CN108513401B - 一种实时同步的大型场景控制系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时同步的大型场景控制系统，包括若干个控制装置，每个控制装置包括GPS模块、信号传输模块、MCU控制模块、LED驱动模块；其中，GPS模块与信号传输模块连接，信号传输模块与MCU控制模块连接，MCU控制模块与LED驱动模块连接。本发明还公开了一种实时同步的大型场景控制系统的实现方法。本发明具有结构简单、造价便宜、使用效果好、稳定性强等特点。

Description

一种实时同步的大型场景控制系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及LED控制技术，具体来说是一种实时同步的大型场景控制系统及其实现方法。
背景技术
控制系统的时钟同步问题一直是场景控制系统的一个难题，各控制系统由于CPU的时钟运行误差，在运行过程中出现时钟不同步的问题，特别是在大型场景控制系统中，对于不同的控制模块需要精确的时钟同步。目前市面上的大型场景控制系统中，使用GPS对多组LED灯进行同步控制。但是，现有的大型场景控制系统在进行同步控制的过程中，没有考虑GPS模块内部控制系统在处理时钟信号时产生的延时。对于不同的控制系统所接收到的时钟信号会有所不同，时钟信号是整个大型场景控制系统的同步信号，这样会导致不同的场景控制模块之间并没有完全同步的输出LED控制信号。在实时性要求较高、同步性要求较高的场景控制系统中会出现控制画面不稳定的现象。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、造价便宜、使用效果好、稳定性强的实时同步的大型场景控制系统。
本发明另一目的在于提供一种实时同步的大型场景控制系统的实现方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种实时同步的大型场景控制系统，包括若干个控制装置，每个控制装置包括用于接收卫星同步信号，并将卫星同步信号进行数据处理，然后将信号传递给信号传输模块的GPS模块；
用于接收GPS模块信号，并将GPS模块信号转换成MCU可读信号的信号传输模块；
用于接收信号传输模块信号，并将信号传输模块传过来的信号进行处理的MCU控制模块；
用于接收MCU控制模块处理完成后的灯光控制信号的LED驱动模块；
其中，GPS模块与信号传输模块连接，信号传输模块与MCU控制模块连接，MCU控制模块与LED驱动模块连接。
所述GPS模块采用和芯星通UM220-III N双系统高性能GNSS模块。
所述信号传输模块采用标准的9针串口与SP3232EEN串口转换芯片。
所述MCU控制模块采用ST公司生产的增强型芯片STM32F103ZET6。
所述LED驱动模块采用标准的DMX512控制电路。
上述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法，包括以下步骤：
(1)、若干个GPS模块接收卫星同步信号后，GPS模块内部的处理系统对卫星同步信号进行转换；
(2)、GPS模块通过九针串口的第3针输出时钟信号，通过九针串口的第4针输出1PPS脉冲信号，GPS模块每隔1秒钟输出占空比为50％的1PPS脉冲信号，在1PPS脉冲输出30～50ms时，GPS模块开始输出时钟信号，若干个GPS模块发送的时钟信号会有不同程度的系统误差，误差在毫秒级别，若干个GPS模块发出的1PPS信号则完全同步；
(3)、信号传输模块通过九针串口的第2针接收时钟信号，通过九针串口的第6针接收1PPS脉冲信号，经过电平转换芯片将两个信号转换为MCU可识别的信号，并将信号传输给MCU控制模块；
(4)、MCU控制模块接收时钟信号，对时钟信号秒精度以上的时间清零并存储时钟信号，当MCU控制模块接收到下一个1PPS脉冲信号时，对存储的时钟信号进行秒加一操作，此时，各控制系统的时钟信号达到完全同步；
(5)、若干个MCU控制模块等待同步时钟到达指定时间，由于各控制装置的时钟信号已达到完全同步，当时钟达到指定时间时，各控制装置同步发送灯光控制信号；由于MCU模块本身的系统误差，根据同步时钟，每经过5秒钟对各控制系统发送的灯光控制信号进行矫正；
(6)、LED驱动模块接收MCU发送的灯光控制信号，控制LED灯组工作，实现各控制系统之间的LED灯组同步工作。
所述GPS模块产生1PPS脉冲信号由信号传输模块与MCU控制模块进行通信，MCU控制模块对存储的卫星同步时钟信号进行同步设置，使若干个MCU控制模块产生同步的控制信号，LED驱动模块接收同步的控制信号驱动LED灯组工作。
所述GPS模块采用和芯星通UM220-III N双系统高性能GNSS模块；所述信号传输模块采用标准的9针串口与SP3232EEN串口转换芯片；所述MCU控制模块采用ST公司生产的增强型芯片STM32F103ZET6；所述LED驱动模块采用标准的DMX512控制电路。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本发明包括若干个控制装置，每个控制装置包括用于接收卫星同步信号，并将卫星同步信号进行数据处理，然后将信号纯递给信号传输模块的GPS模块；用于接收GPS模块信号，并将GPS模块信号转换成MCU可读的信号的信号传输模块；用于接收信号传输模块信号，并将信号传输模块传过来的信号进行处理的MCU控制模块；用于接收MCU控制模块处理完成后的灯光控制信号的LED驱动模块；其中，GPS模块与信号传输模块连接，信号传输模块与MCU控制模块连接，MCU控制模块与LED驱动模块连接，具有结构简单、造价便宜、使用效果好、稳定性强等特点。
2、本发明采用了新的传输信号方法，实时性好、同步性增强，适用于对实时性、同步性要求高的大型场景控制系统。
附图说明
图1为一种实时同步的大型场景控制系统的连接示意图；
图2为一种实时同步的大型场景控制系统的信号传输示意图；
图3为一种实时同步的大型场景控制系统的流程图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1～3所示，一种实时同步的大型场景控制系统，包括若干个控制装置，每个控制装置包括用于接收卫星同步信号，并将卫星同步信号进行数据处理，然后将信号纯递给信号传输模块的GPS模块；用于接收GPS模块信号，并将GPS模块信号转换成MCU可读信号的信号传输模块；用于接收信号传输模块信号，并将信号传输模块传过来的信号进行处理的MCU控制模块；用于接收MCU控制模块处理完成后的灯光控制信号的LED驱动模块；其中，GPS模块与信号传输模块连接，信号传输模块与MCU控制模块连接，MCU控制模块与LED驱动模块连接。
本实施例中的GPS模块采用和芯星通UM220-III N双系统高性能GNSS模块；信号传输模块采用标准的9针串口与SP3232EEN串口转换芯片；MCU控制模块采用ST公司生产的增强型芯片STM32F103ZET6；LED驱动模块采用标准的DMX512控制电路。
上述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法，包括以下步骤：
(1)、若干个GPS模块接收卫星同步信号后，GPS模块内部的处理系统对卫星同步信号进行转换；
(2)、GPS模块通过九针串口的第3针输出时钟信号，通过九针串口的第4针输出1PPS脉冲信号，GPS模块每隔1秒钟输出占空比为50％的1PPS脉冲信号，在1PPS脉冲输出30～50ms时，GPS模块开始输出时钟信号，若干个GPS模块发送的时钟信号会有不同程度的系统误差，误差在毫秒级别，若干个GPS模块发出的1PPS信号则完全同步；
(3)、信号传输模块通过九针串口的第2针接收时钟信号，通过九针串口的第6针接收1PPS脉冲信号，经过电平转换芯片将两个信号转换为MCU可识别的信号，并将信号传输给MCU控制模块；
(4)、MCU控制模块接收时钟信号，对时钟信号秒精度以上的时间清零并存储时钟信号，当MCU控制模块接收到下一个1PPS脉冲信号时，对存储的时钟信号进行秒加一操作，此时，各控制系统的时钟信号达到完全同步；
(5)、若干个MCU控制模块等待同步时钟到达指定时间，由于各控制装置的时钟信号已达到完全同步，当时钟达到指定时间时，各控制装置同步发送灯光控制信号；由于MCU模块本身的系统误差，根据同步时钟，每经过5秒钟对各控制系统发送的灯光控制信号进行矫正；
(6)、LED驱动模块接收MCU发送的灯光控制信号，控制LED灯组工作，实现各控制系统之间的LED灯组同步工作。
本实施例中的GPS模块产生1PPS脉冲信号由信号传输模块与MCU控制模块进行通信，MCU控制模块对存储的卫星同步时钟信号进行同步设置，使若干个MCU控制模块产生同步的控制信号，LED驱动模块接收同步的控制信号驱动LED灯组工作。
与传统的大型场景控制系统相比，本发明在不增加系统模块的基础上，通过九针串口中未使用的第4针和第6针实现GPS模块的1PPS脉冲信号的发送与接收，充分利用GPS模块产生的高精确度1PPS脉冲信号实现对大型场景控制系统的同步控制。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实时同步的大型场景控制系统的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、若干个GPS模块接收卫星同步信号后，GPS模块内部的处理系统对卫星同步信号进行转换；
(2)、GPS模块通过九针串口的第3针输出时钟信号，通过九针串口的第4针输出1PPS脉冲信号，GPS模块每隔1秒钟输出占空比为50％的1PPS脉冲信号，在1PPS脉冲输出30～50ms时，GPS模块开始输出时钟信号，若干个GPS模块发送的时钟信号会有不同程度的系统误差，误差在毫秒级别，若干个GPS模块发出的1PPS信号则完全同步；
(3)、信号传输模块通过九针串口的第2针接收时钟信号，通过九针串口的第6针接收1PPS脉冲信号，经过电平转换芯片将两个信号转换为MCU可识别的信号，并将信号传输给MCU控制模块；
(4)、MCU控制模块接收时钟信号，对时钟信号秒精度以上的时间清零并存储时钟信号，当MCU控制模块接收到下一个1PPS脉冲信号时，对存储的时钟信号进行秒加一操作，此时，各控制系统的时钟信号达到完全同步；
(5)、若干个MCU控制模块等待同步时钟到达指定时间，由于各控制装置的时钟信号已达到完全同步，当时钟达到指定时间时，各控制装置同步发送灯光控制信号；由于MCU模块本身的系统误差，根据同步时钟，每经过5秒钟对各控制系统发送的灯光控制信号进行矫正；
(6)、LED驱动模块接收MCU发送的灯光控制信号，控制LED灯组工作，实现各控制系统之间的LED灯组同步工作。
2.根据权利要求1所述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法，其特征在于：所述GPS模块产生1PPS脉冲信号由信号传输模块与MCU控制模块进行通信，MCU控制模块对存储的卫星同步时钟信号进行同步设置，使若干个MCU控制模块产生同步的控制信号，LED驱动模块接收同步的控制信号驱动LED灯组工作。
3.根据权利要求1所述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法，其特征在于：所述GPS模块采用和芯星通UM220-III N双系统高性能GNSS模块；所述信号传输模块采用标准的9针串口与SP3232EEN串口转换芯片；所述MCU控制模块采用ST公司生产的增强型芯片STM32F103ZET6；所述LED驱动模块采用标准的DMX512控制电路。
4.根据权利要求1所述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法所用到的实时同步的大型场景控制系统，其特征在于：包括若干个控制装置，每个控制装置包括用于接收卫星同步信号，并将卫星同步信号进行数据处理，然后将信号传递给信号传输模块的GPS模块；
用于接收GPS模块信号，并将GPS模块信号转换成MCU可读信号的信号传输模块；
用于接收信号传输模块信号，并将信号传输模块传过来的信号进行处理的MCU控制模块；
用于接收MCU控制模块处理完成后的灯光控制信号的LED驱动模块；
其中，GPS模块与信号传输模块连接，信号传输模块与MCU控制模块连接，MCU控制模块与LED驱动模块连接。
5.根据权利要求4所述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法所用到的实时同步的大型场景控制系统，其特征在于：所述GPS模块采用和芯星通UM220-IIIN双系统高性能GNSS模块。
6.根据权利要求4所述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法所用到的实时同步的大型场景控制系统，其特征在于：所述信号传输模块采用标准的9针串口与SP3232EEN串口转换芯片。
7.根据权利要求4所述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法所用到的实时同步的大型场景控制系统，其特征在于：所述MCU控制模块采用ST公司生产的增强型芯片STM32F103ZET6。
8.根据权利要求4所述的实时同步的大型场景控制系统的实现方法所用到的实时同步的大型场景控制系统，其特征在于：所述LED驱动模块采用标准的DMX512控制电路。
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Denomination of invention: A real time synchronous large scale scene control system and its implementation

Effective date of registration: 20201225

Granted publication date: 20191210

Pledgee: Dongyang sub branch of Bank of China Ltd.

Pledgor: HENGDIAN GROUP TOSPO LIGHTING Co.,Ltd.

Registration number: Y2020330001280