向大芳1，侯文欣1，蔡嘉敏2

　　(1. 廣東松山職業技術學院，廣東 韶關，512126;2. 名游網絡科技有限公司，廣東 深圳 518067)

       摘要：傳統LED燈集群控制系統采用列表清單實現，有諸多缺陷。采用地圖和地圖標記結合的視圖表現手法，克服現有技術的缺點與不足，研究LED燈在虛擬顯示終端中動態定位與自動尋址的地圖顯示方法，克服現有LED燈產品控制的地域限制、功能限制以及集群控制場合下個體識別困難等問題，結合距離定位技術，提供一種通過地圖對LED燈直接定位尋址的便利功能。實驗結果表明，該設計使用戶可以通過地圖上的標識對相應的實際地理位置上的LED燈進行精確定位控制。

　　關鍵詞：動態定位；虛擬地圖；LED

　　中圖分類號：TP302.1文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.24.004

　　引用格式：向大芳，侯文欣，蔡嘉敏. LED燈在虛擬顯示終端中動態定位與自動尋址的研究與設計［J］.微型機與應用，2016,35（24）：1215,18.

0引言

　　科學技術的進步以及新照明技術的出現，對城市景觀及辦公照明的技術性和藝術性要求越來越高。特別是國家提出“綠色照明工程”之后，新型的照明光源LED（發光二極管）發光產品以節能、壽命長、應用廣泛、控制靈活、色彩絢麗、綠色環保等特點在照明和裝飾領域逐漸受到大家關注［13］。長期以來，LED燈的控制一直采用物理開關的形式，在距離和操作上缺乏靈活性。近期新興的云控、智能家居的概念采用互聯網通信技術，在家電上安裝WiFi模塊，在其之間構建網絡，有利于通過監測來檢查故障，使得遠程控制成為可能，但是該類應用普遍把每一種類的家電單獨看作一個獨立的個體，以識別名來區分不同家電，大多應用于小型場所。當該類應用面向整個建筑物的LED燈集群控制的時候，難以區分個體，管理不便。

1發展現狀

　　物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段［45］。隨著物聯網概念的普及，消費者對生活環境的體驗指數要求不斷提高，智能家居這類新興行業備受關注。隨著現今軟件技術和硬件技術的成熟，使之從概念逐漸走向現實。智能家居帶給消費者一種更優質的設備交互體驗，但從目前上市的智能家居產業來看，該類產品面向的消費對象都集中于小型家庭、個體用戶等，所管理的家居產品數量少，無法應對企業應用規模級別的應用環境，而解決該問題的技術難點在于在大規模的智能家居產品應用場合下，消費者如何對每個個體的云控產品作出識別和單一控制［68］。以一個小型家庭為例，消費者A購買了兩款智能家居產品，那么消費者A會分別為這兩款智能家居產品命名來區分它們，當消費者A所使用產品擴展到一定規模的時候，消費者A需要面對的任務是為這如此大規模的設備作出識別標記，這是挑戰消費者記憶力和耐性的問題。

2動態定位與自動尋址的設計思路

　　為克服現有LED燈產品控制的地域限制、功能限制以及集群控制場合下個體識別困難等問題，實現LED燈在顯示終端（如顯示器、移動設備等）上的虛擬地圖中的顯示，涉及的關鍵問題是如何解決LED燈的動態定位以及自動尋址。

　　研究方案以虛擬仿真方式提供可視化的LED集群遠程控制系統。在該方案中,首先對LED燈所在的房間進行虛擬化得到房間平面布局圖，在此基礎上對房間平面布局圖進行網格劃分，然后建立房間建筑輪廓圖的坐標參考系并換算量化每個LED燈坐標位置，最后在給定的坐標上繪制LED燈。結合距離定位技術，通過虛擬地圖對LED燈直接定位尋址，使用戶可以通過地圖上的標識對相應的實際地理位置上的LED燈進行精確定位控制。

3虛擬樓層房間平面布局

　　采集每一層樓的實際平面尺寸數據，由于是二維虛擬地圖，因此不需要采集高度。根據采集的數據繪制等比例的樓層房間平面布局圖，樓層房間平面布局圖以獨立文件的形式存儲在數據庫中的子庫（樓層房間平面布局圖片庫）中，文件名與樓層編號一一對應，包含room_a、room_b、room_c三個不同規格房間的等比例樓層房間平面布局圖，如圖1所示。

4網格劃分樓層房間平面布局圖

　　在樓層房間布局圖上劃分網格，每個房間看作由多個網格拼接而成，如圖2所示。劃分的網格越多，拼接出來的房間區域就越能模擬一些不規則的房間輪廓，根據房間輪廓來劃分網格的區域所屬，存儲各個房間區域內的所有網格數據，用以區分不同的房間。　

　　實際上，任何不規則的房間輪廓都可以通過分配網格來描述，一個三角形的房間可以看作是以高度依次遞減的長方形組成，而長方形則由多個網格組成。網格劃分得精細度越高，則描述出來的三角形輪廓的房間邊緣越平滑，誤差越少，但同時用于存儲這些信息的網絡數據量也會越大。如圖3所示，圖中左邊的圖形對應的網格密度低，圖中右邊的圖像對應的網格密度高，左右對比可以得出，網格密度高的房間邊緣比網格密度低的房間邊緣更平滑，同時誤差也會更小。

5換算LED燈的坐標

　　采集LED燈的物理數據包括狀態、類型以及坐標位置信息，其中狀態包括打開、關閉和故障等，類型包括落地燈和條形燈等，坐標位置信息可以是（x軸，y軸）的形式，也可以是（曲徑，弧度）的形式。將采集到的LED燈的物理狀態數據存入數據庫中。

　　在樓層房間平面布局圖上建立樓層房間平面布局圖的坐標參考系，從數據庫中獲取LED燈信息，以距離定位的方式記錄每個LED燈相對于樓層房間平面布局圖參照點的坐標位置，并將這些數據存儲于數據庫中。這些坐標位置信息將被用于在樓層房間平面布局圖上動態繪制LED燈。

6繪制LED燈

　　繪制LED燈時，在房間地圖的z軸（垂直延伸到顯示區的軸）上繪制一個虛擬繪圖區，之后以單個LED燈為單位，根據LED的類型選擇不同的填充圖案，生成浮動層。根據從數據庫獲取的LED燈坐標等信息，通過LED燈信息資源的相對位置信息與頁面房間地圖實際顯示大小換算出該浮動層相對于頁面房間地圖的位置。設置浮動層的偏移距離，并把浮動層添加到虛擬繪圖區內。

　　假設房間平面圖顯示區域是600×400（像素），通過服務器從數據庫中獲取到的LED燈信息如圖4所示。

　　LED_A 類型：落地燈，坐標信息：x=229, y=149

　　LED_B 類型：條形燈，坐標信息：x=341, y=237

　　繪制虛擬繪圖區的方式是建立一個與房間平面圖等大的div（圖層），記為paint_div， position（位置）設置為relative（相對），使該虛擬繪圖層div與房間平面圖重疊，zindex（zindex 屬性設置元素的堆疊順序）在房間平面圖之上。

　　圖6LED燈集群控制系統流程圖接下來就可以把生成的LED燈的浮動層添加到虛擬繪圖區了。以LED_A為例，創建一個代表LED_A燈的浮動層div，position設置為absolute（絕對），添加到上述虛擬繪圖區paint_div內，則該LED_A燈浮動層div的位置將會相對于虛擬繪圖區paint_div， 把left（浮動層左邊緣到虛擬繪圖區左邊緣的距離）和top（浮動層上邊緣到虛擬繪圖區上邊緣的距離）分別設置為LED燈坐標信息里的x和y， background（背景）設置為LED燈類型相應的圖標，由此把LED燈的位置反饋在房間平面圖上，如圖5所示。

　　如果實際需要顯示的區間大小為300×200（像素）(縮放50%)，則先把房間平面圖根據顯示區間縮放顯示，并建立一個與該顯示區間等大的虛擬繪圖層使其重疊與房間平面圖的上方，然后將LED燈信息進行等比例換算后繪制到虛擬繪圖層上。以LED_A為例，創建一個固定大小的LED燈浮動層像素區域(如默認值為40×40，則縮放后為20×20)，把該像素區域添加到虛擬繪圖層上，根據x=229，y=149，設置像素區域以左上角為原點，偏移量算法為實際偏移量-該軸實際繪圖長度/2，則向下偏移為(149-20/2)=139像素，向右偏移量為(229-20/2)=219像素。

7LED燈集群控制系統的設計

　　LED燈集群控制系統的流程如圖6所示。系統采用MVC模式設計，系統先期采集并存儲樓層房間平面布局圖和LED燈信息。

　　用戶首先查看房間布局，從系統數據庫中獲取樓層房間平面布局圖，然后系統建立與上述樓層房間平面布局圖大小相等的網格圖，在該網格圖中存儲各個房間區域內的不規則房間輪廓所對應的網格數據，用以描述同一樓層的各個房間區域。在房間的建筑輪廓圖上建立房間建筑輪廓圖的坐標參考系，根據從數據庫中獲取的LED燈信息以距離定位的方式換算每個LED燈相對于房間建筑輪廓圖參照點的坐標，完成坐標換算后將這些數據持久化到系統數據庫中。在虛擬地圖的繪制階段，系統加載房間的建筑輪廓圖，并在其上繪制一個虛擬繪圖區，根據不同LED類型對應的不同的填充圖案生成浮動層；而后從數據庫獲取LED燈的坐標位置，根據LED燈信息資源的相對位置信息與頁面房間地圖實際顯示大小換算出該浮動層相對于頁面房間地圖的位置；最后根據縮放比例設置浮動層的偏移距離，并把浮動層添加到虛擬繪圖區域內。系統繪制LED過程中的時序如圖7所示。

　　繪制完成后，系統在樓層房間平面布局圖上監聽點擊事件的功能，當鼠標點擊樓層房間平面布局圖時，捕獲鼠標事件發生處相對于樓層房間平面布局圖的相對位置，分析點擊處所屬網格的屬主以確認該點擊操作所點擊的區域，同時在該區域上增加各種房間操作事件以及LED燈位置移動功能，用戶可以通過鼠標點擊單個LED燈或用鼠標框選多個LED燈來對選中的LED燈進行移動，系統會自動計算位置移動后的LED燈坐標位置信息并更新數據庫。

8結論

　　采用地圖標記定位到云控產品的方式克服了現有LED燈產品控制的地域限制、功能限制及集群控制場合下個體識別困難等問題，結合距離定位技術，使用戶可以通過地圖上的標識對相應的實際地理位置上的LED燈進行精確定位控制。該方式拋棄了傳統的列表清單，采用地圖和地圖標記結合的視圖表現手法，較原始的列表清單更適用于大規模圖7LED繪制過程時序圖

　　數據的描述，避免大數據下的列表分頁切換，優化用戶體驗。通過預先儲存的地圖資源和云控產品的地理描述數據，能夠準確地在地圖資源上繪制出各個云控產品的位置。在這種地圖呈現的方式下，地圖上的標記可以更直觀地反饋出其與現實中物理個體的對照聯系，用戶無需再為個體識別和維護投入更多的工作量，所有地圖上的云控產品標記均由系統自動生成、維護。只需要在初次使用的時候初始化地圖資源，在地圖上調整位置數據，儲存到數據庫中，系統根據該地理數據信息在地理資源上描繪出地圖標記，用戶只需要根據地圖上的標記就能夠快速方便地尋址到需要控制的目標單元。同時采用地圖和地圖標記結合的視圖表現手法，可以提高故障反饋效率，當產品發生故障時能夠從地圖定位到故障產品所在的位置。該方式為實現LED燈產品的無線集群控制提供有益幫助，便于實現對LED燈工作狀態的監控和高效的管理功能，具有很好的工業應用前景。

　　參考文獻

　　［1］ 鐘秋波.基于NIOS軟核的LED景觀燈控制系統設計［D］.哈爾濱:哈爾濱理工大學,2006.

　　［2］ 周曉波，郭順生.基于OpenGL的燈光仿真系統［J］.計算機仿真,2004,21(1):9395.