一种灯器的同步闪快速控制实现方法

摘要

本发明涉及一种灯器的同步闪快速控制实现方法，由微处理器、电源模块、GPS/北斗模块、LED灯头、光敏传感器和灯质拨码及通讯接口组成。微处理器通过灯质拨码修改灯质，或通过通讯接口接收外部指令来修改灯质；微处理器内部设置有一个时间定时器T1，用来控制灯器的亮/灭时长；微处理器内部有一个灯器的灯质控制结构寄存器，该结构寄存器存储下列数据：灯质的数据编码数组、灯质的数据编码数组序号、当前编码数据、同步闪控制时刻和时间同步时刻；同步闪时刻检查及同步闪控制操作是在由PPS信号引起的INT中断服务中完成的；灯质的数据编码数组中，偶数序号的数据编码为亮的时长编码，奇数序号的数据编码为灭的时长编码。采用本发明可每分钟实现同步闪烁的检查与控制，达到较精确的同步闪效果。

权利要求

1.一种灯器的同步闪快速控制实现方法，灯器的硬件终端由微处理器101、电源模块

102、GPS/北斗模块103、LED灯头104、光敏传感器和灯质拨码105及通讯接口106组成，电源模块102分别和微处理器101、GPS/北斗模块103、LED灯头104相连；微处理器101和GPS/北斗模块103、LED灯头104、光敏传感器和灯质拨码105及通讯接口106相连，其中微处理器101具有中断功能的INT引脚和GPS/北斗模块103的PPS信号引脚相连，微处理器101的UART引脚和GPS/北斗模块103的UART引脚相连，微处理器101的一个IO引脚和LED灯头104相连，灯的闪烁周期称为灯质，其特征在于：

1)微处理器101内部有一个灯器的灯质控制结构寄存器，该结构寄存器存储下列数据：灯质的数据编码数组、灯质的数据编码数组序号、当前编码数据、同步闪控制时刻，单位：分、时间同步时刻，单位：秒；

2)同步闪控制时刻，是在灯质确定后计算获得的，计算方法是：N＝M×SUMDZ×TT1/(1000×60)，

其中，SUMDZ为灯质的数据编码累积和；

TT1为定时器T1的周期，单位：毫秒；

M为实现N为整数的最小整数值；

N为整数，表示同步时刻，单位：分，取值范围：1～59，保存在同步闪控制时刻；

3)同步闪时刻检查及同步闪控制操作是在由PPS信号引起的INT中断服务中完成的；

4)所述的同步闪时刻检查，用UTC时时间乘以60后和UTC分时间的累加值除以同步闪控制时刻保存的数值，即求余运算，如果余数不为0，不进行同步闪控制操作；否则为0，进行同步闪控制操作；

5)所述的同步闪控制操作，将灯质的数据编码数组序号数据修改为0，即指向灯质的数据编码数组首地址，读取灯质的数据编码数组中序号0的数据编码到当前编码数据；

6)灯质的数据编码数组中，偶数序号的数据编码为亮的时长编码，奇数序号的数据编码为灭的时长编码。

说明书

一种灯器的同步闪快速控制实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种视觉导航设施——航标灯器，特别是一种灯器的同步闪快速控制实现方法。

背景技术

[0002] 沿航道设置的航标灯，在夜晚下有节奏地闪烁着(灯的闪烁周期，以下称为灯质)，可以为来往船舶指示航道状况，是保障船舶夜航安全的重要设施之一。但在复杂背景灯光(如夜晚城市霓虹灯光、港口作业灯光、航行船舶灯光等)影响下，常规航标灯对航道的指示作用被弱化，因此沿航道部署的、具有同步闪功能的航标灯在同一时刻同时亮或灭，可以使桥区航道界限更加分明，改善夜航环境，进而提高保障船舶夜航安全的能力。

[0003] ZL97204998.3公布了一种浮标灯同步闪光装置，由GPS接收天线、GPS接收机、接口电路、处理电路、电源管理电路、输出电路和浮标灯等组成，文献较早地把实现航标灯时间同步的关键技术借助当时的新技术GPS来解决，并指出对GPS串口输出的内容进行编程处理，得到任何整时或整分的信息，从而具有使各个浮标在相同时间共同闪光，由此奠定了日后基于GPS技术实现同步闪航标灯的硬件框架；ZL200420032200.7、ZL200820192645.X也针对各自应用提出了基于GPS技术的同步闪航标灯硬件设计。可见，航标灯实现同步闪的难点在于：如何将布设在较大区域内的、且相互独立的多个航标灯实现时间的同步。

[0004] 2002年12月曾祥君、尹项根、K.K.Li等在《中国电机工程学报》发表《GPS时钟在线监测与修正方法》，详细分析说明了GPS时钟误差的影响因素，并指出推广GPS时钟在重要工业领域中的应用，需解决两个问题：GPS时钟的实时监测和误差补偿。目前已周知的是，GPS接收机串口输出的报文是在产生PPS信号(PPS信号精度可达到纳秒级)并保持100ms时长后输出的，如仅对GPS输出的报文进行编程获得的时间，至少会有数百毫秒的误差，这种误差在时间精度要求较高的应用场合，是不可接受的，因此，采用结合PPS信号或其他辅助手段等来实现精确授时，无疑就成了本领域技术人员的自然选择。

[0005] ZL200710180533.2公开了一种高精度数据录取授时仪，将GPS的秒脉冲信息和绝对时间信息传递给录取控制板并校正控制板的内部时钟，以满足精度要求不高于为1×10-4秒的应用场合；ZL200810060615.8提供了一种基于GPS技术对电表授时的装置，为保证授时的精度，利用固定的补偿值补偿MCU和电表通信时间所产生的延时，具体是采用PPS信号触发中断，把内部的当前时间信息全部存储起来，当把GPS发送的报文信息全部解码出来后再把解码得到的时间信息加上触发后到解码完成所用的时间即可保证MCU内部的时钟与GPS时钟保持比较高度的一致(误差在1us以内)；CN201883394U还公开了一种通过串行信号与PPS秒脉冲信号互补的同步闪烁太阳能道钉，给出了硬件框图。

[0006] 目前此类软硬件结合的系统，共性之处是都有GPS接收机、微处理器，以对协议报文编程分解和PPS相结合的方式为主来提高授时精度，如需满足更高精度要求，往往还会增加一些辅助装置，但具体如何协同PPS和协议报文解码之间的方法，则笔墨不多，使用的资源如中断、RAM等焉语不详。

[0007] 随着技术的发展和对行业的深入理解，CN103929859A进一步公开了一种航标灯无线同步闪烁方法，控制电路板具备具有本地时间计时能力的计时电路，用秒脉冲信号的边沿对计时电路的秒沿信号进行精确同步，以此在控制板上建立一个精确的绝对时间参考系，同步时间起点从每个整点开始，即实现每小时同步一次。

[0008] 因此，在现有基于GPS/北斗的航标灯器硬件上，如何使用较少资源实现航标同步闪，以及提高闪烁的同步效果，仍然是一件很有价值的研究。

发明内容

[0009] 本案申请人提出了“一种基于GPS的精确授时方法”(已于2014年7月2日提出发明专利申请，受理号：201410306188.2)，详细阐述了基于MCU微处理器的RTC时钟和中断机制，如何协同GPS的PPS信号和NMEA-0813报文协议处理方法以实现每分钟零秒时刻的精确授时方法。

[0010] 本发明的目的是在提供一种灯器的同步闪快速控制实现方法。

[0011] 为达到上述目的，本发明的设计技术方案是：

[0012] 一种灯器的硬件终端由微处理器101、电源模块102、GPS/北斗模块103、LED灯头104、光敏传感器和灯质拨码105及通讯接口106组成；电源模块102分别和微处理器101、GPS/北斗模块103、LED灯头104相连；微处理器101和GPS/北斗模块103、LED灯头104、光敏传感器和灯质拨码105及通讯接口106相连，其中微处理器101具有中断功能的INT引脚和GPS/北斗模块103的PPS信号引脚相连，微处理器101的UART引脚和GPS/北斗模块103的UART引脚相连，微处理器101的一个IO引脚和LED灯头104相连。

[0013] 所述微处理器101，通过灯质拨码修改灯质，或通过通讯接口106接收外部指令来修改灯质；光敏传感器测量获得光照度，决定是否需要亮灯操作。

[0014] 所述微处理器101，内部设置有一个时间定时器T1，用来控制灯器的亮/灭时长，T1周期(TT1)的单位为毫秒，取值范围：5～100。

[0015] 所述微处理器101，内部有一个灯器的灯质控制结构寄存器，存储下列数据：灯质的数据编码数组、灯质的数据编码数组序号、当前编码数据、同步闪控制时刻(单位：分)和时间同步时刻(单位：秒)。

[0016] 所述微处理器101，其FLASH保存了255种符合国标的灯质及其编码，当拨码或指令修改灯质时，从FLASH中读取对应灯质的数据编码到灯质控制结构寄存器的灯质的数据编码数组中，然后计算获得同步闪控制时刻(单位：分)，并保存在灯质控制结构寄存器的同步闪控制时刻中。

[0017] 所述灯质的数据编码，其算法是：用灯质中的各亮、灭时长(单位：秒)乘以1000后再除以TT1，结果必须为整数(即TT1的取值必须满足此条件)，该结果保存到灯质的数据编码数组中，如果不为整数，需重新调整T1的周期，以满足灯质中各亮、灭的数据编码均为整数。

[0018] 所述的同步闪控制时刻，是在灯质确定后计算获得的，计算方法是：

[0019] N＝M×SUMDZ×TT1/(1000×60)

[0020] 其中，SUMDZ为设定灯质的数据编码累积和；

[0021] TT1为定时器T1的周期，单位：毫秒；

[0022] M为实现N为整数的最小整数值；

[0023] N为整数，表示同步时刻，单位：分，取值范围：1～59。

[0024] N的数值保存在同步闪控制时刻中。

[0025] 所述微处理器101，当时间定时器T1中断发生时，首先检查当前编码数据是否为0，如果不为0，则当前编码数据进行减一操作即可，否则如果为0，则将灯质的数据编码数组序号加一，即后移，然后据此从灯质的数据编码数组读取对应的数据编码到当前编码数据。

[0026] 所述微处理器101，当开始GPS报文数据解析，获得报文中的UTC分和UTC秒时刻，通过计算公式：60－UTC秒时间，获得时间同步时刻并保存在时间同步时刻。

[0027] 所述微处理器101，当进入到由GPS/北斗模块103的PPS信号引起的INT中断服务时，首先检查时间同步时刻的数据是否为0，当不为0时，将时间同步时刻保存的数据进行减一操作，再判断结果是否为0，如果不为0，则不进行同步闪控制操作，否则为0，则意味着当前时刻为x分0秒(x在0～59之间)，需进行同步闪时刻检查及同步闪控制操作，即同步闪时刻检查及同步闪控制操作是在由PPS信号引起的INT中断服务中完成的。

[0028] 所述的同步闪时刻检查，用UTC时时间乘以60后和UTC分时间的累加值除以同步闪控制时刻保存的数值，即求余运算，如果余数不为0，不进行同步闪控制操作，否则为0，进行同步闪控制操作。

[0029] 所述的同步闪控制操作，将灯质的数据编码数组序号的数据修改为0，即指向灯质的数据编码数组首地址，读取灯质的数据编码数组中序号0的数据编码到当前编码数据。

[0030] 所述微处理器101，灯质的数据编码数组中，偶数序号的数据编码为亮的时长编码，奇数序号的数据编码为灭的时长编码。

[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：在现有航标终端硬件资源平台上，可每分钟实现同步闪烁的检查与控制，达到较精确的同步闪效果，即便GPS偶尔无法有效定位，但只要有PPS信号，仍然可以依靠微处理器的计时能力持续同步触发。

[0032] 本发明的目的、特征及优点将通过实施例并结合附图进行详细说明。

附图说明

[0033] 图1是本发明的硬件平台结构图。

[0034] 图2是本发明的GPS报文数据解析流程图。

[0035] 图3是本发明的PPS信号INT中断服务流程图。

[0036] 图4是本发明的同步闪时刻检查及控制操作流程图。

具体实施方式

[0037] 图1中，101是GPS模块，102是微处理器，103是电源模块，104是LED灯头，101的PPS引脚、UART引脚分别与102的INT、UART引脚连接，102的一个引脚与104连接，103分别与101、102和104连接。

[0038] 为了更详细的描述本发明，下面结合图2、图3和图4作进一步说明。

[0039] 步骤201：GPS报文数据解析开始，执行步骤202；

[0040] 步骤202：判断GPS报文中是否有UTC时间，如果没有，则执行步骤205，如果有，则执行步骤203；

[0041] 步骤203：解析获得UTC时分秒数据，执行步骤204；

[0042] 步骤204：将UTC秒数据代入转换公式，计算获得时间同步时刻，转换公式为：60-UTC秒时间，然后执行步骤205；

[0043] 步骤205：GPS报文数据解析结束。

[0044] 步骤301：PPS信号INT中断服务开始，执行步骤302；

[0045] 步骤302：判断时间同步时刻的数据是否为0，为0，则执行步骤306，否则不为0，执行步骤303；

[0046] 步骤303：时间同步时刻的数据进行减一操作，执行步骤304；

[0047] 步骤304：判断时间同步时刻的数据是否为0，不为0则执行步骤306，否则为0，执行步骤305；

[0048] 步骤305：执行同步闪时刻检查及控制操作，执行步骤305；

[0049] 步骤306：PPS信号中断服务结束。

[0050] 步骤401：同步闪时刻检查及控制操作开始，执行步骤402；

[0051] 步骤402：计算当前分，计算公式为：UTC时时间×60+UTC分时间，然后执行步骤403；

[0052] 步骤403：用计算获得的当前分对同步闪控制时刻进行求余运算，例如：x＝当前分％同步闪控制时刻；(％符号为C语言中求余运算符)，然后执行步骤404；

[0053] 步骤404：对步骤403中获得x进行判断，如果为0，则执行步骤405，否则不为0，执行步骤406；

[0054] 步骤405：灯质的数据编码数组序号＝0，当前编码数据＝灯质的数据编码数组序号0的数据，即灯质的数据编码数组序号指向灯质的数据编码数组首地址，读取灯质的数据编码数组首地址的数据到当前编码数据，然后执行步骤406；

[0055] 步骤406：结束。

[0056] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应该理解，我们所描述的具体实施例只是说明性的，而不是用于对本发明范围的限定，任何受本发明技术路线启发所作的等效修饰以及变化，都应当涵盖在本发明权利要求所保护的范围内。