向大芳，侯文欣，蔡嘉敏

(1. 廣東松山職業(yè)技術(shù)學院，廣東 韶關(guān)，512126;2. 名游網(wǎng)絡科技有限公司，廣東 深圳 518067)

LED燈在虛擬顯示終端中動態(tài)定位與自動尋址的研究與設計

向大芳1，侯文欣1，蔡嘉敏2

(1. 廣東松山職業(yè)技術(shù)學院，廣東 韶關(guān)，512126;2. 名游網(wǎng)絡科技有限公司，廣東 深圳 518067)

傳統(tǒng)LED燈集群控制系統(tǒng)采用列表清單實現(xiàn)，有諸多缺陷。采用地圖和地圖標記結(jié)合的視圖表現(xiàn)手法，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，研究LED燈在虛擬顯示終端中動態(tài)定位與自動尋址的地圖顯示方法，克服現(xiàn)有LED燈產(chǎn)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(jié)合距離定位技術(shù)，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(jié)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。

動態(tài)定位；虛擬地圖；LED

0 引言

科學技術(shù)的進步以及新照明技術(shù)的出現(xiàn)，對城市景觀及辦公照明的技術(shù)性和藝術(shù)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(fā)光二極管)發(fā)光產(chǎn)品以節(jié)能、壽命長、應用廣泛、控制靈活、色彩絢麗、綠色環(huán)保等特點在照明和裝飾領(lǐng)域逐漸受到大家關(guān)注[1-3]。長期以來，LED燈的控制一直采用物理開關(guān)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(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，在家電上安裝WiFi模塊，在其之間構(gòu)建網(wǎng)絡，有利于通過監(jiān)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(qū)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(qū)分個體，管理不便。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段[4-5]。隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的普及，消費者對生活環(huán)境的體驗指數(shù)要求不斷提高，智能家居這類新興行業(yè)備受關(guān)注。隨著現(xiàn)今軟件技術(shù)和硬件技術(shù)的成熟，使之從概念逐漸走向現(xiàn)實。智能家居帶給消費者一種更優(yōu)質(zhì)的設備交互體驗，但從目前上市的智能家居產(chǎn)業(yè)來看，該類產(chǎn)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(chǎn)品數(shù)量少，無法應對企業(yè)應用規(guī)模級別的應用環(huán)境，而解決該問題的技術(shù)難點在于在大規(guī)模的智能家居產(chǎn)品應用場合下，消費者如何對每個個體的云控產(chǎn)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(chǎn)品，那么消費者A會分別為這兩款智能家居產(chǎn)品命名來區(qū)分它們，當消費者A所使用產(chǎn)品擴展到一定規(guī)模的時候，消費者A需要面對的任務是為這如此大規(guī)模的設備作出識別標記，這是挑戰(zhàn)消費者記憶力和耐性的問題。

2 動態(tài)定位與自動尋址的設計思路

為克服現(xiàn)有LED燈產(chǎn)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(xiàn)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(guān)鍵問題是如何解決LED燈的動態(tài)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(tǒng)。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(chǔ)上對房間平面布局圖進行網(wǎng)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(jié)合距離定位技術(shù)，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(shù)據(jù)，由于是二維虛擬地圖，因此不需要采集高度。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(guī)格房間的等比例樓層房間平面布局圖，如圖1所示。

圖1 樓層房間平面布局圖

4 網(wǎng)格劃分樓層房間平面布局圖

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

圖2 網(wǎng)格化的樓層房間平面布局圖

實際上，任何不規(guī)則的房間輪廓都可以通過分配網(wǎng)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(wǎng)格組成。網(wǎng)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(wǎng)絡數(shù)據(jù)量也會越大。如圖3所示，圖中左邊的圖形對應的網(wǎng)格密度低，圖中右邊的圖像對應的網(wǎng)格密度高，左右對比可以得出，網(wǎng)格密度高的房間邊緣比網(wǎng)格密度低的房間邊緣更平滑，同時誤差也會更小。

圖3 不同網(wǎng)格密度的樓層房間平面布局圖

5 換算LED燈的坐標

采集LED燈的物理數(shù)據(jù)包括狀態(tài)、類型以及坐標位置信息，其中狀態(tài)包括打開、關(guān)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(tài)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)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(tài)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(qū)的軸)上繪制一個虛擬繪圖區(qū)，之后以單個LED燈為單位，根據(jù)LED的類型選擇不同的填充圖案，生成浮動層。根據(jù)從數(shù)據(jù)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(qū)內(nèi)。

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

圖4 LED燈的坐標信息

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(qū)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6 LED燈集群控制系統(tǒng)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(qū)了。以LED_A為例，創(chuàng)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(qū)paint_div內(nèi)，則該LED_A燈浮動層div的位置將會相對于虛擬繪圖區(qū)paint_div， 把left(浮動層左邊緣到虛擬繪圖區(qū)左邊緣的距離)和top(浮動層上邊緣到虛擬繪圖區(qū)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。

圖5 LED燈繪制示意圖

如果實際需要顯示的區(qū)間大小為300×200(像素)(縮放50%)，則先把房間平面圖根據(jù)顯示區(qū)間縮放顯示，并建立一個與該顯示區(qū)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(chuàng)建一個固定大小的LED燈浮動層像素區(qū)域(如默認值為40×40，則縮放后為20×20)，把該像素區(qū)域添加到虛擬繪圖層上，根據(jù)x=229，y=149，設置像素區(qū)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。

7 LED燈集群控制系統(tǒng)的設計

LED燈集群控制系統(tǒng)的流程如圖6所示。系統(tǒng)采用MVC模式設計，系統(tǒng)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(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取樓層房間平面布局圖，然后系統(tǒng)建立與上述樓層房間平面布局圖大小相等的網(wǎng)格圖，在該網(wǎng)格圖中存儲各個房間區(qū)域內(nèi)的不規(guī)則房間輪廓所對應的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，用以描述同一樓層的各個房間區(qū)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(jù)從數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)持久化到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。在虛擬地圖的繪制階段，系統(tǒng)加載房間的建筑輪廓圖，并在其上繪制一個虛擬繪圖區(qū)，根據(jù)不同LED類型對應的不同的填充圖案生成浮動層；而后從數(shù)據(jù)庫獲取LED燈的坐標位置，根據(jù)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(jù)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(qū)域內(nèi)。系統(tǒng)繪制LED過程中的時序如圖7所示。

繪制完成后，系統(tǒng)在樓層房間平面布局圖上監(jiān)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(fā)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(wǎng)格的屬主以確認該點擊操作所點擊的區(qū)域，同時在該區(qū)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(tǒng)會自動計算位置移動后的LED燈坐標位置信息并更新數(shù)據(jù)庫。

8 結(jié)論

采用地圖標記定位到云控產(chǎn)品的方式克服了現(xiàn)有LED燈產(chǎn)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(jié)合距離定位技術(shù)，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(tǒng)的列表清單，采用地圖和地圖標記結(jié)合的視圖表現(xiàn)手法，較原始的列表清單更適用于大規(guī)模

圖7 LED繪制過程時序圖

數(shù)據(jù)的描述，避免大數(shù)據(jù)下的列表分頁切換，優(yōu)化用戶體驗。通過預先儲存的地圖資源和云控產(chǎn)品的地理描述數(shù)據(jù)，能夠準確地在地圖資源上繪制出各個云控產(chǎn)品的位置。在這種地圖呈現(xiàn)的方式下，地圖上的標記可以更直觀地反饋出其與現(xiàn)實中物理個體的對照聯(lián)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(chǎn)品標記均由系統(tǒng)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(diào)整位置數(shù)據(jù)，儲存到數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)根據(jù)該地理數(shù)據(jù)信息在地理資源上描繪出地圖標記，用戶只需要根據(jù)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(jié)合的視圖表現(xiàn)手法，可以提高故障反饋效率，當產(chǎn)品發(fā)生故障時能夠從地圖定位到故障產(chǎn)品所在的位置。該方式為實現(xiàn)LED燈產(chǎn)品的無線集群控制提供有益幫助，便于實現(xiàn)對LED燈工作狀態(tài)的監(jiān)控和高效的管理功能，具有很好的工業(yè)應用前景。

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The research and design of LED light dynamic positioning and automatic addressing in virtual display terminal

Xiang Dafang1,Hou Wenxin1,Cai Jiamin2

(1.Guangdong Songshan Polytechnic College,Shaoguan 512126, China; 2. Mingyou Network Technology Co., Ltd.,Shenzhen 518067, China)

Based on file lists, traditional Led cluster control system is defective. Indor to overcom the defects and deficiencies of available technology, this paper renders the view by combining maps and map markers to study the display methods of LED light in virtual display terminal and automatic addressing, which overcomes difficulties in geographical limitation, functional limitation and individual identification. The method combines the technique of range positioning to facilitate LED light with direct positioning and addressing. The experimental results show that users can precisely position and control LED light on actual corresponding geographical location by map markers.

dynamic positioning；virtual map；LED

TP302.1

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.24.004

向大芳，侯文欣，蔡嘉敏. LED燈在虛擬顯示終端中動態(tài)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.

2016-06-30)

向大芳(1982-)，男，本科，講師，主要研究方向：算法與信息系統(tǒng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、軟件工程。

侯文欣(1987-)，女，本科，主要研究方向：信息系統(tǒng)、教學研究。

蔡嘉敏(1992-)，女，?？?，主要研究方向：算法與信息系統(tǒng)。