城市亮化工程中嵌入式景观照明多功能控制器的设计研究

宋裕

摘 要：景观照明是城市亮化工程中的重点，是体现城市文化底蕴的重要方式，对于城市形象的塑造具有重要意义。近年来，伴随城市化进程的加快，嵌入型景观照明正朝向立体照明的方向发展，高密度的LED灯光矩阵已经是大势所趋。但传统大型景观照明控制系统存在很大不足，难以满足大规模景观照明的实时监控需求。鉴于此，本文对嵌入式景观照明多功能控制器的设计研究，展开具体分析。

关键词：城市亮化工程;嵌入式;景观照明;多功能控制器

21世纪以来，照明技术得到迅速发展，当前人们越来越重视观赏性的照明技术，城市的亮化工程需要灯光与周边环境的整体协调，通过多元化的艺术手段营造美好的夜景，丰富城市夜景的表现形式及内涵。LED在景观照明中的应用逐渐发展成为全新的产业，并在照明市场中具有重要作用。景观照明是装饰性照明，其目的是为了美化城市，通过借助光线的强弱变化，提升城市建筑物的美感。城市亮化工程中的照明媒介比较多，比如商业中心、城市园林及名胜古迹等，搭配LED灯具与城市建筑有机融合，能将城市的魅力充分彰显出来。城市亮化是靓丽城市夜景的重要标志，可以提升城市的形象及知名度，实现城市商业及旅游业的可持續发展。与普通的灯饰系统相比，通过LED灯光矩阵作为控制对象的大型景观照明控制系统，其功能呈现出多元化的特点，所以与之相匹配的景观照明控制器正朝向高新科技发展。景观照明控制器是驱动LED灯光花样展示的关键元件，为满足大型景观照明的内在需求，亟须高性能的控制器与之相契合。

1 嵌入式景观照明多功能控制器的需求分析

1.1 系统整体结构

嵌入式景观照明多功能控制器是“基于云平台的城市级大型景观照明控制系统”的关键元件，该系统以大型景观照明为依托，根据互联网通信技术、嵌入式技术的优势，创新传统大型景观照明控制系统，并提供远程视频更新、同步协调控制等服务，为景观照明的动态监控提供重要参考[1]。“云+端”建构，用户端、平台及设备端是该系统的重要组成部分。用户端指的是人为操作的移动应用等，具备对设备端远程管理的能力;设备端是在工作现场安装的嵌入式设备，具备互联网访问能力。云平台能有效集中空间上广泛分布的设备端，确保用户端对设备端的实时监控及远程管理，如图1所示。

1.2 景观照明控制器的需求分析

景观照明控制器是大型景观照明控制系统中的核心组成部分，不仅要科学控制LED灯光矩阵的显示任务，还要自觉接受云平台的监督及管理。要求可以按照预先设定好的节目列表执行播放任务，并在特定时间段进行播放，比如每周模式、单词模式等，通过对节目清单的在线管理，便于在线查询视频输出参数，了解其输出尺寸，要实现对景观照明控制器的工作状态的实时监督，方便相关输出参数及信息的查询[2]。

2 嵌入式景观照明多功能控制器的软硬件设计方案

景观照明控制器是种嵌入式计算机，其主要是针对特定场合及特定功能需求设置的，具有高度的定制特点。嵌入式景观照明控制器分为硬件与软件两个部分，接下来对其设计方案展开具体分析。

2.1 硬件设计方案

硬件设计要以景观照明控制器的功能需要为主，首先要合理确定硬件组成元件，确保可以满足景观照明控制器的性能要求，比如芯片性能、开发调试及功能拓展性等问题，科学选择硬件芯片实现电路设计。在景观照明控制器的硬件设计中，主要由处理器、视频输出、电源管理、存储器、电源管理、网络通信及开发接口等模块组成。基于景观照明控制器的性能特点，对其性能与可靠性等因素进行分析，满足高清视频解码及处理的需求。同时，LED指示灯主要显示景观照明控制器的运行状态，涵盖视频输出、播放及网络工作状态等内容，景观照明控制器的电路板如图2所示。

2.2 软件设计方案

嵌入式操作系统是嵌入式计算机的重要组成部分，涵盖与硬件相关的系统内核、通信协议及设备驱动接口等模块，主要负责软、硬件资源的控制、协调及调度接活动。通常应用的Linux软件平台的搭建工作包括内核的裁剪移植、根文件系统的制作及引导程序的移植等。按照其需求可以得出：景观照明控制器的功能呈现多元化的特点，为了更好开发应用软件，可以将其功能划分为不同功能模块，应用固定的形式进行交互，并非是可以随意访问。模块设备可以让任务功能的划分更加明确，在某种意义上减少了应用软件的程序设计的繁琐性，对于其功能的拓展及升级维护具有重要作用。结合景观照明控制器的功能需求，可以将应用功能划分为应用管理、文件下载及视频播放等模块。应用软件的各个模块互不干扰，有效减少了模块之间的干扰，防止由于局部异常造成景观照明控制器出现故障，便于异常情况的快速处理。其中，应用管理模块是系统运行的关键，可以管理和控制其他模块。但是因为模块设计会造成模块之间的隔离，对模块协作开展增加了难度，各个功能模块只能通过进程间通信实现数据之间的交互。

3 展望

毫无疑问，未来的景观照明多功能控制器的设计，依旧是依托于高新技术而发展。未来的人类社会即将步入全面智慧社会，所以，智慧控制肯定会由于多功能控制。由电气化到智能化，再到智慧化这是照明控制技术发展的必然趋势。从智能控制到智慧控制，离不来人工智能。而人工智能、能源技术及空间技术合称为世界三大尖端技术。21世纪以来，人工智能对人们的社会生活带来了巨大便利。相信在不久的未来，智慧照明控制系统（人工智能系统）会实现“意念交互”的发展。优化控制是景观照明智能控制系统的主要任务，而科学的网络通信架构为完成这个核心任务提供了重要的技术保障。关于景观照明的多功能控制，要革新系统设计方案，全面研究优化控制的相关理论。当前景观照明智能控制已经发展至无线通信、自动发现、光波通信的全新进程，落后的网络技术难以满足智能景观照明的具体需求。同时，“云”概念已经发展至实践拓展阶段，全面提升了人类的信息化水平。“云”主要是“云端”的辅助，为景观照明系统的控制提供了巨大便利。

综上所述，城市亮化是靓丽城市夜景的重要标志，可以提升城市的形象及知名度，对于当地经济的发展具有重要意义，因此这就需要多功能的景观照明控制器。景观照明控制器是驱动LED灯光花样展示的关键元件，为满足大型景观照明的内在需求，亟须高性能的控制器。要按照预先设定好的节目列表执行播放任务，并在特定时间段进行播放。因此，可以考虑在当前硬件系统的设计前提下，通过5G、Wi-Fi等无线通信手段，为景观照明控制器提供更多的网络接入选择，满足其个性化发展需求，极大拓展了其发展空间。通过应用CPU处理图像的过程中加速硬件，当前视频图像的尺寸变化及色彩变幻都是通过FFmpeg软件进行处理的，这会消耗比较大的CPU计算资源，所以，在未来的研究中可以尝试通过CPU辅助对图像进行处理，从而减少CPU的运算负荷。

参考文献：

[1]刘付永红，谢再晋，颜中杰.基于FT232RL的LED内控护栏管设计[J].电子设计工程，2019，027（010）：29-33.

[2]任佳妮.走向环境友好型的景观设计——以新型乔木景观照明装置为例[J].城市住宅，2019，026（005）：205-206.