CN216852467U - 一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，采用北斗授时模块，结合北斗广播电文的超帧格式，从屮提取所需时钟和可见北斗卫星数量信息，经滤波运算放大处理，发送给微控制单元MCUⅠ处理得出二组脉冲，传输给微控制单元MCUⅡ处理、读取SD卡模块内储存的BIN文件并去除编号，然后通过信号帧输出模块输出到控制终端，以控制景观亮化灯开关和渐变，或通过同步信号输出模块将有线同步信号输出到下级控制器。该同步控制系统所需设备量少，控制干扰少、授时精度高，可实现对景观亮化灯的全面监控管理、远程指挥、从而提高景观亮化灯变化的同步性和一致性，达到景观亮化灯具运行的现代化管理的要求；同时有利于城市灯光的改造升级，成本低、易于推广。

Description

一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种城市景观灯光的控制系统，具体涉及一种采用北斗授时同步控制景观亮化灯的开关渐变的控制系统。

背景技术

随着城市的快速发展，文旅融合和夜游经济概念提出，城市的景观亮化向统一设计、统一建设、统一管理的建设思想发展，使建筑景观亮化为都市的夜晚提供五彩缤纷的绚丽景观；但是建筑景观亮化要体现建筑物按设计师或业主的要求，必需用到带编号的三基色灯具和大型控制器系统，大型控制器系统制作过程如下：

（1）首先由设计师设计动态效果图，然后用网格转换成bin文件，网格参数选1280*1024格，每格含红绿蓝三基色、256级灰度，然后导入设计好的动画，网格软件自动按每一帧动画生成对应的帧文件，并连续采集生成连续编号的bin文件，把该bin文件存储到控制器中的SD卡模块。

（2）当控制器工作时读取SD卡模块中的bin文件，解码后按一定的速率输出信号帧，带编号的三基色灯具接收信号后，按收到信号帧解码，按解码后的帧文件指挥灯具亮灭渐变，当输出的速率每秒达到10次到25次之间，由于人眼的视觉残留为0.1～0.4秒，观看的灯光变化顺畅, 就好象还原动态效果一样。

以上方法存在的问题是：当上述控制器应用到整个城市的灯光控制，或有移动物体（例如游船）时，施工过程就会显得十分复杂，无法有效达到灯具同步与现代化管理的要求。

另外也可采用北斗卫星授时系统与GPS授时系统作为互备时钟授时的技术方案，互备授时源可有效地增加了时钟同步的安全系数，但如果没有互备时钟授时的误差解决方案，同步时钟仍存在较大的随机误差，而互备时钟授时的误差解决方案材料价格昂贵、成本高。

现在大量釆用工频同步系统组合型控制器, 该同步系统要读取开关同一时间信息，一般应用于同一电力变压器内小型工程。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

本实用新型采取的技术方案是：一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，包括微控制单元MCUⅠ、微控制单元MCUⅡ、北斗授时模块、精准时间模块、无线通信模块、LCD显示模块、互动按键模块、SD卡模块、信号帧输出模块、同步信号输出模块和 232复用调试串口，所述北斗授时模块通过IPX 接口连接有源天线；所述同步信号输出模块包括同步信号输出模块Ⅰ和同步信号输出模块Ⅱ；

所述北斗授时模块、精准时间模块、LCD显示模块、互动按键模块分别与微控制单元MCUⅠ连接；所述微控制单元MCUⅠ的输出端与微控制单元MCUⅡ连接，所述无线通信模块与微控制单元MCUⅡ串口连接,微控制单元MCUⅡ的输出端分别连接SD卡模块、信号帧输出模块和同步信号输出模块；所述信号帧输出模块与控制终端连接，所述同步信号输出模块与下级控制器连接；

所述北斗授时模块的作用：一是接出北斗卫星授时信号，结合北斗广播电文的超帧格式，从屮提取出所需的世界标准时间UTC信号和北斗卫星可视星数信息，经滤波运算放大处理，产生一个与世界标准时间UTC同步的秒脉冲信号PPS，通过串口将世界标准时间UTC和北斗卫星可视星数发送给微控制单元MCUⅠ，通过IO口将秒脉冲信号PPS发送给微控制单元MCUⅠ；二是在当秒脉冲信号PPS由低电平变高电平时,延迟几毫秒再输出NMEA-0183 协议UTC时钟及北斗卫星可视星数；

所述精准时间模块用于计时、授时和输出一路周期为1秒占空比为50%秒脉冲信号1PPS，通过北斗授时模块授时使精准时间模块的时间精确到10ms以内；

所述微控制单元MCUⅠ是整个系统的控制协调中心，其作用：一是通过北斗授时模块对精准时间模块授时，并通过LCD显示模块显示当前时间及翻页显示每星期定时开关信息和北斗卫星可视星数；二是将北斗授时模块送来的世界标准时间UTC和北斗卫星可视星数进行数据处理得出高低电平方波F1和高低电平方波F2两组脉冲，传输给微控制单元MCUⅡ；对北斗授时模块所产生的与世界标准时间UTC同步的秒脉冲信号PPS和精准时间模块产生的秒脉冲信号1PPS的方波进行分析计算，决定是否授时；三是在设定开灯时间内，每五秒计算下一个五秒的开始帧文件编号，将输出的高低电平方波F1由低电平变高电平，然后将计算出来的帧文件编号和时间通过模拟SPI口传输到微控制单元MCUⅡ；

四是通过对精准时间模块产生的秒脉冲信号1PPS的方波进行分析，输出周期为50ms、占空比为50%方波；

所述微控制单元MCUⅡ的作用：一是通过模拟SPI口接收微控制单元MCUⅠ的信息，以微控制单元MCUⅠ输送的第二个高低电平方波F2上升沿为标准读取SD卡模块内的帧文件并去除编号，然后通过信号帧输出模块输出帧文件供控制终端使用；二是读取微控制单元MCUⅠ传输来时间信息及对应的帧文件进行编码，通过同步信号输出模块输出同步信号供下级控制器使用；三是在设定开灯时间内，将模拟SPI口接收的信息通过无线通信模块传输到后台服务器；四是在设定开灯时间外，通过无线通信模块连接后台服务器，实现互动和修改参数的控制；

所述无线通信模块用于远距离控制互动和修改参数，上传数据到后台服务器；

所述LCD显示模块用于显示当前时间及翻页显示每星期定时开关信息和星数、当天开关时间和无线信号强度；

所述互动按键模块用于设定精准时间模块的时间开关，以及现场互动和修改参数；

所述SD卡模块用于存储动态图案转化的bin帧文件；

所述信号帧输出模块用于将微控制单元MCUⅡ读取并去除编号的SD卡模块内的帧文件输出供控制终端使用；

所述同步信号输出模块用于将经微控制单元MCUⅡ编码后的时间信息及对应的帧文件，输出同步信号供下级控制器使用，下级控制器再输出帧文件供该级控制终端使用；

所述232复用调试串口用于北斗授时模块和无线通信模块安装时的调试以及微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ的软件升级。

其进一步的技术方案是：所述微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ采用国产51单片机STC89C52RC芯片,该芯片外部晶振釆用12MHz，工作时微控制单元MCUⅠ的计数率为1MHz，即 0.001ms计数值加1；所述微控制单元MCUⅠ采用的STC89C52RC芯片设为第一芯片，微控制单元MCUⅡ采用的STC89C52RC芯片设为第二芯片；

所述精准时间模块采用DS3231时钟芯片；所述北斗授时模块采用卫星系统接收器S1216F8--BD；所述232复用调试串口采用MAX232电平转换芯片；

所述信号帧输出模块、同步信号输出模块Ⅰ和同步信号输出模块Ⅱ采用MS3485收发芯片，信号帧输出模块采用的MS3485收发芯片设为第三收发芯片，同步信号输出模块Ⅰ采用的MS3485收发芯片设为第一收发芯片，同步信号输出模块Ⅱ采用的MS3485收发芯片设为第二收发芯片；

所述北斗授时模块之卫星系统接收器S1216F8--BD的串口同第一芯片的P3.0口和P3.1口连接，PPS口同第一芯片的P3.2口连接；

所述精准时间模块之DS3231时钟芯片通过I2C总线接口同第一芯片连接，DS3231时钟芯片的SDA口接第一芯片的P3.5口，DS3231时钟芯片的SCL口接第一芯片的P3.4口,DS3231时钟芯片的1PPS口接第一芯片的P3.3口；

LCD显示模块的RS接第一芯片的P1.1口，LCD显示模块的R/W接第一芯片的P1.2口，LCD显示模块的DB0口、DB1口、DB2口、DB3口、DB4口、DB5口、DB6口和DB7口分别接第一芯片的P2.0口、P2.1口、P2.2口、P2.3口、P2.4口、P2.5口、P2.6口和P2.7口；

互动按键模块的KEY1键接第一芯片的P1.4口，互动按键模块的KEY2键接第一芯片的P1.5口，互动按键模块的KEY3键接第一芯片的P1.6口，互动按键模块的KEY4键接第一芯片的P1.7口；

无线通信模块的串口同第二芯片的P3.0口和P3.1口连接；

SD卡模块的SDCMD接第二芯片的P0.2口，SD卡模块的SDCLK接第二芯片的P0.3口，SD卡模块的SDD0接第二芯片的P0.4口，SD卡模块的SDD1接第二芯片的P0.5口，SD卡模块的SDD2接第二芯片的P0.6口，SD卡模块的SDD3接第二芯片的P0.7口；

第三收发芯片的RX接第二芯片的P1.5口，第三收发芯片的TX接第二芯片的P1.6口，第三收发芯片的MRS接第二芯片的P1.7口；第一收发芯片的TX1脚接第二芯片的P1.4口，第二收发芯片的TX2脚接第二芯片的P1.3口；

所述微控制单元MCUⅠ通过六个IO口与微控制单元MCUⅡ连接，其中通过P0.0口和P0.1口与微控制单元MCUⅡ连接，通过P0.2口、P0.3口、P0.4口和P0.5口模拟SPI口同微控制单元MCUⅡ通讯，各口的信号及连接分别为：

第一芯片的P0.0口为F1，P0.1口为F2，P0.2口为MISO，P0.3口为MOSI，P0.4口为SCLK，P0.5口为NSS；F1接第二芯片的P2.2口，F2接第二芯片的P3.2口，MISO接第二芯片的P2.3口，MOSI接第二芯片的P2.4口，SCLK接第二芯片的P2.5口，NSS接第二芯片的P2.6口。

更进一步：所述微控制单元MCUⅠ所采用的STC89C52RC芯片包括I2c时间接收模块、串口时间报文接收模块、二个数据处理模块、一个spi时间编号数据发送模块、二个io口输出高低电平模块、数码管显示模块和按键设置模块；

数据处理模块用于在接收到串口时间报文接收模块解析出的有效时间信息时，实现对DS3231时钟芯片的实时更新与校正，保证时间同步；spi时间编号数据发送模块用于输出微控制单元MCUⅠ处理器的数据，保证在亮灯时间内对帧文件编号有序管理，数码管显示模块用于实时显示接收到的时间信息，包括年月日、时分秒；按键设置模块用于在接收不到卫星信号的情况下使用本地时钟进行时间设置；

所述微控制单元MCUⅡ所采用的STC89C52RC芯片包括一个spi收发模块、一个无线串口收发模块、两个io口判断高低电平模块和SD卡模块读取模块；

spi收发模块用于对后台服务器传来的信息进行处理、互动和修改参数，SD卡模块读取模块用于在设定开灯时间内，当高低电平方波F1由低电平变高电平时,读取微控制单元MCUⅠ传输来的时间信息及对应的帧文件进行编码，以高低电平方波F2上升沿为标准读取SD卡模块内的帧文件并去除编号。

更进一步：所述同步控制系统自带备用可充电电源，用于市电出现故障意外停电时的供电，以保证同步控制系统的正常工作；

所述精准时间模块为高精度I2C实时时钟器件，具有集成的温度补偿晶体振荡器和电池输入端；所述LCD显示模块釆用标准16脚带背光显示；所述互动按键模块为四位按键，四位按键分别为：模式、加一、减一、确定；所述SD卡模块内存储的bin文件由编号+帧文件构成，所述编号为十进制数字，编号为100的倍数、起始为00000,编号连续排列不重复空行，所述帧文件为十六进制，由素材动画经采集软件转换而成。

由于采取上述技术方案，本实用新型之一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统具有如下有益效果：

1. 本同步控制系统通过北斗授时模块授时，由于北斗卫星授时可以提供全天候、全球性、高效快速、高精度的标准时间信息，而且噪音干扰极少，北斗系统时钟通过星载高精度原子钟和世界标准时间UTC同步，因而地面用户接收到来自卫星的时钟信号后，经过滤波计算即可完成高精度时间信息的传递；

（1）可实现对控制终端（景观亮化灯）传输信号的全面监控管理、远程指挥、实时处理，从而提高景观亮化灯变化的同步性和一致性，达到景观亮化灯具运行的现代化管理的要求；

（2）有利于城市灯光的改造升级，对距离远、不容易连线或安装在移动物体上的景观亮化灯可直接作为同步控制系统的控制终端，以同步控制系统输出的帧文件控制其开关渐变；对距离近、容易连线的灯具群（景观亮化灯）可就近通过同步线将分控器与同步控制系统连接, 接收同步信号输出模块输出有线同步信号，再输出帧文件控制该级灯具群的开关渐变；

2．相对于采取没有北斗卫星授时的系统与GPS作为互相备用授时的技术方案，本控制系统北斗授时模块采用单一北斗卫星授时系统，不存在随机误差，也就不存在误差解决方案所产生的成本问题，因而具有经济实用、易于推广的优点；

3．本同步控制系统配备低功耗精准时间模块：

（1）因而可预防因天气恶劣或者因为意外无法收到北斗卫星的导航信息而导致系统无法正常工作的现象发生；

（2）精准时间模块自带集成的温度补偿晶体振荡器，因而精准时间模块器件的精度高，年误差少于1分钟.

（3）低功耗精准时间模块的寄存器能保存秒、分、时、星期、日期、月、年和闹钟设置等信息，少于31天的月份，可自动调整月末日期，包括闰年补偿，时钟的工作格式为24小时或带AM／PM指示的12小时格式，因而可利用闹钟设置功能远程或手动设置，多时间段设置对应多场景动态；

4.由于本同步控制系统之北斗授时模块自带可充电后备电池，因而可保证断电的情况下系统依然能运行一段时间，保证了系统的稳定性和安全性；（掉电保持星历数据半小时,以支持温启动或热启动，从而实现快速定位：冷启动：最快29S，温启动：27S，热启动：1S；）

5.由于本同步控制系统之北斗授时模块通过IPX 接口有源天线连接，因而可通过外接有源天线放到室外，把北斗授时模块放到室内，有利于实现室内授时；

6．由于本控制系统采用微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ双芯片作为控制核心，微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ均采用国产STC89C52芯片，

（1）既可大大提高系统运行速度，而且芯片易于釆购、价格波动少，易于实施推广；

（2）STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，STC89C52使用经典的改进型MCS-51内核，具有8K字节系统可编程Flash存储器，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，故芯片具有传统的51单片机不具备的功能，从而为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的编程方案；

7.由于釆用232复用调试串口，因而可减轻现场北斗授时模块和无线通信模块安装调试强度，为微控制单元MCUⅠ, 微控制单元MCUⅡ升级软件做准备。

下面结合附图和实施例对本实用新型之一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型之一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统结构方框图；

图2为微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ原理图；

图3为本实用新型之一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统控制景观亮化灯方案示意图；

图4为本实用新型之一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统总电路图；

图5为北斗授时模块电路图。

图中

1—微控制单元MCUⅠ，2—微控制单元MCUⅡ，3—北斗授时模块，4—精准时间模块，5—无线通信模块，6—LCD显示模块，7—互动按键模块，8—SD卡模块，9—信号帧输出模块，10—同步信号输出模块Ⅰ，11—同步信号输出模块Ⅱ，12—232复用调试串口，13—有源天线，14—备用可充电电源。

具体实施方式

一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，包括微控制单元MCUⅠ1、微控制单元MCUⅡ2、北斗授时模块3、精准时间模块4、无线通信模块5、LCD显示模块6、互动按键模块7、SD卡模块8、信号帧输出模块9、同步信号输出模块和 232复用调试串口12，所述北斗授时模块通过IPX 接口连接有源天线1；所述同步信号输出模块包括同步信号输出模块Ⅰ10和同步信号输出模块Ⅱ11；

所述同步控制系统通过北斗授时模块，结合北斗广播电文的超帧格式，从屮提取出所需的时钟信号和北斗卫星可视星数信息，经滤波运算放大处理，将数据及秒脉冲发送给微控制单元MCUⅠ，经过微控制单元MCUⅠ处理得出两组脉冲后，传输给微控制单元MCUⅡ,微控制单元MCUⅡ读取SD卡模块内储存的帧文件并去除编号，然后通过信号帧输出模块将帧文件输出到控制终端，以控制景观亮化灯的开关和渐变，或通过同步信号输出模块将有线同步信号输出到下级控制器，再通过下级信号帧输出模块将信号帧输出到该级控制终端；

所述北斗授时模块、精准时间模块、LCD显示模块、互动按键模块分别与微控制单元MCUⅠ连接；所述微控制单元MCUⅠ的输出端与微控制单元MCUⅡ连接，所述无线通信模块与微控制单元MCUⅡ串口连接,微控制单元MCUⅡ的输出端分别连接SD卡模块、信号帧输出模块和同步信号输出模块；所述信号帧输出模块与控制终端连接，所述同步信号输出模块与下级控制器连接；

所述北斗授时模块3的作用：一是接出北斗卫星授时信号，结合北斗广播电文的超帧格式，从屮提取出所需的世界标准时间UTC信号和北斗卫星可视星数信息，经滤波运算放大处理，产生一个与世界标准时间UTC同步的秒脉冲信号PPS，通过串口将世界标准时间UTC和北斗卫星可视星数发送给微控制单元MCUⅠ，通过IO口将秒脉冲信号PPS发送给微控制单元MCUⅠ；二是在当秒脉冲信号PPS由低电平变高电平时,延迟几毫秒再输出NMEA-0183 协议UTC时钟及北斗卫星可视星数；

所述精准时间模块4用于计时、授时和输出一路周期为1秒占空比为50%秒脉冲信号1PPS，通过北斗授时模块授时使精准时间模块的时间精确到10ms以内；

所述微控制单元MCUⅠ1是整个系统的控制协调中心，其作用：一是通过北斗授时模块对精准时间模块授时，并通过LCD显示模块显示当前时间及翻页显示每星期定时开关信息和北斗卫星可视星数；二是将北斗授时模块送来的世界标准时间UTC和北斗卫星可视星数进行数据处理得出高低电平方波F1和高低电平方波F2两组脉冲，传输给微控制单元MCUⅡ；对北斗授时模块所产生的与世界标准时间UTC同步的秒脉冲信号PPS和精准时间模块产生的秒脉冲信号1PPS的方波进行分析计算，决定是否授时；三是在设定开灯时间内，每五秒计算下一个五秒的开始帧文件编号，将输出的高低电平方波F1由低电平变高电平，然后将计算出来的帧文件编号和时间通过模拟SPI口传输到微控制单元MCUⅡ；四是通过对精准时间模块产生的秒脉冲信号1PPS的方波进行分析，输出周期为50ms、占空比为50%方波；

所述微控制单元MCUⅡ2的作用：一是通过模拟SPI口接收微控制单元MCUⅠ的信息，以微控制单元MCUⅠ输送的第二个高低电平方波F2上升沿为标准读取SD卡模块内的帧文件并去除编号，然后通过信号帧输出模块输出帧文件供控制终端使用；二是读取微控制单元MCUⅠ传输来时间信息及对应的帧文件进行编码，通过同步信号输出模块输出同步信号供下级控制器使用；三是在设定开灯时间内，将模拟SPI口接收的信息通过无线通信模块传输到后台服务器；四是在设定开灯时间外，通过无线通信模块连接后台服务器，实现互动和修改参数的控制；

所述无线通信模块5用于远距离控制互动和修改参数，上传数据到后台服务器；

所述LCD显示模块6用于显示当前时间及翻页显示每星期定时开关信息和星数、当天开关时间和无线信号强度；

所述互动按键模块7用于设定精准时间模块的时间开关，以及现场互动和修改参数；

所述SD卡模块8用于存储动态图案转化的bin帧文件；

所述信号帧输出模块9用于将微控制单元MCUⅡ读取并去除编号的SD卡模块内的帧文件输出供控制终端使用；

所述同步信号输出模块用于将经微控制单元MCUⅡ编码后的时间信息及对应的帧文件，输出同步信号供下级控制器使用，下级控制器再输出帧文件供该级控制终端使用；

所述232复用调试串口12用于北斗授时模块和无线通信模块安装时的调试以及微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ的软件升级。

所述微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ采用国产51单片机STC89C52RC芯片,该芯片外部晶振釆用12MHz，工作时微控制单元MCUⅠ的计数率为1 MHz，即 0.001ms计数值加1；所述微控制单元MCUⅠ采用的STC89C52RC芯片设为第一芯片，微控制单元MCUⅡ采用的STC89C52RC芯片设为第二芯片；

所述精准时间模块采用DS3231时钟芯片；所述北斗授时模块采用卫星系统接收器S1216F8--BD；所述232复用调试串口采用MAX232电平转换芯片；

所述信号帧输出模块、同步信号输出模块Ⅰ和同步信号输出模块Ⅱ采用MS3485收发芯片，信号帧输出模块采用的MS3485收发芯片设为第三收发芯片，同步信号输出模块Ⅰ采用的MS3485收发芯片设为第一收发芯片，同步信号输出模块Ⅱ采用的MS3485收发芯片设为第二收发芯片；

所述北斗授时模块之卫星系统接收器S1216F8--BD的串口同第一芯片的P3.0口和P3.1口连接，PPS口同第一芯片的P3.2口连接；

所述精准时间模块之DS3231时钟芯片通过I2C总线接口同第一芯片连接，DS3231时钟芯片的SDA口接第一芯片的P3.5口，DS3231时钟芯片的SCL口接第一芯片的P3.4口,DS3231时钟芯片的1PPS口接第一芯片的P3.3口；

LCD显示模块的RS接第一芯片的P1.1口，LCD显示模块的R/W接第一芯片的P1.2口，LCD显示模块的DB0口、DB1口、DB2口、DB3口、DB4口、DB5口、DB6口和DB7口分别接第一芯片的P2.0口、P2.1口、P2.2口、P2.3口、P2.4口、P2.5口、P2.6口和P2.7口；

互动按键模块的KEY1键接第一芯片的P1.4口，互动按键模块的KEY2键接第一芯片的P1.5口，互动按键模块的KEY3键接第一芯片的P1.6口，互动按键模块的KEY4键接第一芯片的P1.7口；

无线通信模块的串口同第二芯片的P3.0口和P3.1口连接；

SD卡模块的SDCMD接第二芯片的P0.2口，SD卡模块的SDCLK接第二芯片的P0.3口，SD卡模块的SDD0接第二芯片的P0.4口，SD卡模块的SDD1接第二芯片的P0.5口，SD卡模块的SDD2接第二芯片的P0.6口，SD卡模块的SDD3接第二芯片的P0.7口；

第三收发芯片的RX接第二芯片的P1.5口，第三收发芯片的TX接第二芯片的P1.6口，第三收发芯片的MRS接第二芯片的P1.7口；第一收发芯片的TX1脚接第二芯片的P1.4口，第二收发芯片的TX2脚接第二芯片的P1.3口；

所述微控制单元MCUⅠ通过六个IO口与微控制单元MCUⅡ连接，其中通过P0.0口和P0.1口与微控制单元MCUⅡ连接，通过P0.2口、P0.3口、P0.4口和P0.5口模拟SPI口同微控制单元MCUⅡ通讯，各口的信号及连接分别为：

第一芯片的P0.0口为F1，P0.1口为F2，P0.2口为MISO，P0.3口为MOSI，P0.4口为SCLK，P0.5口为NSS；F1接第二芯片的P2.2口，F2接第二芯片的P3.2口，MISO接第二芯片的P2.3口，MOSI接第二芯片的P2.4口，SCLK接第二芯片的P2.5口，NSS接第二芯片的P2.6口。

所述微控制单元MCUⅠ所采用的STC89C52RC芯片，包括I2c时间接收模块、串口时间报文接收模块、二个数据处理模块、一个spi时间编号数据发送模块、二个io口输出高低电平模块、数码管显示模块和按键设置模块；

数据处理模块用于在接收到串口时间报文接收模块解析出的有效时间信息时，实现对DS3231时钟芯片的实时更新与校正，保证时间同步；

spi时间编号数据发送模块用于输出微控制单元MCUⅠ处理器的数据，保证在亮灯时间内对帧文件编号有序管理，接收到有效信息后按每秒二十帧文件输出；

数码管显示模块用于实时显示接收到的时间信息，包括年月日、时分秒；

按键设置模块用于在接收不到卫星信号的情况下使用本地时钟进行时间设置，在没有经过外部时间源锁定过的情况下，数码管会一直在初始化显示状态，这时可以通过按键手动设置时间作为本地时钟源，在接收到外部时间源时，程序会立即进入锁定状态并更新时钟，本地时钟失去作用，不能再进行设置时间的操作，按键的功能仅限于查看时分秒和年日月；

所述微控制单元MCUⅡ所采用的STC89C52RC芯片，包括一个spi收发模块、一个无线串口收发模块、两个io口判断高低电平模块和SD卡模块读取模块；

微控制单元MCUⅡ主程序用于完成初始化系统、定义中断和任务调度，在设定开灯时间外，spi收发模块用于对后台服务器传来的信息进行处理、互动和修改参数，SD卡模块读取模块用于在设定开灯时间内，当高低电平方波F1由低电平变高电平时,读取微控制单元MCUⅠ传输来的时间信息及对应的帧文件进行编码，以高低电平方波F2上升沿为标准读取SD卡模块内的帧文件并去除编号，然后通过信号帧输出模块输出帧文件供控制终端使用，通过同步信号输出模块输出同步信号供下级控制器使用，通过无线通信模块将时间信息、帧文件编码传输到后台服务器。

所述同步控制系统自带备用可充电电源14，用于市电出现故障意外停电时的供电，以保证同步控制系统的正常工作；

所述低功耗精准时间模块为高精度I2C实时时钟器件，具有集成的温度补偿晶体振荡器和电池输入端；所述LCD显示模块釆用标准16脚带背光显示；所述互动按键模块为四位按键，四位按键分别为：模式、加一、减一、确定；所述SD卡模块内存储的bin文件由编号+帧文件构成，所述编号为十进制数字，编号为100的倍数、起始为00000,编号连续排列不重复空行，所述帧文件为十六进制，由素材动画经采集软件转换而成。

注：

（1）文中凡提及到“系统”如无特别说明均指本技术方案的“同步控制系统”；

（2）文中提及到“控制终端”如无特别说明均指“景观亮化灯”；

（3）文中提及到“微控制单元MCUⅠ处理得出两组脉冲”是指微控制单元MCUⅠ处理北斗授时模块送来的信号，得出两组高低电平方波：高低电平方波F1和高低电平方波F2；

（4）说明书第[0017]段以及第[0010]段的倒数第4行所述“MOSI、MISO、SCLK”是指SPI通信中使用信号线，分别为“数据输入、数据输出和时钟”。

Claims (4)

1.一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，其特征在于：该同步控制系统包括微控制单元MCUⅠ（1）、微控制单元MCUⅡ（2）、北斗授时模块（3）、精准时间模块（4）、无线通信模块（5）、LCD显示模块（6）、互动按键模块（7）、SD卡模块（8）、信号帧输出模块（9）、同步信号输出模块和 232复用调试串口（12）；所述北斗授时模块通过IPX 接口连接有源天线（13），所述同步信号输出模块包括同步信号输出模块Ⅰ（10）和同步信号输出模块Ⅱ（11）；

所述北斗授时模块、精准时间模块、LCD显示模块、互动按键模块分别与微控制单元MCUⅠ连接；所述微控制单元MCUⅠ的输出端与微控制单元MCUⅡ连接，所述无线通信模块与微控制单元MCUⅡ串口连接，微控制单元MCUⅡ的输出端分别连接SD卡模块、信号帧输出模块和同步信号输出模块；所述信号帧输出模块与控制终端连接，所述同步信号输出模块与下级控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，其特征在于：所述微控制单元MCUⅠ和微控制单元MCUⅡ采用国产51单片机STC89C52RC芯片，该芯片外部晶振釆用12MHz，工作时微控制单元MCUⅠ的计数率为1 MHz，即 0.001ms计数值加1；所述微控制单元MCUⅠ采用的STC89C52RC芯片设为第一芯片，微控制单元MCUⅡ采用的STC89C52RC芯片设为第二芯片；

所述精准时间模块采用DS3231时钟芯片；所述北斗授时模块采用卫星系统接收器S1216F8--BD；所述232复用调试串口采用MAX232电平转换芯片；

所述信号帧输出模块、同步信号输出模块Ⅰ和同步信号输出模块Ⅱ采用MS3485收发芯片，信号帧输出模块采用的MS3485收发芯片设为第三收发芯片，同步信号输出模块Ⅰ采用的MS3485收发芯片设为第一收发芯片，同步信号输出模块Ⅱ采用的MS3485收发芯片设为第二收发芯片；

所述北斗授时模块之卫星系统接收器S1216F8--BD的串口同第一芯片的P3.0口和P3.1口连接，PPS口同第一芯片的P3.2口连接；

所述精准时间模块之DS3231时钟芯片通过I2C总线接口同第一芯片连接，DS3231时钟芯片的SDA口接第一芯片的P3.5口，DS3231时钟芯片的SCL口接第一芯片的P3.4口, DS3231时钟芯片的1PPS口接第一芯片的P3.3口；

LCD显示模块的RS接第一芯片的P1.1口，LCD显示模块的R/W接第一芯片的P1.2口，LCD显示模块的DB0口、DB1口、DB2口、DB3口、DB4口、DB5口、DB6口和DB7口分别接第一芯片的P2.0口、P2.1口、P2.2口、P2.3口、P2.4口、P2.5口、P2.6口和P2.7口；

互动按键模块的KEY1键接第一芯片的P1.4口，互动按键模块的KEY2键接第一芯片的P1.5口，互动按键模块的KEY3键接第一芯片的P1.6口，互动按键模块的KEY4键接第一芯片的P1.7口；

无线通信模块的串口同第二芯片的P3.0口和P3.1口连接；

SD卡模块的SDCMD接第二芯片的P0.2口，SD卡模块的SDCLK接第二芯片的P0.3口，SD卡模块的SDD0接第二芯片的P0.4口，SD卡模块的SDD1接第二芯片的P0.5口，SD卡模块的SDD2接第二芯片的P0.6口，SD卡模块的SDD3接第二芯片的P0.7口；

第三收发芯片的RX接第二芯片的P1.5口，第三收发芯片的TX接第二芯片的P1.6口，第三收发芯片的MRS接第二芯片的P1.7口；第一收发芯片的TX1脚接第二芯片的P1.4口，第二收发芯片的TX2脚接第二芯片的P1.3口；

所述微控制单元MCUⅠ通过六个IO口与微控制单元MCUⅡ连接，其中通过P0.0口和P0.1口与微控制单元MCUⅡ连接，通过P0.2口、P0.3口、P0.4口和P0.5口模拟SPI口同微控制单元MCUⅡ通讯，各口的信号及连接分别为：

第一芯片的P0.0口为F1，P0.1口为F2，P0.2口为MISO，P0.3口为MOSI，P0.4口为SCLK，P0.5口为NSS；F1接第二芯片的P2.2口，F2接第二芯片的P3.2口，MISO接第二芯片的P2.3口，MOSI接第二芯片的P2.4口，SCLK接第二芯片的P2.5口，NSS接第二芯片的P2.6口。

3.如权利要求2所述的一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，其特征在于：所述微控制单元MCUⅠ所采用的STC89C52RC芯片，包括I2c时间接收模块、串口时间报文接收模块、二个数据处理模块、一个spi时间编号数据发送模块、二个io口输出高低电平模块、数码管显示模块和按键设置模块，

数据处理模块用于在接收到串口时间报文接收模块解析出的有效时间信息时，实现对DS3231时钟芯片的实时更新与校正，保证时间同步；

spi时间编号数据发送模块用于输出微控制单元MCUⅠ处理器的数据，保证在亮灯时间内对帧文件编号有序管理；数码管显示模块用于实时显示接收到的时间信息，包括年月日、时分秒；按键设置模块用于在接收不到卫星信号的情况下使用本地时钟进行时间设置；

所述微控制单元MCUⅡ所采用的STC89C52RC芯片，包括一个spi收发模块、一个无线串口收发模块、两个io口判断高低电平模块和SD卡模块读取模块；

spi收发模块用于对后台服务器传来的信息进行处理、互动和修改参数。

4.如权利要求3所述的一种基于北斗授时的景观亮化灯同步控制系统，其特征在于：所述同步控制系统自带备用可充电电源（14），用于市电出现故障意外停电时的供电，以保证同步控制系统的正常工作；

所述精准时间模块为高精度I2C实时时钟器件，具有集成的温度补偿晶体振荡器和电池输入端；所述LCD显示模块釆用标准16脚带背光显示；所述互动按键模块为四位按键，四位按键分别为：模式、加一、减一、确定；所述SD卡模块内存储的bin文件由编号+帧文件构成，所述编号为十进制数字，编号为100的倍数、起始为00000,编号连续排列不重复空行，所述帧文件为十六进制，由素材动画经采集软件转换而成。

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