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困難。文章介紹了一款新型路燈的設(shè)計思路、結(jié)構(gòu)原理設(shè)計及實際運用情況，該路燈的燈桿屏具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、現(xiàn)場安裝和維護方便的優(yōu)點。

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

【中圖分類號】TU113.666 【文獻標識碼】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、廣告投放價格比獨立廣告屏低的優(yōu)點，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)場安裝和維護方便的燈桿屏的設(shè)計方案。

1 總體設(shè)計方案

1.1 設(shè)計目的

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，其維護和檢修工作復(fù)雜，耗時且成本較高，甚至存在無法維護只能整體拆屏的現(xiàn)象。因此，設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單、價格低、屏幕色彩呈現(xiàn)質(zhì)量好、現(xiàn)場安裝和維護方便的燈桿屏非常必要。

1.2 設(shè)計思路

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：①色澤度差。顏色顯示種類少，無法真實還原物體真實的色彩。②亮度較低。LCD屏在遠距離觀看的情況下，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)計的燈桿屏的主體選擇需要規(guī)避以上缺點。經(jīng)過對比試驗確定，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：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，它能確保屏幕遠距離清晰可見。④穩(wěn)定性強。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。LED屏可進行模塊化設(shè)計，施工人員可根據(jù)現(xiàn)場實際進行自由拆分或者拼裝。

1.2.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

常規(guī)LED屏采用箱體式結(jié)構(gòu)，本研究設(shè)計的燈桿屏整體采用箱體式結(jié)構(gòu)?？紤]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，要考慮后期維護人員的操作問題。最終本研究確定的箱體維護方式為前維護箱體結(jié)構(gòu)。相比后維護箱體結(jié)構(gòu)，前維護箱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于實現(xiàn)了環(huán)境空間利用的最大化，降低了后期維護工作的難度。前維護方式不需要預(yù)留維修通道，支持獨立正面維護，省去LED屏的背面維護空間，不需要拆卸線材、因此拆卸更簡單、方便。但是，前維護箱體結(jié)構(gòu)對箱體散熱要求較高，因此設(shè)計人員在箱體中安裝了兩個機箱風(fēng)扇，確保燈桿屏運行過程中可正常散熱。

1.2.3 安裝配件設(shè)計

傳統(tǒng)燈桿屏安裝都是采用單點懸吊方式，這種懸吊方式僅靠懸掛點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)計安裝配件時，增加了燈桿屏的受力點，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

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)計的難點。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行組網(wǎng)，最終將數(shù)據(jù)匯總至服務(wù)器，實現(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，這樣就能通過遠程指令控制方式實現(xiàn)信號傳輸。有線和無線兩者之間是相互獨立且有備份的，這樣的冗余設(shè)計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。

1.3 方案設(shè)計

1.3.1 整體構(gòu)造

本研究設(shè)計的燈桿屏由64塊三色（紅/綠/藍）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)送模塊實現(xiàn)遠程通信功能。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

本研究介紹的LED屏選用P4三色（紅/綠/藍）LED模組作為顯示模塊。燈桿屏的整體布局設(shè)計可以根據(jù)項目實際需求設(shè)計，而本研究以單屏雙面且單面由12行×3列模組（共計36塊P4 LED模組）舉例說明。單塊P4模組設(shè)計采用顯區(qū)合一的雙層線路板設(shè)計，像素間距為4 mm，最佳視距為4～10 m，物理密度為62 500點/m2，顯示亮度（白色）≥1 500 nit，單模組像素分辨率為32×16點，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，該款燈桿屏的P4模組選用前維護的設(shè)計模式。這樣設(shè)計的優(yōu)點在于燈桿屏后期運行過程中，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維護，大大提高了檢修維護效率。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模組防護等級要求不得低于IP65級。本研究選用的P4模組最初設(shè)計定位為戶外型模組，防護等級為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防護等級需求。在單模組結(jié)構(gòu)設(shè)計上，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)境下高效運行。

1.3.3 雙面箱體設(shè)計

以廣西某段公路上的雙燈桿屏為例：該套燈桿屏由兩個獨立箱體組成，箱體均采用雙面設(shè)計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，防護等級為IP65，單箱體分辨率為96×192點。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行鍍鋅處理和噴涂保護漆處理讓箱體表面形成保護膜，達到抗高溫和腐蝕、防鹽霧效果，從而較好地保護模組框架[3]。與此同時，雙面箱體均采用前維護方式，內(nèi)部走線橫平豎直，運用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。

為了實行燈桿屏的遠程管理/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、自動重撥號等功能[4]。運用該款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)的燈桿屏進行集中數(shù)據(jù)處理、群屏控制及多種類的遠程管理，從而實現(xiàn)真正的遠程智能控制。

1.3.4 輔助安裝配件設(shè)計

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)計環(huán)節(jié)，設(shè)計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立配件，可方便地與配套路燈燈桿分離和連接，方便運輸。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立配件，可與配套路燈燈桿分離和連接，方便運輸。

2 實踐運用效果

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)計有接插孔位，讓其與支撐組件上的接插柱進行一一對應(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，使得燈桿屏的成本更低、結(jié)構(gòu)更簡潔、安裝維護更簡單，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，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

[1]劉范增.智慧燈桿在智慧城市中的應(yīng)用[J].電子世界，2019（11）：192-193.

[2]王強，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