一種燈桿屏設(shè)計(jì)方案

李飛云

【摘 要】現(xiàn)今社會，五彩繽紛的廣告充斥著人們的視野，而大街小巷里的路燈也早已不僅是道路照明工具，還成為廣告宣傳、信息等的傳播媒介。近年來，路燈行業(yè)的新興代表——燈桿屏成為道路照明的新寵。但是，目前市面上的燈桿屏不僅體積和重量都過于龐大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場安裝施工及后期檢修維護(hù)困難。文章介紹了一款新型路燈的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)及實(shí)際運(yùn)用情況，該路燈的燈桿屏具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、現(xiàn)場安裝和維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】路燈;燈桿屏;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)

【中圖分類號】TU113.666 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）03-0061-03

隨著時代的快速發(fā)展，路燈廣泛地運(yùn)用到城市的大街小巷中。如今，路燈的使命不僅是提供道路照明，還成為廣告宣傳、傳播各類信息等的媒介載體[1]，現(xiàn)代路燈得到快速發(fā)展，其中燈桿屏更是成為道路路燈行業(yè)的新寵。燈桿屏具有小巧靈活、廣告投放價格比獨(dú)立廣告屏低的優(yōu)點(diǎn)，能借助道路路燈的布局優(yōu)勢延展至城市和鄉(xiāng)村的街道。本研究介紹了一款內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、價格低且現(xiàn)場安裝和維護(hù)方便的燈桿屏的設(shè)計(jì)方案。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)目的

目前，市面上的燈桿屏大多數(shù)采用LCD液晶屏，這類屏幕的價格高;常見的燈桿屏結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需的輔助器件和設(shè)備較多，施工人員施工裝配困難，而且在投入使用后，其維護(hù)和檢修工作復(fù)雜，耗時且成本較高，甚至存在無法維護(hù)只能整體拆屏的現(xiàn)象。因此，設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡單、價格低、屏幕色彩呈現(xiàn)質(zhì)量好、現(xiàn)場安裝和維護(hù)方便的燈桿屏非常必要。

1.2 設(shè)計(jì)思路

1.2.1 主體選擇

目前，市面上的燈桿屏大多以LCD屏為主，但這類屏有以下缺點(diǎn)：①色澤度差。顏色顯示種類少，無法真實(shí)還原物體真實(shí)的色彩。②亮度較低。LCD屏在遠(yuǎn)距離觀看的情況下，可見度低。③操作性差。LCD屏只能整屏操作，施工安裝或檢修困難。④成本高。目前，市面上的LCD液晶屏的價格日漸提升。因此，本研究設(shè)計(jì)的燈桿屏的主體選擇需要規(guī)避以上缺點(diǎn)。經(jīng)過對比試驗(yàn)確定，研究人員最終選擇技術(shù)較為成熟且價格較低的LED屏作為該款燈桿屏的主體。LED屏具有以下優(yōu)點(diǎn)：①技術(shù)成熟。LED屏經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)比較成熟且價格低廉。②色彩豐富。LED技術(shù)可顯示167萬種顏色，能比較真實(shí)地還原物體本色。③亮度高。單燈亮度高是LED的重要特性，它能確保屏幕遠(yuǎn)距離清晰可見。④穩(wěn)定性強(qiáng)。LED屏采用非線性校正技術(shù)，能使畫面更清晰、層次性更高。⑤操作性強(qiáng)。LED屏可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，施工人員可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行自由拆分或者拼裝。

1.2.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常規(guī)LED屏采用箱體式結(jié)構(gòu)，本研究設(shè)計(jì)的燈桿屏整體采用箱體式結(jié)構(gòu)。考慮到燈桿屏屬于戶外產(chǎn)品，常年被風(fēng)吹日曬，因此選用優(yōu)質(zhì)鍍鋅鋼材作為框架主材。此外，要考慮后期維護(hù)人員的操作問題。最終本研究確定的箱體維護(hù)方式為前維護(hù)箱體結(jié)構(gòu)。相比后維護(hù)箱體結(jié)構(gòu)，前維護(hù)箱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于實(shí)現(xiàn)了環(huán)境空間利用的最大化，降低了后期維護(hù)工作的難度。前維護(hù)方式不需要預(yù)留維修通道，支持獨(dú)立正面維護(hù)，省去LED屏的背面維護(hù)空間，不需要拆卸線材、因此拆卸更簡單、方便。但是，前維護(hù)箱體結(jié)構(gòu)對箱體散熱要求較高，因此設(shè)計(jì)人員在箱體中安裝了兩個機(jī)箱風(fēng)扇，確保燈桿屏運(yùn)行過程中可正常散熱。

1.2.3 安裝配件設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)燈桿屏安裝都是采用單點(diǎn)懸吊方式，這種懸吊方式僅靠懸掛點(diǎn)支撐整個燈桿屏的重量，存在一定的安全風(fēng)險，而且施工成本高、耗時長。因此，本研究設(shè)計(jì)安裝配件時，增加了燈桿屏的受力點(diǎn)，使其能適應(yīng)更惡劣的施工環(huán)境。

1.2.4 信號傳輸設(shè)計(jì)

由于燈桿屏需要安裝在高速公路或者鄉(xiāng)村道路上，這些區(qū)域的通信信號相對較差，因此信號傳輸方式也是本次燈桿屏設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。研究人員對比多種信號傳輸方案后，最終采用“有線+無線”雙保險信號傳輸方式作為本次燈桿屏信號傳輸方式。所謂有線，即通過光纖布線讓每個燈桿屏進(jìn)行組網(wǎng)，最終將數(shù)據(jù)匯總至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)信號管理[2];無線，即在每個燈桿屏的控制模塊上采用最新的5G技術(shù)通信模塊，這樣就能通過遠(yuǎn)程指令控制方式實(shí)現(xiàn)信號傳輸。有線和無線兩者之間是相互獨(dú)立且有備份的，這樣的冗余設(shè)計(jì)不僅能確保即使遭遇惡劣天氣，各個燈桿屏燈之間或者單燈桿屏與管理平臺之間信號通信傳輸正常，而且方便后期管理和維護(hù)。

1.3 方案設(shè)計(jì)

1.3.1 整體構(gòu)造

本研究設(shè)計(jì)的燈桿屏由64塊三色（紅/綠/藍(lán)）LED P4模組、2個雙面箱體構(gòu)造（鈑金結(jié)構(gòu)、開關(guān)電源及控制模塊）及相應(yīng)的輔助安裝配件組成。LED P4模組用于圖像、文字或者視頻呈現(xiàn)。雙面箱體構(gòu)造的鈑金結(jié)構(gòu)為P4模組提供載體及結(jié)構(gòu)支撐，而開關(guān)電源為整個燈桿屏提供電力輸出，控制模塊則利用5G技術(shù)的接收/發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能。相應(yīng)的輔助安裝配件主要是指用于快速安裝或拆卸的裝配配件。燈桿屏構(gòu)造圖如圖1所示。

1.3.2 LED屏設(shè)計(jì)

本研究介紹的LED屏選用P4三色（紅/綠/藍(lán)）LED模組作為顯示模塊。燈桿屏的整體布局設(shè)計(jì)可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求設(shè)計(jì)，而本研究以單屏雙面且單面由12行×3列模組（共計(jì)36塊P4 LED模組）舉例說明。單塊P4模組設(shè)計(jì)采用顯區(qū)合一的雙層線路板設(shè)計(jì)，像素間距為4 mm，最佳視距為4～10 m，物理密度為62 500點(diǎn)/m2，顯示亮度（白色）≥1 500 nit，單模組像素分辨率為32×16點(diǎn)，LED封裝SMD1010（1R1G1B），驅(qū)動方式為1/4掃恒壓驅(qū)動方式，模組尺寸為256 mm×128 mm×21 mm，模組功耗約10 W，模組重量約300 g。模組加工工藝采用傳統(tǒng)無鉛SMT環(huán)保工藝，采用這種傳統(tǒng)加工工藝不僅便于模組檢修，而且整塊模組環(huán)保無污染。與此同時，為了方便后期檢修和維護(hù)，該款燈桿屏的P4模組選用前維護(hù)的設(shè)計(jì)模式。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于燈桿屏后期運(yùn)行過程中，某塊或某區(qū)域出現(xiàn)損壞或異常時，只需從屏幕面直接拆卸更換損壞或異常模組即可，不需要整屏更換或者整機(jī)維護(hù)，大大提高了檢修維護(hù)效率。7C31E082-512E-4712-AD3B-503018125B3E

由于燈桿屏基本在戶外環(huán)境下使用，常年受到風(fēng)吹雨淋，因此對所選的P4模組防護(hù)等級要求不得低于IP65級。本研究選用的P4模組最初設(shè)計(jì)定位為戶外型模組，防護(hù)等級為IP65級。在模組生產(chǎn)工藝方面，該模組選用常規(guī)可靠的模組灌膠工藝，使用“歐普特”315A/B膠進(jìn)行灌膠處理;與此同時，線路板選用高端的“FR4材質(zhì)+背面噴涂三防漆”（防潮、防霉、防鹽霧）工藝，確保了模組的IP65防護(hù)等級需求。在單模組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，選用的塑框底殼、面罩均采用阻燃型材料，緊固螺釘選用304不銹鋼螺釘，確保模組能在高溫、高濕環(huán)境下高效運(yùn)行。

1.3.3 雙面箱體設(shè)計(jì)

以廣西某段公路上的雙燈桿屏為例：該套燈桿屏由兩個獨(dú)立箱體組成，箱體均采用雙面設(shè)計(jì)以便在道路上能雙向呈像且每面鏤空32個孔位用于安裝32塊LED P4模組。單個箱體尺寸為768 mm×1 536 mm×235 mm，凈重為95 kg，防護(hù)等級為IP65，單箱體分辨率為96×192點(diǎn)。整個箱體選用優(yōu)質(zhì)鋼材并在箱體表面處理過程中要求對其進(jìn)行鍍鋅處理和噴涂保護(hù)漆處理讓箱體表面形成保護(hù)膜，達(dá)到抗高溫和腐蝕、防鹽霧效果，從而較好地保護(hù)模組框架[3]。與此同時，雙面箱體均采用前維護(hù)方式，內(nèi)部走線橫平豎直，運(yùn)用12級防震動線材接插式處理，每套燈桿屏內(nèi)部配置12個大功率開關(guān)電源，一套控制模塊（4個含5G模塊的接收卡、1個含5G模塊的發(fā)送卡、1個通信天線）及相應(yīng)輔件。

為了實(shí)行燈桿屏的遠(yuǎn)程管理/信號通信，這款燈桿屏在傳統(tǒng)異步控制卡（接收卡和發(fā)送卡）的基礎(chǔ)上增加5G通信模塊，這款5G通信模塊不僅支持Modbus TCP、EtherNet/IP等眾多實(shí)時通信協(xié)議，而且支持永久在線功能及斷線自動重連、自動重?fù)芴柕裙δ躘4]。運(yùn)用該款5G通信模塊的異步控制卡配套數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件、終端及平臺，可以對道路兩側(cè)的燈桿屏進(jìn)行集中數(shù)據(jù)處理、群屏控制及多種類的遠(yuǎn)程管理，從而實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程智能控制。

1.3.4 輔助安裝配件設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的燈桿屏采用整屏吊裝的安裝方式：吊裝車先使用吊繩吊掛整屏到指定高度，然后使用大型卡箍整體固定，最后需微調(diào)位置確定最終安裝位置。這種安裝方式不僅需要大型吊裝車輛或者設(shè)備配合，而且安裝效率低，需要施工人員高空作業(yè)，危險性高。因此，在這款燈桿屏輔助安裝配件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了方便裝配的兩個輔助安裝配件：支撐組件和固定組件。①支撐組件，由插接柱、第一抱箍、支撐板和加強(qiáng)件組成，其整體示意圖如圖2（a）所示。支撐組件用于支撐整個燈桿屏的重量，使得燈桿屏不易掉落。與此同時，該支撐組件是屬于獨(dú)立配件，可方便地與配套路燈燈桿分離和連接，方便運(yùn)輸。②固定組件，由第二抱箍、安裝板、通孔和連接板組成，其整體示意圖如圖2（b）所示。固定組件用于將燈桿屏側(cè)面與路燈的燈桿連接，使燈桿屏更加穩(wěn)固。通常，一個燈桿屏上下各配置一個固定組件。該固定組件也屬于獨(dú)立配件，可與配套路燈燈桿分離和連接，方便運(yùn)輸。

2 實(shí)踐運(yùn)用效果

以廣西某段公路上的雙燈桿屏的應(yīng)用效果為例，該路段的路燈為對稱結(jié)構(gòu)的雙挑路燈，因此在該燈桿的兩側(cè)設(shè)置了相對稱的兩個燈桿屏。該款燈桿的安裝方式如下：根據(jù)燈桿屏安裝高度需求，將支撐組件安裝到燈桿上。為了限定支撐組件的安裝位置，設(shè)置了用于對支撐組件進(jìn)行定位的定位面，現(xiàn)場安裝時，要先找到燈桿的定位面，然后將第一抱箍固定到燈桿上，此時需注意第一抱箍朝向定位面一側(cè)的端面需與定位面相貼合，這樣便能確保支撐組件處于設(shè)定高度位置，最后將配套的鎖緊螺栓和鎖緊螺母緊固第一抱箍即可。由于支撐組件本身設(shè)計(jì)的體積和質(zhì)量都較小，因此整個安裝過程比較輕松和方便。

當(dāng)支撐組件安裝完成后，就可以將燈桿屏安裝到指定高度位置。為了進(jìn)一步確定燈桿屏的安裝位置，可以按照以下方法操作：燈桿屏箱體底部設(shè)計(jì)有接插孔位，讓其與支撐組件上的接插柱進(jìn)行一一對應(yīng)裝配，通過燈桿屏的插接孔位和支撐組件上的接插柱之間的配合，確定燈桿屏的最終朝向，即完成對燈桿屏的安裝高度的定位。

燈桿屏裝配完成后就可以裝配固定組件。首先，將第二抱箍固定安裝至燈桿上，此時的安裝板需與燈桿屏的側(cè)面相貼合并固定連接。其次，使用配套的鎖緊螺栓和鎖緊螺母緊固第二抱箍。與此同時，燈桿屏的側(cè)面設(shè)計(jì)有固定的螺紋孔位，其與固定組件安裝板上的通孔是一一對應(yīng)的。因此，在安裝板與燈桿屏的側(cè)面相貼合后，對應(yīng)的通孔和螺紋孔要對齊，再將固定螺栓穿過安裝板上通孔并旋緊入燈桿屏側(cè)面的螺紋孔位內(nèi)。最后，依次安裝燈桿屏所有的固定組件后，即完成燈桿屏的裝配。

3 結(jié)束語

本研究介紹的燈桿屏充分運(yùn)用成熟的LED技術(shù)，并通過科學(xué)合理的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得燈桿屏的成本更低、結(jié)構(gòu)更簡潔、安裝維護(hù)更簡單，相信未來必然在道路照明建設(shè)中嶄露頭角，造福于人民。與此同時，隨著科技的飛速發(fā)展，燈桿屏的產(chǎn)品種類會越來越多，越來越先進(jìn)，成為未來智能化城市建議中不可或缺的一部分，讓人們的生活更美好。

參 考 文 獻(xiàn)

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[2]王強(qiáng)，林濤，宋啟宇.基于智慧燈桿的城市智能交通系統(tǒng)[J].交通科技，2017（2）：147-150.

[3]王薇薇.智慧燈桿將成為智慧城市的載體[J].信息化建設(shè)，2016（11）：26-27.

[4]陳永省，林吉勇，王超.智慧城市一體化集成5G路燈系統(tǒng)施工技術(shù)探討[J].四川建筑，2021，41（S1）：79-

81，84.7C31E082-512E-4712-AD3B-503018125B3E