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景观灯饰系统灯具管理方法及实现

时间: 2015-03-10 编号:sb201503101064 作者:蜂朝网
类别:硕士论文 行业: 字数:32000 点击量:1204
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文章摘要:
本文是硕士论文,为了适应城市建筑物表皮媒体化的趋势,大量 LED 景观灯饰不断涌现。针对在建筑物表皮上安装设计 LED 灯饰困难的情况,景观灯饰控制系统提出一种快捷的工程实施方案。

第一章 绪论


1.1 课题研究背景

传统的照明灯具主要是由白炽灯、日光灯和高压放电灯组成,但是由于其不环保,效率低,以及寿命短等缺点,正逐步被 LED 照明灯具取代。美国于 2014 年起就全面禁售白炽灯,中国也将在 2014 年 10 月起禁止 60 瓦的白炽灯的销售[1]。相反,LED 照明正迎来其蓬勃发展的时机。未来 3 年内,LED 照明产业将会有大幅度地成长[2]。LED 的全称是发光二极管(Light Emitting Diode),是一种应用场所广泛的新兴光源。因为其具有高效节能、使用寿命长、环保等优点,LED 被称为第四代照明光源[3]。LED的照明方式主要分为智能化照明、功能性情景照明和建筑一体化的照明三种[4]。随着LED 技术的发展及成本的降低,LED 应用领域不断拓宽,包括最初的应用——标识与指示性照明、显示屏幕、背光应用、汽车照明、室内装饰灯、景观照明和通用照明。其中标识与指示性照明的应用实例包括状态显示灯、计算器的显示小屏、道路路面的分隔显示、LED 信号灯和路灯等。室内装饰灯的实例包括室内空间展示照明、娱乐场所及舞台照明等。目前国内 LED 应用最为广泛的领域是景观照明[5]。景观照明是带有艺术装饰和美化环境功能的照明工程,主要包括道路景观照明、园林广场景观照明和建筑景观照明。景观照明不仅能提供柔和舒服的光照环境,还能为建筑增添一层浓浓的艺术气息,带给人们一种舒适的身心感受。传统的景观照明方式为霓虹灯照明,由于其色彩丰富、亮度高以及价格适中等优点被广泛应用于店面广告、招牌和建筑物装饰等地方。但由于存在能耗高、寿命短、易破碎残缺等缺点,且政府因为其耗电高而限制其使用,霓虹灯慢慢退出了景观照明市场,取而代之的是 LED 景观照明。

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1.2 课题研究的目的和意义

为了适应城市建筑物表皮媒体化的趋势,大量 LED 景观灯饰不断涌现。针对在建筑物表皮上安装设计 LED 灯饰困难的情况,景观灯饰控制系统提出一种快捷的工程实施方案。使用景观灯饰系统,能够利用在计算机上虚拟出来的建筑物模型完成 LED 灯饰的设计工作。也就是说景观灯饰系统能够在施工前设计出合理的 LED 景观灯的布局情况。在 LED 景观灯工程施工完毕后,可以利用景观灯系统模拟真实的景观灯装饰工程的布局,完成物理灯具到计算机的映射工作。然后,可以在计算机上设计景观灯装饰工程需要显示的多媒体效果,实时或非实时地将多媒体信息传输到 LED 灯饰上。本文的研究目的是重新设计原有的灯饰布局编辑器,提供快速便捷的灯具生成手段、自动化的管理方法、同时设计和管理多个屏幕的技术,并提升灯饰布局编辑器的视图显示效果,提升处理能力和运行速度。为用户提供快速便捷的解决方案,完成灯具的物理布局以及控制逻辑的映射工作,提高布局信息文件的正确性,提高使用效率。

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第二章 景观灯饰系统的体系结构


2.1 物理模块

景观灯饰系统主要硬件按照 top-down 的顺序依次为:计算机(控制端)、DVI 控制器、脱机控制器、数据分配器、数据缓冲器和 LED 灯具阵列。其中计算机是整个系统的控制中心,需要在计算机上完成景观灯饰的布局映射(灯具在真实环境的摆放情况)和灯饰系统的多媒体信息的数据生成工作。DVI 控制器只在大规模时才使用,根据灯具布局信息实时生成效果数据并封装成以太网数据帧,然后发送给数据分配器[11]。脱机控制器(主控器)是为中小规模景观灯饰系统需要而提出的主控制器,能够实现脱机(脱离计算机的控制)的效果播放。效果文件(数据文件)存储在高速 SD 卡中,主控器能够根据播放方式(顺序播放、单个文件播放等)读取 SD 卡中的多媒体信息,然后封装到以太网数据帧中,并且发送到以太网[12]。数据分配器(分控器)是灯饰系统中负责数据解析和快速转发的单元,灯饰系统通常需要多个数据分配器,这些数据分配器采用以太网级联方式进行串联[13],以降低并联布线的复杂度。景观灯饰系统按照功能可以划分为数据采集模块、数据传输模块和成像模块。接下逐一介绍三大模块的工作原理。

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2.2 软件模块

景观灯饰系统的软件模块包括灯饰布局编辑器和灯饰系统软控制器(效果生成软件)两部分。灯饰布局编辑器是一款计算机辅助设计软件,用于设计 LED 灯饰屏幕的布局(LED 灯具的摆放方式和整体外观形状)。灯饰系统软控制器能够根据实际工程中 LED灯具的摆放位置,实时或非实时地将计算机截取到的多媒体信息发送到后端的成像模块[11]。其中灯饰布局编辑器如图 2. 4 所示。数据分配器是按照级联的方式进行连接的,数据分配器的编号必须连续才能够正确接收到属于自己的数据包。同时,编号作为数据分配器和灯具控制输出端口的唯一标识,在同一个工程中不能重复。而原有的灯饰布局编辑器没有提供任何编号重复检测功能和数据分配器编号连续的检测功能,需要用户自己检查当前工程中的编号。当工程的规模较大的时候,人工检查的效率和正确性都得不到保证。同时灯饰布局编辑器没有提供已添加硬件的清单列表,用户无法估计当前工程的硬件使用及分配情况。灯具的位置和计算机像素的映射关系不够精确。在原有灯饰布局编辑器的布局画布上灯具的位置是用计算机像素进行描述的。如坐标值为(3,5)的灯具映射到截屏框的位置是偏离起点的第三行第五列的像素。而在布局画布上,像素灯图形是有大小的(4 个计算机显示像素),两个位置相隔一个计算机像素的像素灯会交错重叠在一起,导致了灯具编辑困难。同时不能通过拖动鼠标来精确改变像素灯的位置,如无法通过拖动像素灯的手段将(3,5)上的像素灯拖到(4,5)位置上。原因是鼠标移动的精度不够,不能达到像素级别。


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第三章 灯饰布局编辑器的详细设计.......13

3.1 灯饰布局编辑器的需求分析...... 13

3.2 软件开发环境与工具.... 15

3.2.1 开发环境与工具....... 15

3.2.2 2D 绘图引擎...... 15

3.3 灯饰布局编辑器工作流程.......... 16

3.4 灯饰布局编辑器的总体设计思路..... 17

3.5 灯饰布局编辑器协议.... 23

3.6 功能模块设计......... 26

3.7 本章小结.......... 37

第四章 系统中关键技术研究.....38

4.1 数据结构的设计..... 38

4.2 面向对象与设计模式的使用...... 44

4.3 视图显示方案......... 48

4.4 多屏幕及灯具管理技术....... 56

4.5 反走样旋转技术..... 63

4.6 本章小结.......... 66

第五章 系统测试方案及结果分析....67

5.1 测试实验目的......... 67

5.2 实验内容.......... 67

5.3 实验环境.......... 67

5.4 实验步骤及结果..... 68

5.5 实验总结.......... 71


第五章 系统测试方案及结果分析


5.1 测试实验目的

测试灯饰布局编辑器的各项功能,确保每一项功能正确。结合整个景观灯饰系统进行系统地测试,确保灯饰布局编辑器在系统中的正确性及完整性。测试灯饰布局编辑器的运行性能是否得到提升。针对灯饰布局编辑器的测试主要分为三大块:功能模块测试、系统联调测试和性能测试。功能模块测试是针对灯饰布局编辑器的主要功能模块进行测试,本文对各个模块都进行了详细的功能测试,在此着重介绍“检测重复不连续的数据分配器”这一项功能的测试。系统联调测试是结合整个景观灯饰系统进行测试,在一块矩形屏幕上进行测试。性能测试主要是测试灯饰布局编辑器在进行大规模布灯的时候的响应速度。本文采用分辨率为 48*352 的矩形曲面屏幕作测试。该屏幕总有 11 个数据分配器,每个数据分配器有8 个灯具控制输出端口,每个端口下驱动 192个像素灯。LED 矩形屏幕的内部连接结构图如图 5. 1 所示,图中数据采集模块使用的是脱机控制器,正如前文所讲述的,还可以采用联机的播放方式作为数据采集模块。

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结论


经过硕士期间的学习积累,以及导师耐心的指引和项目组成员的互帮互助下,终于顺利完成了本课题的研究及开发工作。在本文的最后,对本文所做的工作进行总结,并提出在未来的工作中,本文的工作可以继续完善的地方。景观灯饰系统是随着 LED 景观灯饰工程日渐增长的需求及其对快速解决方案的需求而提出的。作为景观灯饰系统的一部分,灯饰布局编辑器承载着建设 LED 景观工程的第一步工作,要在计算机上映射真实的景观灯饰的布局情况,为后续的灯饰系统软控制器软件提供效果生成的前提文件。针对原有灯饰布局编辑器的不足,重新设计的灯饰布局编辑器提供了大量便捷的布灯、设置灯具参数的操作,并提出自动化管理灯具、设计且管理多屏幕的方法,很大程度上提升软件的处理能力,使其能够正确且高效地完成景观灯饰工程的布局工作。

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参考文献(略)


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