城市亮化工程中嵌入式景觀照明多功能控制器的設(shè)計研究

宋裕

摘 要：景觀照明是城市亮化工程中的重點，是體現(xiàn)城市文化底蘊的重要方式，對于城市形象的塑造具有重要意義。近年來，伴隨城市化進程的加快，嵌入型景觀照明正朝向立體照明的方向發(fā)展，高密度的LED燈光矩陣已經(jīng)是大勢所趨。但傳統(tǒng)大型景觀照明控制系統(tǒng)存在很大不足，難以滿足大規(guī)模景觀照明的實時監(jiān)控需求。鑒于此，本文對嵌入式景觀照明多功能控制器的設(shè)計研究，展開具體分析。

關(guān)鍵詞：城市亮化工程;嵌入式;景觀照明;多功能控制器

21世紀(jì)以來，照明技術(shù)得到迅速發(fā)展，當(dāng)前人們越來越重視觀賞性的照明技術(shù)，城市的亮化工程需要燈光與周邊環(huán)境的整體協(xié)調(diào)，通過多元化的藝術(shù)手段營造美好的夜景，豐富城市夜景的表現(xiàn)形式及內(nèi)涵。LED在景觀照明中的應(yīng)用逐漸發(fā)展成為全新的產(chǎn)業(yè)，并在照明市場中具有重要作用。景觀照明是裝飾性照明，其目的是為了美化城市，通過借助光線的強弱變化，提升城市建筑物的美感。城市亮化工程中的照明媒介比較多，比如商業(yè)中心、城市園林及名勝古跡等，搭配LED燈具與城市建筑有機融合，能將城市的魅力充分彰顯出來。城市亮化是靚麗城市夜景的重要標(biāo)志，可以提升城市的形象及知名度，實現(xiàn)城市商業(yè)及旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。與普通的燈飾系統(tǒng)相比，通過LED燈光矩陣作為控制對象的大型景觀照明控制系統(tǒng)，其功能呈現(xiàn)出多元化的特點，所以與之相匹配的景觀照明控制器正朝向高新科技發(fā)展。景觀照明控制器是驅(qū)動LED燈光花樣展示的關(guān)鍵元件，為滿足大型景觀照明的內(nèi)在需求，亟須高性能的控制器與之相契合。

1 嵌入式景觀照明多功能控制器的需求分析

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

嵌入式景觀照明多功能控制器是“基于云平臺的城市級大型景觀照明控制系統(tǒng)”的關(guān)鍵元件，該系統(tǒng)以大型景觀照明為依托，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)的優(yōu)勢，創(chuàng)新傳統(tǒng)大型景觀照明控制系統(tǒng)，并提供遠程視頻更新、同步協(xié)調(diào)控制等服務(wù)，為景觀照明的動態(tài)監(jiān)控提供重要參考[1]?！霸?端”建構(gòu)，用戶端、平臺及設(shè)備端是該系統(tǒng)的重要組成部分。用戶端指的是人為操作的移動應(yīng)用等，具備對設(shè)備端遠程管理的能力;設(shè)備端是在工作現(xiàn)場安裝的嵌入式設(shè)備，具備互聯(lián)網(wǎng)訪問能力。云平臺能有效集中空間上廣泛分布的設(shè)備端，確保用戶端對設(shè)備端的實時監(jiān)控及遠程管理，如圖1所示。

1.2 景觀照明控制器的需求分析

景觀照明控制器是大型景觀照明控制系統(tǒng)中的核心組成部分，不僅要科學(xué)控制LED燈光矩陣的顯示任務(wù)，還要自覺接受云平臺的監(jiān)督及管理。要求可以按照預(yù)先設(shè)定好的節(jié)目列表執(zhí)行播放任務(wù)，并在特定時間段進行播放，比如每周模式、單詞模式等，通過對節(jié)目清單的在線管理，便于在線查詢視頻輸出參數(shù)，了解其輸出尺寸，要實現(xiàn)對景觀照明控制器的工作狀態(tài)的實時監(jiān)督，方便相關(guān)輸出參數(shù)及信息的查詢[2]。

2 嵌入式景觀照明多功能控制器的軟硬件設(shè)計方案

景觀照明控制器是種嵌入式計算機，其主要是針對特定場合及特定功能需求設(shè)置的，具有高度的定制特點。嵌入式景觀照明控制器分為硬件與軟件兩個部分，接下來對其設(shè)計方案展開具體分析。

2.1 硬件設(shè)計方案

硬件設(shè)計要以景觀照明控制器的功能需要為主，首先要合理確定硬件組成元件，確?？梢詽M足景觀照明控制器的性能要求，比如芯片性能、開發(fā)調(diào)試及功能拓展性等問題，科學(xué)選擇硬件芯片實現(xiàn)電路設(shè)計。在景觀照明控制器的硬件設(shè)計中，主要由處理器、視頻輸出、電源管理、存儲器、電源管理、網(wǎng)絡(luò)通信及開發(fā)接口等模塊組成?；诰坝^照明控制器的性能特點，對其性能與可靠性等因素進行分析，滿足高清視頻解碼及處理的需求。同時，LED指示燈主要顯示景觀照明控制器的運行狀態(tài)，涵蓋視頻輸出、播放及網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)等內(nèi)容，景觀照明控制器的電路板如圖2所示。

2.2 軟件設(shè)計方案

嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式計算機的重要組成部分，涵蓋與硬件相關(guān)的系統(tǒng)內(nèi)核、通信協(xié)議及設(shè)備驅(qū)動接口等模塊，主要負(fù)責(zé)軟、硬件資源的控制、協(xié)調(diào)及調(diào)度接活動。通常應(yīng)用的Linux軟件平臺的搭建工作包括內(nèi)核的裁剪移植、根文件系統(tǒng)的制作及引導(dǎo)程序的移植等。按照其需求可以得出：景觀照明控制器的功能呈現(xiàn)多元化的特點，為了更好開發(fā)應(yīng)用軟件，可以將其功能劃分為不同功能模塊，應(yīng)用固定的形式進行交互，并非是可以隨意訪問。模塊設(shè)備可以讓任務(wù)功能的劃分更加明確，在某種意義上減少了應(yīng)用軟件的程序設(shè)計的繁瑣性，對于其功能的拓展及升級維護具有重要作用。結(jié)合景觀照明控制器的功能需求，可以將應(yīng)用功能劃分為應(yīng)用管理、文件下載及視頻播放等模塊。應(yīng)用軟件的各個模塊互不干擾，有效減少了模塊之間的干擾，防止由于局部異常造成景觀照明控制器出現(xiàn)故障，便于異常情況的快速處理。其中，應(yīng)用管理模塊是系統(tǒng)運行的關(guān)鍵，可以管理和控制其他模塊。但是因為模塊設(shè)計會造成模塊之間的隔離，對模塊協(xié)作開展增加了難度，各個功能模塊只能通過進程間通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交互。

3 展望

毫無疑問，未來的景觀照明多功能控制器的設(shè)計，依舊是依托于高新技術(shù)而發(fā)展。未來的人類社會即將步入全面智慧社會，所以，智慧控制肯定會由于多功能控制。由電氣化到智能化，再到智慧化這是照明控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。從智能控制到智慧控制，離不來人工智能。而人工智能、能源技術(shù)及空間技術(shù)合稱為世界三大尖端技術(shù)。21世紀(jì)以來，人工智能對人們的社會生活帶來了巨大便利。相信在不久的未來，智慧照明控制系統(tǒng)（人工智能系統(tǒng)）會實現(xiàn)“意念交互”的發(fā)展。優(yōu)化控制是景觀照明智能控制系統(tǒng)的主要任務(wù)，而科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)為完成這個核心任務(wù)提供了重要的技術(shù)保障。關(guān)于景觀照明的多功能控制，要革新系統(tǒng)設(shè)計方案，全面研究優(yōu)化控制的相關(guān)理論。當(dāng)前景觀照明智能控制已經(jīng)發(fā)展至無線通信、自動發(fā)現(xiàn)、光波通信的全新進程，落后的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)難以滿足智能景觀照明的具體需求。同時，“云”概念已經(jīng)發(fā)展至實踐拓展階段，全面提升了人類的信息化水平。“云”主要是“云端”的輔助，為景觀照明系統(tǒng)的控制提供了巨大便利。

綜上所述，城市亮化是靚麗城市夜景的重要標(biāo)志，可以提升城市的形象及知名度，對于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展具有重要意義，因此這就需要多功能的景觀照明控制器。景觀照明控制器是驅(qū)動LED燈光花樣展示的關(guān)鍵元件，為滿足大型景觀照明的內(nèi)在需求，亟須高性能的控制器。要按照預(yù)先設(shè)定好的節(jié)目列表執(zhí)行播放任務(wù)，并在特定時間段進行播放。因此，可以考慮在當(dāng)前硬件系統(tǒng)的設(shè)計前提下，通過5G、Wi-Fi等無線通信手段，為景觀照明控制器提供更多的網(wǎng)絡(luò)接入選擇，滿足其個性化發(fā)展需求，極大拓展了其發(fā)展空間。通過應(yīng)用CPU處理圖像的過程中加速硬件，當(dāng)前視頻圖像的尺寸變化及色彩變幻都是通過FFmpeg軟件進行處理的，這會消耗比較大的CPU計算資源，所以，在未來的研究中可以嘗試通過CPU輔助對圖像進行處理，從而減少CPU的運算負(fù)荷。

參考文獻：

[1]劉付永紅，謝再晉，顏中杰.基于FT232RL的LED內(nèi)控護欄管設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2019，027（010）：29-33.

[2]任佳妮.走向環(huán)境友好型的景觀設(shè)計——以新型喬木景觀照明裝置為例[J].城市住宅，2019，026（005）：205-206.