人機互動智能景觀燈設備的設計開發

賈軍平

摘要：本項目研發的目的主要是解決現有景觀燈外觀設計和控制系統設計的不足，從出光、結構外觀、安裝更換便捷上及智能化這幾個方面進行設計改善，讓景觀燈類產品更適合市場的需求。

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

關鍵詞：人機互動;智能控制;景觀照明;燈具

隨著社會的不斷發展和城市基礎設施建設規模的不斷擴大，景觀燈已成為人們日常生活中的一到亮麗風景。景觀燈的構成和分布也變得更加的復雜，由單純的道路和景區亮化，發展成建筑亮化、公共設施亮化及各種廣告和店招等復雜亮化。由于分布比較雜散，多處于室外，無法實現景觀燈的人機互動智能化控制和與周圍環境有效融合。

1關鍵技術

本項目研發的人機互動智能景觀燈控制系統設備依托兩款實際產品進行開發應用：

（1）、智慧小雨燕

①、仿生學外觀設計研究

本款產品主要針對應用于綠植木林區域，以“鳥語花香”為設計靈感進行研究，產品與應用環境和諧統一。依托燕子為原型，產品通體采用高透光材質，在非亮燈狀態下，美化環境，在亮燈狀態下，為夜景增添亮點。

②、獨特的結構設計

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、微波感應裝置、音頻播放裝置、下部結構件、安裝底座、輸入輸出線束等結構部件設計研究。

③、控制方案設計研究

自動控制模式1：動作控制單元高優先級，受活動物體觸發，微波感應裝置產生電信號，傳輸到動作控制單元，動作控制單元經過處理產生數字信號發送到主控制器，主控制器發送出相應的控制數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的電信號控制LED光源組合板和音頻播放裝置輸出相應的內容。例如：有人接近該產品時，該產品發出歡快的鳥（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：動作控制單元高優先級，受活動物體觸發前，按內置音頻文件播放音樂，燈光效果按內置程序或外控程序進行變化。當受活動物體出發后，音頻播放裝置發出歡快的鳥（燕子）叫聲，給人一種該產品見到接近它的人興奮的感覺，燈光效果按內置程序或外控程序進行變化。

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的控制基礎上，微波感應裝置受觸發后亮度為100%，觸發前亮度50%～70%可根據節能需要進行設定。

（2）、石鼓投光燈

①、仿生學外觀設計研究

本款產品主要針對應用于商業區、小區或其他特殊區域車檔或其他特殊用途，以“石鼓”為設計靈感進行研究，產品與應用環境和諧統一。

②、獨特的結構設計

包含透光玻璃、投光光源面環、投光光源透光板、投光燈光源、恒流電源、主燈體、帶雷達和音頻數據采集探頭的智能控制器、氛圍等待光源及安裝基座等結構部件的設計研究。

③、控制方案設計研究

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切換動作控制單元為第一優先級，雷達接收到腳步觸發動作并通過模數轉換裝置輸出數字控制信號控制氛圍燈/投光燈進行相應的燈光色彩變化。

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切換音頻控制單元為第一優先級，音頻探頭接收到音樂或呼喊聲等音頻通過模數轉換裝置輸出數字控制信號控制氛圍燈/投光燈進行相應的燈光色彩變化。

燈光聯控模式：通過景觀照明智能控制中心控制智能控制系統切換為分控器模式，并通過4G路由器將多個石鼓燈的控制系統接入到互聯網主控器，實現多個石鼓燈的聯動表演功能。

脫機控制模式：智能控制系統脫機模式，作為備用帶DMX512數據接口，可外接DMX512控制信號，也可串接實現多臺石鼓燈統一燈光變化。

（3）、智能控制系統分控器單元硬件設計研究

分控器單元采用ARM+FPGA架構，主要包括以下價格模塊：ARM分處理器模塊、存儲模塊、網絡控制器模塊、FPGA模塊、LCD顯示模塊、指示LED模塊、動作控制單元、音頻控制單元及擴展接口

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

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

③、網絡控制器模塊采用的是10/100Mbps速率的雙端口以太網交換控制器芯片DM9003，DM9003連接自帶網絡變壓器的雙RJ45接口GR911205C來實現網絡功能。

④、FPGA模塊負責控制RGBLED光源顯示，采用EP4CE6E22C8，S3C2416處理器通過外部并行總線接口與EP4CE6E22C8實現互聯。

⑤、LCD顯示模塊采用的是HJ0802A，HJ0802A是專門用于顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶顯示模塊，主要用來顯示一些系統信息。

⑥、動作控制單元采用高靈敏度的微波發射接收裝置。

⑦、音頻控制單元采用高靈敏度的音頻發射接收裝置。

⑧、根據擴展需要配擴展接口。

（4）、智能控制系統主控器硬件設計研究

主控器采用ARM架構，主要包括：處理器模塊、存儲模塊、網絡控制器模塊、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，主要用來存放系統代碼、Linux文件系統。

③、 網絡控制器模塊主要用來收發數據，設計兩個物理層芯片AR8031來實現物理層的連接。

④、SD卡模塊通過SDIO接口與AM3354處理器實現連接。當LED景觀照明控制系統工作在脫機模式下時，SD卡模塊用來存放整個系統的控制參數和RGB LED光源顯示數據

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位數據總線、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，主要用來運行Linux系統。

（5）、系統軟件方案設計

系統的軟件設計主要包括內核系統軟件和上層應用程序，考慮到系統的復雜性，操作系統選擇Linux，是基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程、多進程和多CPU的的操作系統，支持32位和64位處理器。

2關鍵問題、難點

（1）、不同應用場景下的景觀燈工業設計及仿生學設計理念;

（2）、控制方案設計以及實現：多控制動作下，主控單元和分控單元協調動作問題。

（3）、傳感檢測單元的選型。

結論

該項目的研發將徹底解決現有景觀燈外觀設計和控制系統設計的不足，從出光、結構外觀、安裝更換便捷上及智能化這幾個方面進行設計改善，讓地景觀燈類產品更適合市場的需求。另外，隨著人們生活物質水平的不斷的提高，對于這種景觀燈類亮化產品不管是安裝維護，出光效果、娛樂性功能等要求都在不斷提高，有了本項目的研發成果，就可以有效解決現有景觀燈類產品的笨重，安裝不方便，不美觀、整體環境融入性差，娛樂性不足等各個方面的缺點，為此類產品能提供更優使用體驗做出重大貢獻。