城市亮化工程中嵌入式景觀照明多功能控制器的設計研究

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展，高密度的LED燈光矩陣已經是大勢所趨。但傳統大型景觀照明控制系統存在很大不足，難以滿足大規模景觀照明的實時監控需求。鑒于此，本文對嵌入式景觀照明多功能控制器的設計研究，展開具體分析。

關鍵詞：城市亮化工程;嵌入式;景觀照明;多功能控制器

21世紀以來，照明技術得到迅速發展，當前人們越來越重視觀賞性的照明技術，城市的亮化工程需要燈光與周邊環境的整體協調，通過多元化的藝術手段營造美好的夜景，豐富城市夜景的表現形式及內涵。LED在景觀照明中的應用逐漸發展成為全新的產業，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志，可以提升城市的形象及知名度，實現城市商業及旅游業的可持續發展。與普通的燈飾系統相比，通過LED燈光矩陣作為控制對象的大型景觀照明控制系統，其功能呈現出多元化的特點，所以與之相匹配的景觀照明控制器正朝向高新科技發展。景觀照明控制器是驅動LED燈光花樣展示的關鍵元件，為滿足大型景觀照明的內在需求，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 系統整體結構

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”的關鍵元件，該系統以大型景觀照明為依托，根據互聯網通信技術、嵌入式技術的優勢，創新傳統大型景觀照明控制系統，并提供遠程視頻更新、同步協調控制等服務，為景觀照明的動態監控提供重要參考[1]。“云+端”建構，用戶端、平臺及設備端是該系統的重要組成部分。用戶端指的是人為操作的移動應用等，具備對設備端遠程管理的能力;設備端是在工作現場安裝的嵌入式設備，具備互聯網訪問能力。云平臺能有效集中空間上廣泛分布的設備端，確保用戶端對設備端的實時監控及遠程管理，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中的核心組成部分，不僅要科學控制LED燈光矩陣的顯示任務，還要自覺接受云平臺的監督及管理。要求可以按照預先設定好的節目列表執行播放任務，并在特定時間段進行播放，比如每周模式、單詞模式等，通過對節目清單的在線管理，便于在線查詢視頻輸出參數，了解其輸出尺寸，要實現對景觀照明控制器的工作狀態的實時監督，方便相關輸出參數及信息的查詢[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，接下來對其設計方案展開具體分析。

2.1 硬件設計方案

硬件設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，確保可以滿足景觀照明控制器的性能要求，比如芯片性能、開發調試及功能拓展性等問題，科學選擇硬件芯片實現電路設計。在景觀照明控制器的硬件設計中，主要由處理器、視頻輸出、電源管理、存儲器、電源管理、網絡通信及開發接口等模塊組成。基于景觀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，涵蓋視頻輸出、播放及網絡工作狀態等內容，景觀照明控制器的電路板如圖2所示。

2.2 軟件設計方案

嵌入式操作系統是嵌入式計算機的重要組成部分，涵蓋與硬件相關的系統內核、通信協議及設備驅動接口等模塊，主要負責軟、硬件資源的控制、協調及調度接活動。通常應用的Linux軟件平臺的搭建工作包括內核的裁剪移植、根文件系統的制作及引導程序的移植等。按照其需求可以得出：景觀照明控制器的功能呈現多元化的特點，為了更好開發應用軟件，可以將其功能劃分為不同功能模塊，應用固定的形式進行交互，并非是可以隨意訪問。模塊設備可以讓任務功能的劃分更加明確，在某種意義上減少了應用軟件的程序設計的繁瑣性，對于其功能的拓展及升級維護具有重要作用。結合景觀照明控制器的功能需求，可以將應用功能劃分為應用管理、文件下載及視頻播放等模塊。應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故障，便于異常情況的快速處理。其中，應用管理模塊是系統運行的關鍵，可以管理和控制其他模塊。但是因為模塊設計會造成模塊之間的隔離，對模塊協作開展增加了難度，各個功能模塊只能通過進程間通信實現數據之間的交互。

3 展望

毫無疑問，未來的景觀照明多功能控制器的設計，依舊是依托于高新技術而發展。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發展的必然趨勢。從智能控制到智慧控制，離不來人工智能。而人工智能、能源技術及空間技術合稱為世界三大尖端技術。21世紀以來，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（人工智能系統）會實現“意念交互”的發展。優化控制是景觀照明智能控制系統的主要任務，而科學的網絡通信架構為完成這個核心任務提供了重要的技術保障。關于景觀照明的多功能控制，要革新系統設計方案，全面研究優化控制的相關理論。當前景觀照明智能控制已經發展至無線通信、自動發現、光波通信的全新進程，落后的網絡技術難以滿足智能景觀照明的具體需求。同時，“云”概念已經發展至實踐拓展階段，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志，可以提升城市的形象及知名度，對于當地經濟的發展具有重要意義，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動LED燈光花樣展示的關鍵元件，為滿足大型景觀照明的內在需求，亟須高性能的控制器。要按照預先設定好的節目列表執行播放任務，并在特定時間段進行播放。因此，可以考慮在當前硬件系統的設計前提下，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絡接入選擇，滿足其個性化發展需求，極大拓展了其發展空間。通過應用CPU處理圖像的過程中加速硬件，當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的運算負荷。

參考文獻：

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

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