人机互动智能景观灯设备的设计开发

贾军平

摘要：本项目研发的目的主要是解决现有景观灯外观设计和控制系统设计的不足，从出光、结构外观、安装更换便捷上及智能化这几个方面进行设计改善，让景观灯类产品更适合市场的需求。

随着人们生活物质水平的不断的提高，对于这种景观灯类亮化产品不管是安装维护，出光效果、娱乐性功能等要求都在不断提高。有了本项目的研发成果，就可以有效解决现有景观灯类产品的笨重，安装不方便，不美观、整体环境融入性差，娱乐性不足等各个方面的缺点，为此类产品能提供更优使用体验做出重大贡献。

关键词：人机互动;智能控制;景观照明;灯具

随着社会的不断发展和城市基础设施建设规模的不断扩大，景观灯已成为人们日常生活中的一到亮丽风景。景观灯的构成和分布也变得更加的复杂，由单纯的道路和景区亮化，发展成建筑亮化、公共设施亮化及各种广告和店招等复杂亮化。由于分布比较杂散，多处于室外，无法实现景观灯的人机互动智能化控制和与周围环境有效融合。

1关键技术

本项目研发的人机互动智能景观灯控制系统设备依托两款实际产品进行开发应用：

（1）、智慧小雨燕

①、仿生学外观设计研究

本款产品主要针对应用于绿植木林区域，以“鸟语花香”为设计灵感进行研究，产品与应用环境和谐统一。依托燕子为原型，产品通体采用高透光材质，在非亮灯状态下，美化环境，在亮灯状态下，为夜景增添亮点。

②、独特的结构设计

包含小鸟灯翅膀、身体（头、尾、背部、底部）、LED光源组合版、声光同步控制器、微波感应装置、音频播放装置、下部结构件、安装底座、输入输出线束等结构部件设计研究。

③、控制方案设计研究

自动控制模式1：动作控制单元高优先级，受活动物体触发，微波感应装置产生电信号，传输到动作控制单元，动作控制单元经过处理产生数字信号发送到主控制器，主控制器发送出相应的控制数字信号到光控制单元和音频控制单元，光控制单元和音频控制单元通过解码输出对应的电信号控制LED光源组合板和音频播放装置输出相应的内容。例如：有人接近该产品时，该产品发出欢快的鸟（燕子）叫声，同时鸟身体变换不同的颜色，给人一种该产品见到接近它的人兴奋的感觉。

自动控制模式2：动作控制单元高优先级，受活动物体触发前，按内置音频文件播放音乐，灯光效果按内置程序或外控程序进行变化。当受活动物体出发后，音频播放装置发出欢快的鸟（燕子）叫声，给人一种该产品见到接近它的人兴奋的感觉，灯光效果按内置程序或外控程序进行变化。

自动控制模式3：可分别在自动控制模式1和自动控制模式2的控制基础上，微波感应装置受触发后亮度为100%，触发前亮度50%～70%可根据节能需要进行设定。

（2）、石鼓投光灯

①、仿生学外观设计研究

本款产品主要针对应用于商业区、小区或其他特殊区域车档或其他特殊用途，以“石鼓”为设计灵感进行研究，产品与应用环境和谐统一。

②、独特的结构设计

包含透光玻璃、投光光源面环、投光光源透光板、投光灯光源、恒流电源、主灯体、带雷达和音频数据采集探头的智能控制器、氛围等待光源及安装基座等结构部件的设计研究。

③、控制方案设计研究

动作互动控制模式：通过景观照明智能控制中心控制智能控制系统切换动作控制单元为第一优先级，雷达接收到脚步触发动作并通过模数转换装置输出数字控制信号控制氛围灯/投光灯进行相应的灯光色彩變化。

音频互动控制模式：通过景观照明智能控制中心控制智能控制系统切换音频控制单元为第一优先级，音频探头接收到音乐或呼喊声等音频通过模数转换装置输出数字控制信号控制氛围灯/投光灯进行相应的灯光色彩变化。

灯光联控模式：通过景观照明智能控制中心控制智能控制系统切换为分控器模式，并通过4G路由器将多个石鼓灯的控制系统接入到互联网主控器，实现多个石鼓灯的联动表演功能。

脱机控制模式：智能控制系统脱机模式，作为备用带DMX512数据接口，可外接DMX512控制信号，也可串接实现多台石鼓灯统一灯光变化。

（3）、智能控制系统分控器单元硬件设计研究

分控器单元采用ARM+FPGA架构，主要包括以下价格模块：ARM分处理器模块、存储模块、网络控制器模块、FPGA模块、LCD显示模块、指示LED模块、动作控制单元、音频控制单元及扩展接口

①、ARM处理器（采用S3C241）模块主要负责接收属于本控制分控器的数据，然后通过FPGA并行输出显示数据到各个RGBLED光源上。

②、存储模块采用256MB的SLC NandFlashK9F2G08，主要用来存放系统代码、Linux文件系统。

③、网络控制器模块采用的是10/100Mbps速率的双端口以太网交换控制器芯片DM9003，DM9003连接自带网络变压器的双RJ45接口GR911205C来实现网络功能。

④、FPGA模块负责控制RGBLED光源显示，采用EP4CE6E22C8，S3C2416处理器通过外部并行总线接口与EP4CE6E22C8实现互联。

⑤、LCD显示模块采用的是HJ0802A，HJ0802A是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块，主要用来显示一些系统信息。

⑥、动作控制单元采用高灵敏度的微波发射接收装置。

⑦、音频控制单元采用高灵敏度的音频发射接收装置。

⑧、根据扩展需要配扩展接口。

（4）、智能控制系统主控器硬件设计研究

主控器采用ARM架构，主要包括：处理器模块、存储模块、网络控制器模块、SD卡模块、LCD显示模块、指示LED模块和外部存储电路。

①、处理器模块采用ARM CortexTM-A8处理器AM3354。

②、存储模块采用256MB的SLC NandFlash MT29F2G08ABBE，主要用来存放系统代码、Linux文件系统。

③、 网络控制器模块主要用来收发数据，设计两个物理层芯片AR8031来实现物理层的连接。

④、SD卡模块通过SDIO接口与AM3354处理器实现连接。当LED景观照明控制系统工作在脱机模式下时，SD卡模块用来存放整个系统的控制参数和RGB LED光源显示数据

⑤、LCD显示模块采用的是HJ0802A。

⑥、外部存储电路采用单颗DDR3方案，16位数据总线、容量为512MB的MT41K256M16HA-15E。AM3354处理器通过芯片自带的DDR接口与其相连，主要用来运行Linux系统。

（5）、系统软件方案设计

系统的软件设计主要包括内核系统软件和上层应用程序，考虑到系统的复杂性，操作系统选择Linux，是基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程、多进程和多CPU的的操作系统，支持32位和64位处理器。

2关键问题、难点

（1）、不同应用场景下的景观灯工业设计及仿生学设计理念;

（2）、控制方案设计以及实现：多控制动作下，主控单元和分控单元协调动作问题。

（3）、传感检测单元的选型。

结论

该项目的研发将彻底解决现有景观灯外观设计和控制系统设计的不足，从出光、结构外观、安装更换便捷上及智能化这几个方面进行设计改善，让地景观灯类产品更适合市场的需求。另外，随着人们生活物质水平的不断的提高，对于这种景观灯类亮化产品不管是安装维护，出光效果、娱乐性功能等要求都在不断提高，有了本项目的研发成果，就可以有效解决现有景观灯类产品的笨重，安装不方便，不美观、整体环境融入性差，娱乐性不足等各个方面的缺点，为此类产品能提供更优使用体验做出重大贡献。