燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志研究

何永明,楊 柳,張忠文,張 冶

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志研究

何永明,楊 柳,張忠文,張 冶

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為了完善我國交通標(biāo)志體系，在對現(xiàn)有交通標(biāo)志分析的基礎(chǔ)上，對燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志的組成結(jié)構(gòu)、工作原理進行論述，并制作實驗?zāi)Ｐ汀嶒灲Y(jié)果表明：遙控?zé)舸絃ED可變交通標(biāo)志造價低，制造成本不到目前點陣式LED交通標(biāo)志的50%，且結(jié)構(gòu)簡單，可靠度高，是點陣式LED可變交通標(biāo)志牌的20倍以上。

太陽能；交通標(biāo)志；實驗；遙控

交通標(biāo)志牌在交通管理中發(fā)揮著不可忽視的作用，為人們的出行提供安全保障[1]。道路交通環(huán)境受天氣、自然災(zāi)害、交通事故等影響，隨時可能發(fā)生變化，因此，LED可變交通標(biāo)志應(yīng)運而生[2]。LED可變交通標(biāo)志為城市主干道和高速公路交通管理發(fā)揮了重要作用，但是因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低、成本高昂[3]，不能廣泛應(yīng)用到高速公路之外的普通國省干線公路和農(nóng)村公路。

本文研究的遙控可變交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，遙控器控制，不需聯(lián)網(wǎng)，采用太陽能供電，不需外接電源，主要適用于遠(yuǎn)離市區(qū)的國省干線公路和農(nóng)村公路。

1 交通標(biāo)志牌現(xiàn)狀分析

1.1 傳統(tǒng)交通標(biāo)志

傳統(tǒng)交通標(biāo)志信息固定，采用符合現(xiàn)行《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》(GB5768-2009)、《公路交通標(biāo)志反光膜》(GB/T 18833)等規(guī)范要求，造價不高，目前大量應(yīng)用于各級城市道路和公路中。

由于傳統(tǒng)交通標(biāo)志顯示信息固定，不能適應(yīng)隨時可變的道路交通狀況，出現(xiàn)了LED可變交通標(biāo)志[4]。

1.2 全點陣式 LED屏可變交通標(biāo)志

目前，LED可變交通標(biāo)志采用全點陣式 LED屏作為標(biāo)志牌[5]，顯示信息可變，符合《高速公路LED可變限速標(biāo)志》(GB23826—2009)、《LED道路交通誘導(dǎo)可變信息標(biāo)志》(GA/T 484-2010)等規(guī)范要求。LED可變交通標(biāo)志由全點陣式LED交通誘導(dǎo)屏和相關(guān)軟件組成，主要用于對交通流的廣域或局部誘導(dǎo)[6]。LED可變交通標(biāo)志根據(jù)交管部門的具體要求，依托嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、LED顯示控制技術(shù)，一方面在誘導(dǎo)屏上呈現(xiàn)相關(guān)道路的分布圖形，實時標(biāo)注相關(guān)路段的動態(tài)交通狀況[7]，及時為駕駛?cè)藛T提供相關(guān)信息，如道路關(guān)閉、突發(fā)事故、車道擁擠、停車泊位等信息，以起到誘導(dǎo)交通、提高路網(wǎng)通行能力、保障行車安全的作用。

全點陣式LED可變交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，適用于城市主干道和高速公路等高等級道路[8]。

1.3 LED照明交通標(biāo)志

由于傳統(tǒng)交通標(biāo)志造價低，但夜間顯示效果不佳，全點陣式LED可變交通標(biāo)志夜間顯示效果好，但是造價高[9]，因此，出現(xiàn)了一種采用LED照明的交通標(biāo)志。

LED照明的交通標(biāo)志是在傳統(tǒng)交通標(biāo)志的基礎(chǔ)上，按照交通標(biāo)志顯示信息的輪廓，排列LED燈珠組成要顯示的不可變交通信息。LED照明的交通標(biāo)志主要用于城市主干道和高速公路的指路標(biāo)志[10]。例如，哈爾濱市中山路上的LED照明交通標(biāo)志，見圖1。

圖1 LED照明交通標(biāo)志

2 技術(shù)方案

2.1 結(jié)構(gòu)組成

本文以可變限速標(biāo)志為例介紹燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志的結(jié)構(gòu)組成。

燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志主要由標(biāo)志牌、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及導(dǎo)線組成。其中，標(biāo)志牌由LED燈串和背板組成，控制系統(tǒng)由遙控器和接收器組成，供電系統(tǒng)由太陽能板、蓄電池和控制器組成，如表1所示。

2.2 工作原理

燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志由太陽能供電系統(tǒng)提供12 V直流電源。當(dāng)太陽能充足時，太陽能板為交通標(biāo)志供電，同時為蓄電池充電，當(dāng)太陽能不足或沒有時，蓄電池為交通標(biāo)志供電。供電系統(tǒng)工作原理見圖2。

表1 交通標(biāo)志的結(jié)構(gòu)組成

圖2 供電系統(tǒng)

本實驗燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志顯示內(nèi)容為“40”、“60”和“80”，根據(jù)顯示內(nèi)容需將燈串分成4組，見圖3。并將可變信息燈串組進行疊加，組成如圖4所示的可變交通標(biāo)志牌。

圖3 LED燈串組

圖4 可變交通標(biāo)志牌

燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志顯示內(nèi)容由控制系統(tǒng)實現(xiàn)。打開手動開關(guān)K、遙控開關(guān)K0和K1，顯示內(nèi)容一，限速“40”；打開遙控開關(guān)K0和K2，顯示內(nèi)容二，限速“60”；打開遙控開關(guān)K0和K3，顯示內(nèi)容三，限速“80”?？刂葡到y(tǒng)工作原理和交通標(biāo)志牌顯示內(nèi)容見圖5和圖6。

圖5 控制系統(tǒng)電路

圖6 顯示內(nèi)容

3 實驗?zāi)Ｐ椭谱?/h2>

3.1 可變交通標(biāo)志牌

根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》(GB5768-2009)規(guī)范規(guī)定字體和字號，用AtuoCAD繪制交通標(biāo)志要顯示的信息[11]，并噴涂到KT板上，形成要顯示信息的輪廓，用電烙鐵沿輪廓燙出3 cm等間距，直徑與LED燈珠相同的小孔，將LED燈珠從背板反面插入并固定。表2所示為燈珠組合及數(shù)量。

表2 燈珠組合及數(shù)量

3.2 控制系統(tǒng)

本實驗采用遙控開關(guān)作為控制系統(tǒng)，包括1個接收模塊和1個遙控器。采用12 V遙控開關(guān)，電源接收板每路最大可承受10 A電流，每個繼電器都帶有一組常開(常閉)觸點。接收模塊采用10 A繼電器，確保能夠長期穩(wěn)定控制LED燈組[12]。接收模塊包括自鎖、互鎖、點動4種工作方式[13]，采用自鎖方式，保證觸發(fā)開關(guān)后燈串組能持續(xù)點亮。此外，學(xué)習(xí)型對碼：可任意學(xué)習(xí)對碼同頻率4鍵遙控器，使用過程中如果遙控器丟失，可以再換個遙控器學(xué)習(xí)，不用整套更換，大大節(jié)約了用戶的成本。

遙控開關(guān)接收模塊和遙控器見圖7和圖8。

圖7 控制系統(tǒng)遙控接收模塊

圖8 控制系統(tǒng)遙控發(fā)射模塊

3.3 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)包括太陽能板、蓄電池和控制器。太陽能板長寬為34.5 cm×25.5 cm，最大功率10 W，工作電壓17.5 V；蓄電池額定電壓12 V，額定容量5 AH，如圖9所示。

圖9 太陽能供電系統(tǒng)

4 經(jīng)濟評價

4.1 市場需求

2016-05-06交通部網(wǎng)站發(fā)布了2015年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報。公報顯示：2015年末全國公路總里程457.73萬km[14]，各級公路里程見表3。

表3 2015年我國公路里程

由表3可見，我國公路總里程的95%以上是二級及以下公路，交通標(biāo)志極其不完善，甚至部分公路沒有交通標(biāo)志。由于交通標(biāo)志不完善造成的交通事故層出不窮，特別是特殊天氣條件下急彎陡坡等處更是交通事故頻發(fā)，急需設(shè)置可變交通標(biāo)志牌，因此,可變交通標(biāo)志牌市場前景廣闊。

4.2 造價、性能比較

以80 cm×80 cm可變限速標(biāo)志為例，傳統(tǒng)交通標(biāo)志、LED照明交通標(biāo)志、全點陣式LED屏交通標(biāo)志和燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志的造價和性能比較見表4。

表4 造價、性能比較 元

注：1.電源和通訊受距離影響，造價隨距離增加而增加；2.“+”表示“以上”。

通過以上比較可見，燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志與傳統(tǒng)交通標(biāo)志相比，具有信息可變，夜間顯示效果好的優(yōu)勢，但是價格是其3倍；燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志與LED照明交通標(biāo)志牌相比，具有信息可變、不受電源影響的優(yōu)勢，但價格稍貴；燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志與全點陣式LED屏交通標(biāo)志相比功能基本相同，但是價格不到全點陣式LED屏交通標(biāo)志的50%。

燈串式LED可變交通標(biāo)志牌可靠性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全點陣式LED屏可變交通標(biāo)志。以80 cm×80 cm可變限速標(biāo)志為例，燈串式LED可變交通標(biāo)志牌LED燈珠數(shù)為316粒，而全點陣式LED屏燈珠數(shù)為6 400粒左右，是燈串式LED可變交通標(biāo)志牌20倍以上，此外，全點陣式LED屏還需要軟件支持，進一步降低了其可靠度。

5 結(jié)束語

本文在對現(xiàn)有交通標(biāo)志分析的基礎(chǔ)上，對燈串式LED遙控可變太陽能交通標(biāo)志的組成結(jié)構(gòu)、工作原理進行了論述，并制作了實驗?zāi)Ｐ?。實驗結(jié)果表明：遙控?zé)舸絃ED可變交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)簡單，可靠度高，造價低，制造成本不到目前點陣式LED交通標(biāo)志的50%，可靠度是點陣式LED交通標(biāo)志的20倍以上。

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

Research on LED string type remote control variable solar traffic signs

HE Yongming, YANG Liu， ZHANG Zhongwen， ZHANG Ye

(College of Traffic， Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)

In order to perfect our system of traffic signs, this paper discusses the structure and working principle of LED string type remote control variable solar traffic signs, on the basis of analyzing the existing traffic signs, and makes an experimental model. Model experimental result shows that the cost of LED string type remote control variable solar traffic signs is low, which the manufacturing cost is less than 50% of the dot-matrix LED traffic signs. The structure of LED string type remote control variable solar traffic signs is simple and has high reliability, which is more than 20 times of the dot-matrix LED traffic signs.

solar energy; traffic signs; the experiment; remote control

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.02.003

2016-07-06

東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(國家級201610225074)

何永明(1979-),男，講師，博士，研究方向：交通規(guī)劃與仿真.

U491.17

A

1671-4679(2017)02-0012-04