一种灯杆屏设计方案

李飞云

【摘 要】现今社会，五彩缤纷的广告充斥着人们的视野，而大街小巷里的路灯也早已不仅是道路照明工具，还成为广告宣传、信息等的传播媒介。近年来，路灯行业的新兴代表——灯杆屏成为道路照明的新寵。但是，目前市面上的灯杆屏不仅体积和重量都过于庞大，而且结构复杂，现场安装施工及后期检修维护困难。文章介绍了一款新型路灯的设计思路、结构原理设计及实际运用情况，该路灯的灯杆屏具有内部结构简单、现场安装和维护方便的优点。

【关键词】路灯;灯杆屏;结构;设计

【中图分类号】TU113.666 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）03-0061-03

随着时代的快速发展，路灯广泛地运用到城市的大街小巷中。如今，路灯的使命不仅是提供道路照明，还成为广告宣传、传播各类信息等的媒介载体[1]，现代路灯得到快速发展，其中灯杆屏更是成为道路路灯行业的新宠。灯杆屏具有小巧灵活、广告投放价格比独立广告屏低的优点，能借助道路路灯的布局优势延展至城市和乡村的街道。本研究介绍了一款内部结构简单、价格低且现场安装和维护方便的灯杆屏的设计方案。

1 总体设计方案

1.1 设计目的

目前，市面上的灯杆屏大多数采用LCD液晶屏，这类屏幕的价格高;常见的灯杆屏结构复杂，所需的辅助器件和设备较多，施工人员施工装配困难，而且在投入使用后，其维护和检修工作复杂，耗时且成本较高，甚至存在无法维护只能整体拆屏的现象。因此，设计一款结构简单、价格低、屏幕色彩呈现质量好、现场安装和维护方便的灯杆屏非常必要。

1.2 设计思路

1.2.1 主体选择

目前，市面上的灯杆屏大多以LCD屏为主，但这类屏有以下缺点：①色泽度差。颜色显示种类少，无法真实还原物体真实的色彩。②亮度较低。LCD屏在远距离观看的情况下，可见度低。③操作性差。LCD屏只能整屏操作，施工安装或检修困难。④成本高。目前，市面上的LCD液晶屏的价格日渐提升。因此，本研究设计的灯杆屏的主体选择需要规避以上缺点。经过对比试验确定，研究人员最终选择技术较为成熟且价格较低的LED屏作为该款灯杆屏的主体。LED屏具有以下优点：①技术成熟。LED屏经过数十年的发展，技术已经比较成熟且价格低廉。②色彩丰富。LED技术可显示167万种颜色，能比较真实地还原物体本色。③亮度高。单灯亮度高是LED的重要特性，它能确保屏幕远距离清晰可见。④稳定性强。LED屏采用非线性校正技术，能使画面更清晰、层次性更高。⑤操作性强。LED屏可进行模块化设计，施工人员可根据现场实际进行自由拆分或者拼装。

1.2.2 整体结构设计

常规LED屏采用箱体式结构，本研究设计的灯杆屏整体采用箱体式结构。考虑到灯杆屏属于户外产品，常年被风吹日晒，因此选用优质镀锌钢材作为框架主材。此外，要考虑后期维护人员的操作问题。最终本研究确定的箱体维护方式为前维护箱体结构。相比后维护箱体结构，前维护箱体结构的优势在于实现了环境空间利用的最大化，降低了后期维护工作的难度。前维护方式不需要预留维修通道，支持独立正面维护，省去LED屏的背面维护空间，不需要拆卸线材、因此拆卸更简单、方便。但是，前维护箱体结构对箱体散热要求较高，因此设计人员在箱体中安装了两个机箱风扇，确保灯杆屏运行过程中可正常散热。

1.2.3 安装配件设计

传统灯杆屏安装都是采用单点悬吊方式，这种悬吊方式仅靠悬挂点支撑整个灯杆屏的重量，存在一定的安全风险，而且施工成本高、耗时长。因此，本研究设计安装配件时，增加了灯杆屏的受力点，使其能适应更恶劣的施工环境。

1.2.4 信号传输设计

由于灯杆屏需要安装在高速公路或者乡村道路上，这些区域的通信信号相对较差，因此信号传输方式也是本次灯杆屏设计的难点。研究人员对比多种信号传输方案后，最终采用“有线+无线”双保险信号传输方式作为本次灯杆屏信号传输方式。所谓有线，即通过光纤布线让每个灯杆屏进行组网，最终将数据汇总至服务器，实现信号管理[2];无线，即在每个灯杆屏的控制模块上采用最新的5G技术通信模块，这样就能通过远程指令控制方式实现信号传输。有线和无线两者之间是相互独立且有备份的，这样的冗余设计不仅能确保即使遭遇恶劣天气，各个灯杆屏灯之间或者单灯杆屏与管理平台之间信号通信传输正常，而且方便后期管理和维护。

1.3 方案设计

1.3.1 整体构造

本研究设计的灯杆屏由64块三色（红/绿/蓝）LED P4模组、2个双面箱体构造（钣金结构、开关电源及控制模块）及相应的辅助安装配件组成。LED P4模组用于图像、文字或者视频呈现。双面箱体构造的钣金结构为P4模组提供载体及结构支撑，而开关电源为整个灯杆屏提供电力输出，控制模块则利用5G技术的接收/发送模块实现远程通信功能。相应的辅助安装配件主要是指用于快速安装或拆卸的装配配件。灯杆屏构造图如图1所示。

1.3.2 LED屏设计

本研究介绍的LED屏选用P4三色（红/绿/蓝）LED模组作为显示模块。灯杆屏的整体布局设计可以根据项目实际需求设计，而本研究以单屏双面且单面由12行×3列模组（共计36块P4 LED模组）举例说明。单块P4模组设计采用显区合一的双层线路板设计，像素间距为4 mm，最佳视距为4～10 m，物理密度为62 500点/m2，显示亮度（白色）≥1 500 nit，单模组像素分辨率为32×16点，LED封装SMD1010（1R1G1B），驱动方式为1/4扫恒压驱动方式，模组尺寸为256 mm×128 mm×21 mm，模组功耗约10 W，模组重量约300 g。模组加工工艺采用传统无铅SMT环保工艺，采用这种传统加工工艺不仅便于模组检修，而且整块模组环保无污染。与此同时，为了方便后期检修和维护，该款灯杆屏的P4模组选用前维护的设计模式。这样设计的优点在于灯杆屏后期运行过程中，某块或某区域出现损坏或异常时，只需从屏幕面直接拆卸更换损坏或异常模组即可，不需要整屏更换或者整机维护，大大提高了检修维护效率。7C31E082-512E-4712-AD3B-503018125B3E

由于灯杆屏基本在户外环境下使用，常年受到风吹雨淋，因此对所选的P4模组防护等级要求不得低于IP65级。本研究选用的P4模组最初设计定位为户外型模组，防护等级为IP65级。在模组生产工艺方面，该模组选用常规可靠的模组灌胶工艺，使用“欧普特”315A/B胶进行灌胶处理;与此同时，线路板选用高端的“FR4材质+背面喷涂三防漆”（防潮、防霉、防盐雾）工艺，确保了模组的IP65防护等级需求。在单模组结构设计上，选用的塑框底壳、面罩均采用阻燃型材料，紧固螺钉选用304不锈钢螺钉，确保模组能在高温、高湿环境下高效运行。

1.3.3 双面箱体设计

以广西某段公路上的双灯杆屏为例：该套灯杆屏由两个独立箱体组成，箱体均采用双面设计以便在道路上能双向呈像且每面镂空32个孔位用于安装32块LED P4模组。单个箱体尺寸为768 mm×1 536 mm×235 mm，净重为95 kg，防护等级为IP65，单箱体分辨率为96×192点。整个箱体选用优质钢材并在箱体表面处理过程中要求对其进行镀锌处理和喷涂保护漆处理让箱体表面形成保护膜，达到抗高温和腐蚀、防盐雾效果，从而较好地保护模组框架[3]。与此同时，双面箱体均采用前维护方式，内部走线横平竖直，运用12级防震动线材接插式处理，每套灯杆屏内部配置12个大功率开关电源，一套控制模块（4个含5G模块的接收卡、1个含5G模块的发送卡、1个通信天线）及相应辅件。

为了实行灯杆屏的远程管理/信号通信，这款灯杆屏在传统异步控制卡（接收卡和发送卡）的基础上增加5G通信模块，这款5G通信模块不仅支持Modbus TCP、EtherNet/IP等众多实时通信协议，而且支持永久在线功能及断线自动重连、自动重拨号等功能[4]。运用该款5G通信模块的异步控制卡配套数据中心服务器软件、终端及平台，可以对道路两侧的灯杆屏进行集中数据处理、群屏控制及多种类的远程管理，从而实现真正的远程智能控制。

1.3.4 辅助安装配件设计

传统的灯杆屏采用整屏吊装的安装方式：吊装车先使用吊绳吊挂整屏到指定高度，然后使用大型卡箍整体固定，最后需微调位置确定最终安装位置。这种安装方式不仅需要大型吊装车辆或者设备配合，而且安装效率低，需要施工人员高空作业，危险性高。因此，在这款灯杆屏辅助安装配件设计环节，设计了方便装配的两个辅助安装配件：支撑组件和固定组件。①支撑组件，由插接柱、第一抱箍、支撑板和加强件组成，其整体示意圖如图2（a）所示。支撑组件用于支撑整个灯杆屏的重量，使得灯杆屏不易掉落。与此同时，该支撑组件是属于独立配件，可方便地与配套路灯灯杆分离和连接，方便运输。②固定组件，由第二抱箍、安装板、通孔和连接板组成，其整体示意图如图2（b）所示。固定组件用于将灯杆屏侧面与路灯的灯杆连接，使灯杆屏更加稳固。通常，一个灯杆屏上下各配置一个固定组件。该固定组件也属于独立配件，可与配套路灯灯杆分离和连接，方便运输。

2 实践运用效果

以广西某段公路上的双灯杆屏的应用效果为例，该路段的路灯为对称结构的双挑路灯，因此在该灯杆的两侧设置了相对称的两个灯杆屏。该款灯杆的安装方式如下：根据灯杆屏安装高度需求，将支撑组件安装到灯杆上。为了限定支撑组件的安装位置，设置了用于对支撑组件进行定位的定位面，现场安装时，要先找到灯杆的定位面，然后将第一抱箍固定到灯杆上，此时需注意第一抱箍朝向定位面一侧的端面需与定位面相贴合，这样便能确保支撑组件处于设定高度位置，最后将配套的锁紧螺栓和锁紧螺母紧固第一抱箍即可。由于支撑组件本身设计的体积和质量都较小，因此整个安装过程比较轻松和方便。

当支撑组件安装完成后，就可以将灯杆屏安装到指定高度位置。为了进一步确定灯杆屏的安装位置，可以按照以下方法操作：灯杆屏箱体底部设计有接插孔位，让其与支撑组件上的接插柱进行一一对应装配，通过灯杆屏的插接孔位和支撑组件上的接插柱之间的配合，确定灯杆屏的最终朝向，即完成对灯杆屏的安装高度的定位。

灯杆屏装配完成后就可以装配固定组件。首先，将第二抱箍固定安装至灯杆上，此时的安装板需与灯杆屏的侧面相贴合并固定连接。其次，使用配套的锁紧螺栓和锁紧螺母紧固第二抱箍。与此同时，灯杆屏的侧面设计有固定的螺纹孔位，其与固定组件安装板上的通孔是一一对应的。因此，在安装板与灯杆屏的侧面相贴合后，对应的通孔和螺纹孔要对齐，再将固定螺栓穿过安装板上通孔并旋紧入灯杆屏侧面的螺纹孔位内。最后，依次安装灯杆屏所有的固定组件后，即完成灯杆屏的装配。

3 结束语

本研究介绍的灯杆屏充分运用成熟的LED技术，并通过科学合理的整体结构设计，使得灯杆屏的成本更低、结构更简洁、安装维护更简单，相信未来必然在道路照明建设中崭露头角，造福于人民。与此同时，随着科技的飞速发展，灯杆屏的产品种类会越来越多，越来越先进，成为未来智能化城市建议中不可或缺的一部分，让人们的生活更美好。

参 考 文 献

[1]刘范增.智慧灯杆在智慧城市中的应用[J].电子世界，2019（11）：192-193.

[2]王强，林涛，宋启宇.基于智慧灯杆的城市智能交通系统[J].交通科技，2017（2）：147-150.

[3]王薇薇.智慧灯杆将成为智慧城市的载体[J].信息化建设，2016（11）：26-27.

[4]陈永省，林吉勇，王超.智慧城市一体化集成5G路灯系统施工技术探讨[J].四川建筑，2021，41（S1）：79-

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