灯串式LED遥控可变太阳能交通标志研究

何永明,杨 柳,张忠文,张 冶

(东北林业大学 交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

灯串式LED遥控可变太阳能交通标志研究

何永明,杨 柳,张忠文,张 冶

(东北林业大学 交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

为了完善我国交通标志体系，在对现有交通标志分析的基础上，对灯串式LED遥控可变太阳能交通标志的组成结构、工作原理进行论述，并制作实验模型。实验结果表明：遥控灯串式LED可变交通标志造价低，制造成本不到目前点阵式LED交通标志的50%，且结构简单，可靠度高，是点阵式LED可变交通标志牌的20倍以上。

太阳能；交通标志；实验；遥控

交通标志牌在交通管理中发挥着不可忽视的作用，为人们的出行提供安全保障[1]。道路交通环境受天气、自然灾害、交通事故等影响，随时可能发生变化，因此，LED可变交通标志应运而生[2]。LED可变交通标志为城市主干道和高速公路交通管理发挥了重要作用，但是因其结构复杂、可靠性低、成本高昂[3]，不能广泛应用到高速公路之外的普通国省干线公路和农村公路。

本文研究的遥控可变交通标志结构简单、可靠性高、成本低，遥控器控制，不需联网，采用太阳能供电，不需外接电源，主要适用于远离市区的国省干线公路和农村公路。

1 交通标志牌现状分析

1.1 传统交通标志

传统交通标志信息固定，采用符合现行《道路交通标志和标线》(GB5768-2009)、《公路交通标志反光膜》(GB/T 18833)等规范要求，造价不高，目前大量应用于各级城市道路和公路中。

由于传统交通标志显示信息固定，不能适应随时可变的道路交通状况，出现了LED可变交通标志[4]。

1.2 全点阵式 LED屏可变交通标志

目前，LED可变交通标志采用全点阵式 LED屏作为标志牌[5]，显示信息可变，符合《高速公路LED可变限速标志》(GB23826—2009)、《LED道路交通诱导可变信息标志》(GA/T 484-2010)等规范要求。LED可变交通标志由全点阵式LED交通诱导屏和相关软件组成，主要用于对交通流的广域或局部诱导[6]。LED可变交通标志根据交管部门的具体要求，依托嵌入式技术、网络技术、LED显示控制技术，一方面在诱导屏上呈现相关道路的分布图形，实时标注相关路段的动态交通状况[7]，及时为驾驶人员提供相关信息，如道路关闭、突发事故、车道拥挤、停车泊位等信息，以起到诱导交通、提高路网通行能力、保障行车安全的作用。

全点阵式LED可变交通标志结构复杂，造价高，适用于城市主干道和高速公路等高等级道路[8]。

1.3 LED照明交通标志

由于传统交通标志造价低，但夜间显示效果不佳，全点阵式LED可变交通标志夜间显示效果好，但是造价高[9]，因此，出现了一种采用LED照明的交通标志。

LED照明的交通标志是在传统交通标志的基础上，按照交通标志显示信息的轮廓，排列LED灯珠组成要显示的不可变交通信息。LED照明的交通标志主要用于城市主干道和高速公路的指路标志[10]。例如，哈尔滨市中山路上的LED照明交通标志，见图1。

图1 LED照明交通标志

2 技术方案

2.1 结构组成

本文以可变限速标志为例介绍灯串式LED遥控可变太阳能交通标志的结构组成。

灯串式LED遥控可变太阳能交通标志主要由标志牌、控制系统、供电系统以及导线组成。其中，标志牌由LED灯串和背板组成，控制系统由遥控器和接收器组成，供电系统由太阳能板、蓄电池和控制器组成，如表1所示。

2.2 工作原理

灯串式LED遥控可变太阳能交通标志由太阳能供电系统提供12 V直流电源。当太阳能充足时，太阳能板为交通标志供电，同时为蓄电池充电，当太阳能不足或没有时，蓄电池为交通标志供电。供电系统工作原理见图2。

表1 交通标志的结构组成

图2 供电系统

本实验灯串式LED遥控可变太阳能交通标志显示内容为“40”、“60”和“80”，根据显示内容需将灯串分成4组，见图3。并将可变信息灯串组进行叠加，组成如图4所示的可变交通标志牌。

图3 LED灯串组

图4 可变交通标志牌

灯串式LED遥控可变太阳能交通标志显示内容由控制系统实现。打开手动开关K、遥控开关K0和K1，显示内容一，限速“40”；打开遥控开关K0和K2，显示内容二，限速“60”；打开遥控开关K0和K3，显示内容三，限速“80”。控制系统工作原理和交通标志牌显示内容见图5和图6。

图5 控制系统电路

图6 显示内容

3 实验模型制作

3.1 可变交通标志牌

根据《道路交通标志和标线》(GB5768-2009)规范规定字体和字号，用AtuoCAD绘制交通标志要显示的信息[11]，并喷涂到KT板上，形成要显示信息的轮廓，用电烙铁沿轮廓烫出3 cm等间距，直径与LED灯珠相同的小孔，将LED灯珠从背板反面插入并固定。表2所示为灯珠组合及数量。

表2 灯珠组合及数量

3.2 控制系统

本实验采用遥控开关作为控制系统，包括1个接收模块和1个遥控器。采用12 V遥控开关，电源接收板每路最大可承受10 A电流，每个继电器都带有一组常开(常闭)触点。接收模块采用10 A继电器，确保能够长期稳定控制LED灯组[12]。接收模块包括自锁、互锁、点动4种工作方式[13]，采用自锁方式，保证触发开关后灯串组能持续点亮。此外，学习型对码：可任意学习对码同频率4键遥控器，使用过程中如果遥控器丢失，可以再换个遥控器学习，不用整套更换，大大节约了用户的成本。

遥控开关接收模块和遥控器见图7和图8。

图7 控制系统遥控接收模块

图8 控制系统遥控发射模块

3.3 供电系统

供电系统包括太阳能板、蓄电池和控制器。太阳能板长宽为34.5 cm×25.5 cm，最大功率10 W，工作电压17.5 V；蓄电池额定电压12 V，额定容量5 AH，如图9所示。

图9 太阳能供电系统

4 经济评价

4.1 市场需求

2016-05-06交通部网站发布了2015年交通运输行业发展统计公报。公报显示：2015年末全国公路总里程457.73万km[14]，各级公路里程见表3。

表3 2015年我国公路里程

由表3可见，我国公路总里程的95%以上是二级及以下公路，交通标志极其不完善，甚至部分公路没有交通标志。由于交通标志不完善造成的交通事故层出不穷，特别是特殊天气条件下急弯陡坡等处更是交通事故频发，急需设置可变交通标志牌，因此,可变交通标志牌市场前景广阔。

4.2 造价、性能比较

以80 cm×80 cm可变限速标志为例，传统交通标志、LED照明交通标志、全点阵式LED屏交通标志和灯串式LED遥控可变太阳能交通标志的造价和性能比较见表4。

表4 造价、性能比较 元

注：1.电源和通讯受距离影响，造价随距离增加而增加；2.“+”表示“以上”。

通过以上比较可见，灯串式LED遥控可变太阳能交通标志与传统交通标志相比，具有信息可变，夜间显示效果好的优势，但是价格是其3倍；灯串式LED遥控可变太阳能交通标志与LED照明交通标志牌相比，具有信息可变、不受电源影响的优势，但价格稍贵；灯串式LED遥控可变太阳能交通标志与全点阵式LED屏交通标志相比功能基本相同，但是价格不到全点阵式LED屏交通标志的50%。

灯串式LED可变交通标志牌可靠性也远远高于全点阵式LED屏可变交通标志。以80 cm×80 cm可变限速标志为例，灯串式LED可变交通标志牌LED灯珠数为316粒，而全点阵式LED屏灯珠数为6 400粒左右，是灯串式LED可变交通标志牌20倍以上，此外，全点阵式LED屏还需要软件支持，进一步降低了其可靠度。

5 结束语

本文在对现有交通标志分析的基础上，对灯串式LED遥控可变太阳能交通标志的组成结构、工作原理进行了论述，并制作了实验模型。实验结果表明：遥控灯串式LED可变交通标志结构简单，可靠度高，造价低，制造成本不到目前点阵式LED交通标志的50%，可靠度是点阵式LED交通标志的20倍以上。

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[3] 汤震.可变交通信息标志(VMS)技术的现状与进展[J].中国市政工程,2015(3):13.

[4] 李悦.城市交通诱导系统可变信息标志关键问题研究[D].北京：北京交通大学,2007.

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[责任编辑：郝丽英]

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

东北林业大学大学生创新训练项目(国家级201610225074)

何永明(1979-),男，讲师，博士，研究方向：交通规划与仿真.

U491.17

A

1671-4679(2017)02-0012-04