人機(jī)互動智能景觀燈設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)

賈軍平

摘要：本項(xiàng)目研發(fā)的目的主要是解決現(xiàn)有景觀燈外觀設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，從出光、結(jié)構(gòu)外觀、安裝更換便捷上及智能化這幾個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)改善，讓景觀燈類產(chǎn)品更適合市場的需求。

隨著人們生活物質(zhì)水平的不斷的提高，對于這種景觀燈類亮化產(chǎn)品不管是安裝維護(hù)，出光效果、娛樂性功能等要求都在不斷提高。有了本項(xiàng)目的研發(fā)成果，就可以有效解決現(xiàn)有景觀燈類產(chǎn)品的笨重，安裝不方便，不美觀、整體環(huán)境融入性差，娛樂性不足等各個方面的缺點(diǎn)，為此類產(chǎn)品能提供更優(yōu)使用體驗(yàn)做出重大貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：人機(jī)互動;智能控制;景觀照明;燈具

隨著社會的不斷發(fā)展和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，景觀燈已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊坏搅聋愶L(fēng)景。景觀燈的構(gòu)成和分布也變得更加的復(fù)雜，由單純的道路和景區(qū)亮化，發(fā)展成建筑亮化、公共設(shè)施亮化及各種廣告和店招等復(fù)雜亮化。由于分布比較雜散，多處于室外，無法實(shí)現(xiàn)景觀燈的人機(jī)互動智能化控制和與周圍環(huán)境有效融合。

1關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目研發(fā)的人機(jī)互動智能景觀燈控制系統(tǒng)設(shè)備依托兩款實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用：

（1）、智慧小雨燕

①、仿生學(xué)外觀設(shè)計(jì)研究

本款產(chǎn)品主要針對應(yīng)用于綠植木林區(qū)域，以“鳥語花香”為設(shè)計(jì)靈感進(jìn)行研究，產(chǎn)品與應(yīng)用環(huán)境和諧統(tǒng)一。依托燕子為原型，產(chǎn)品通體采用高透光材質(zhì)，在非亮燈狀態(tài)下，美化環(huán)境，在亮燈狀態(tài)下，為夜景增添亮點(diǎn)。

②、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

包含小鳥燈翅膀、身體（頭、尾、背部、底部）、LED光源組合版、聲光同步控制器、微波感應(yīng)裝置、音頻播放裝置、下部結(jié)構(gòu)件、安裝底座、輸入輸出線束等結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)研究。

③、控制方案設(shè)計(jì)研究

自動控制模式1：動作控制單元高優(yōu)先級，受活動物體觸發(fā)，微波感應(yīng)裝置產(chǎn)生電信號，傳輸?shù)絼幼骺刂茊卧?，動作控制單元?jīng)過處理產(chǎn)生數(shù)字信號發(fā)送到主控制器，主控制器發(fā)送出相應(yīng)的控制數(shù)字信號到光控制單元和音頻控制單元，光控制單元和音頻控制單元通過解碼輸出對應(yīng)的電信號控制LED光源組合板和音頻播放裝置輸出相應(yīng)的內(nèi)容。例如：有人接近該產(chǎn)品時，該產(chǎn)品發(fā)出歡快的鳥（燕子）叫聲，同時鳥身體變換不同的顏色，給人一種該產(chǎn)品見到接近它的人興奮的感覺。

自動控制模式2：動作控制單元高優(yōu)先級，受活動物體觸發(fā)前，按內(nèi)置音頻文件播放音樂，燈光效果按內(nèi)置程序或外控程序進(jìn)行變化。當(dāng)受活動物體出發(fā)后，音頻播放裝置發(fā)出歡快的鳥（燕子）叫聲，給人一種該產(chǎn)品見到接近它的人興奮的感覺，燈光效果按內(nèi)置程序或外控程序進(jìn)行變化。

自動控制模式3：可分別在自動控制模式1和自動控制模式2的控制基礎(chǔ)上，微波感應(yīng)裝置受觸發(fā)后亮度為100%，觸發(fā)前亮度50%～70%可根據(jù)節(jié)能需要進(jìn)行設(shè)定。

（2）、石鼓投光燈

①、仿生學(xué)外觀設(shè)計(jì)研究

本款產(chǎn)品主要針對應(yīng)用于商業(yè)區(qū)、小區(qū)或其他特殊區(qū)域車檔或其他特殊用途，以“石鼓”為設(shè)計(jì)靈感進(jìn)行研究，產(chǎn)品與應(yīng)用環(huán)境和諧統(tǒng)一。

②、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

包含透光玻璃、投光光源面環(huán)、投光光源透光板、投光燈光源、恒流電源、主燈體、帶雷達(dá)和音頻數(shù)據(jù)采集探頭的智能控制器、氛圍等待光源及安裝基座等結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)研究。

③、控制方案設(shè)計(jì)研究

動作互動控制模式：通過景觀照明智能控制中心控制智能控制系統(tǒng)切換動作控制單元為第一優(yōu)先級，雷達(dá)接收到腳步觸發(fā)動作并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出數(shù)字控制信號控制氛圍燈/投光燈進(jìn)行相應(yīng)的燈光色彩變化。

音頻互動控制模式：通過景觀照明智能控制中心控制智能控制系統(tǒng)切換音頻控制單元為第一優(yōu)先級，音頻探頭接收到音樂或呼喊聲等音頻通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出數(shù)字控制信號控制氛圍燈/投光燈進(jìn)行相應(yīng)的燈光色彩變化。

燈光聯(lián)控模式：通過景觀照明智能控制中心控制智能控制系統(tǒng)切換為分控器模式，并通過4G路由器將多個石鼓燈的控制系統(tǒng)接入到互聯(lián)網(wǎng)主控器，實(shí)現(xiàn)多個石鼓燈的聯(lián)動表演功能。

脫機(jī)控制模式：智能控制系統(tǒng)脫機(jī)模式，作為備用帶DMX512數(shù)據(jù)接口，可外接DMX512控制信號，也可串接實(shí)現(xiàn)多臺石鼓燈統(tǒng)一燈光變化。

（3）、智能控制系統(tǒng)分控器單元硬件設(shè)計(jì)研究

分控器單元采用ARM+FPGA架構(gòu)，主要包括以下價(jià)格模塊：ARM分處理器模塊、存儲模塊、網(wǎng)絡(luò)控制器模塊、FPGA模塊、LCD顯示模塊、指示LED模塊、動作控制單元、音頻控制單元及擴(kuò)展接口

①、ARM處理器（采用S3C241）模塊主要負(fù)責(zé)接收屬于本控制分控器的數(shù)據(jù)，然后通過FPGA并行輸出顯示數(shù)據(jù)到各個RGBLED光源上。

②、存儲模塊采用256MB的SLC NandFlashK9F2G08，主要用來存放系統(tǒng)代碼、Linux文件系統(tǒng)。

③、網(wǎng)絡(luò)控制器模塊采用的是10/100Mbps速率的雙端口以太網(wǎng)交換控制器芯片DM9003，DM9003連接自帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的雙RJ45接口GR911205C來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。

④、FPGA模塊負(fù)責(zé)控制RGBLED光源顯示，采用EP4CE6E22C8，S3C2416處理器通過外部并行總線接口與EP4CE6E22C8實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

⑤、LCD顯示模塊采用的是HJ0802A，HJ0802A是專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，主要用來顯示一些系統(tǒng)信息。

⑥、動作控制單元采用高靈敏度的微波發(fā)射接收裝置。

⑦、音頻控制單元采用高靈敏度的音頻發(fā)射接收裝置。

⑧、根據(jù)擴(kuò)展需要配擴(kuò)展接口。

（4）、智能控制系統(tǒng)主控器硬件設(shè)計(jì)研究

主控器采用ARM架構(gòu)，主要包括：處理器模塊、存儲模塊、網(wǎng)絡(luò)控制器模塊、SD卡模塊、LCD顯示模塊、指示LED模塊和外部存儲電路。

①、處理器模塊采用ARM CortexTM-A8處理器AM3354。

②、存儲模塊采用256MB的SLC NandFlash MT29F2G08ABBE，主要用來存放系統(tǒng)代碼、Linux文件系統(tǒng)。

③、 網(wǎng)絡(luò)控制器模塊主要用來收發(fā)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)兩個物理層芯片AR8031來實(shí)現(xiàn)物理層的連接。

④、SD卡模塊通過SDIO接口與AM3354處理器實(shí)現(xiàn)連接。當(dāng)LED景觀照明控制系統(tǒng)工作在脫機(jī)模式下時，SD卡模塊用來存放整個系統(tǒng)的控制參數(shù)和RGB LED光源顯示數(shù)據(jù)

⑤、LCD顯示模塊采用的是HJ0802A。

⑥、外部存儲電路采用單顆DDR3方案，16位數(shù)據(jù)總線、容量為512MB的MT41K256M16HA-15E。AM3354處理器通過芯片自帶的DDR接口與其相連，主要用來運(yùn)行Linux系統(tǒng)。

（5）、系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括內(nèi)核系統(tǒng)軟件和上層應(yīng)用程序，考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性，操作系統(tǒng)選擇Linux，是基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程、多進(jìn)程和多CPU的的操作系統(tǒng)，支持32位和64位處理器。

2關(guān)鍵問題、難點(diǎn)

（1）、不同應(yīng)用場景下的景觀燈工業(yè)設(shè)計(jì)及仿生學(xué)設(shè)計(jì)理念;

（2）、控制方案設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)：多控制動作下，主控單元和分控單元協(xié)調(diào)動作問題。

（3）、傳感檢測單元的選型。

結(jié)論

該項(xiàng)目的研發(fā)將徹底解決現(xiàn)有景觀燈外觀設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，從出光、結(jié)構(gòu)外觀、安裝更換便捷上及智能化這幾個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)改善，讓地景觀燈類產(chǎn)品更適合市場的需求。另外，隨著人們生活物質(zhì)水平的不斷的提高，對于這種景觀燈類亮化產(chǎn)品不管是安裝維護(hù)，出光效果、娛樂性功能等要求都在不斷提高，有了本項(xiàng)目的研發(fā)成果，就可以有效解決現(xiàn)有景觀燈類產(chǎn)品的笨重，安裝不方便，不美觀、整體環(huán)境融入性差，娛樂性不足等各個方面的缺點(diǎn)，為此類產(chǎn)品能提供更優(yōu)使用體驗(yàn)做出重大貢獻(xiàn)。