幕消耗的功率大約在7Kw（不含散熱系統(tǒng)功率），如采用PWM脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動技術(shù)整個屏幕的能耗可以降低近一半，大約為3～4Kw。

3 光學(xué)處理——配光技術(shù)

目前很多高速公路系統(tǒng)上所有使用的可變情報板是由發(fā)光二極管直接顯示，其散射區(qū)域大，但是在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中可觀的有效范圍相對狹小。經(jīng)過大量的電子實(shí)驗(yàn)，可變電子信息情報板客觀范圍一般為投射區(qū)域總面積的10%左右。如果擬采用二次光學(xué)配光處理，使情報板發(fā)光二極管發(fā)出的光束集中投向有效區(qū)域內(nèi)，在增加情報板亮度達(dá)到GBT23828-2009《高速公路LED可變信息標(biāo)志》要求的同時，整個電子信息可變情報板的能源消耗可以答復(fù)的降低。以一個10×1米32點(diǎn)陣跨路可變情報板為例：在使用中整個屏幕的能源消耗功率為8Kw（不含散熱系統(tǒng)功率），若經(jīng)二次光學(xué)配光處理整個屏幕的能源消耗功率僅為1Kw，是原有能源消耗的八分之一，大大節(jié)約了能源的消耗量。

在信號傳輸方面，要控制電纜的長度，可以考慮加裝光端機(jī)或無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備，以光纖或無線網(wǎng)絡(luò)通信方式來提高信號的傳輸距離和傳輸質(zhì)量。同事減少電纜的長度，降低功耗。

情報板的供配電方面：

（1）設(shè)計時期的供配電線路敷設(shè)限制，導(dǎo)致可變情報板設(shè)計數(shù)量不足及布點(diǎn)不合理；

（2）部分路段配電困難，線路敷設(shè)成本高，導(dǎo)致情報板的增加或改造難度較大；

（3）部分路段由于電纜盜損情況嚴(yán)重，不僅維護(hù)成本較高，而且情報板實(shí)際可用性大大降低；

（4）現(xiàn)有的情報板主要考慮功能性和可靠性，對能耗考慮較少，所以目前的情報板的能耗較高，不便于使用新能源，如風(fēng)能、太陽能等。

4 供配電——低壓供電技術(shù)

通常市電供電的情報板其供電電壓為AC220V/380V，而可變情報板的實(shí)用電壓為DC5～12V，市電需要通過降壓、整流、穩(wěn)壓之后才能供可變情報板使用，其中降壓及穩(wěn)壓過程也帶來較大的功率損耗。

5 結(jié)語

情報板多用于高速公路顯示路況信息或圖片，分門架式情報板，F(xiàn)型情報板，立柱式情報板。下面以門架式可變情報板為例，說明情報板低功耗設(shè)計的技術(shù)要求。門架式可變情報板，主要用于發(fā)布各種信息。提醒高速公路上的駕駛員前方出現(xiàn)的各種緊急情況及不安全因素，提前給駕駛員以預(yù)警。如果高速公路上出現(xiàn)天氣異?；蛘呤┕さ惹闆r，駕駛員可以盡早做出相應(yīng)的處理。對交通堵塞也可以提前進(jìn)行有效的疏導(dǎo)提示，保證高速公路的交通運(yùn)行安全。 通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，超過80%的駕駛員會非常留意可變情報板的信息，只有4%的駕駛員在行駛過程中無法辨認(rèn)可變情報板的信息，超過80%的駕駛員會根據(jù)可變情報板的信息，改變自己的行駛路線，在改變路線的駕駛員中，超過80%的駕駛員比較認(rèn)可可變情報板提供的信息，但是完全信任可變情報板信息的駕駛員較少，說明可變情報板的更新速度和準(zhǔn)確性有待提高，同時為了防止擁堵漂移現(xiàn)象的發(fā)生，有關(guān)交通部門應(yīng)進(jìn)行模擬駕駛員的類別，控制可變情報板的發(fā)布內(nèi)容。如針對特殊事件造成擁堵，超過90%的駕駛員愿意接受指令型的交通誘導(dǎo)指示，所以可以根據(jù)特殊情況，進(jìn)行特殊疏導(dǎo)。高速公路可變信息情報板結(jié)合使用新能源如太陽能、風(fēng)能等供電模式，直接低壓DC12V—24V供電，大大了降低了目前高速公路中使用的電子信息可變情報板因降壓整流產(chǎn)生的能耗損失。并且通過降壓供電后，該電子設(shè)備具有良好的防雷性，維修成本大幅降低。

[1] 陳桂香.國外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展情況[J].中國安防，2012(06).

[2] 王國鋒，宋鵬飛，張?zhí)N靈.智能交通系統(tǒng)發(fā)展與展望[J].公路，2012(05).

[3] 房燕菲.我國LED顯示屏行業(yè)綜述[J].中國科技財富，2012(07).

[4] 徐岳清.基于ARMCortexTM-M4內(nèi)核的k10芯片的工業(yè)控制板卡設(shè)計[J].電子技術(shù)，2011(12).

[5] 劉暢.LED屏幕工作原理及其在電視演播室的應(yīng)用[J].演藝科技，2013(05).

[6] 段里仁，毛力增.我國高速公路交通標(biāo)志人性化設(shè)置的探討[J].綜合運(yùn)輸，2012(12).

[7] 李秀忠.大屏幕LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012(19).