本發(fā)明涉及一種視覺導(dǎo)航設(shè)施——航標(biāo)燈器，特別是一種燈器的同步閃快速控制實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

沿航道設(shè)置的航標(biāo)燈，在夜晚下有節(jié)奏地閃爍著（燈的閃爍周期，以下稱為燈質(zhì)），可以為來往船舶指示航道狀況，是保障船舶夜航安全的重要設(shè)施之一。但在復(fù)雜背景燈光（如夜晚城市霓虹燈光、港口作業(yè)燈光、航行船舶燈光等）影響下，常規(guī)航標(biāo)燈對航道的指示作用被弱化，因此沿航道部署的、具有同步閃功能的航標(biāo)燈在同一時(shí)刻同時(shí)亮或滅，可以使橋區(qū)航道界限更加分明，改善夜航環(huán)境，進(jìn)而提高保障船舶夜航安全的能力。

ZL97204998.3公布了一種浮標(biāo)燈同步閃光裝置，由GPS接收天線、GPS接收機(jī)、接口電路、處理電路、電源管理電路、輸出電路和浮標(biāo)燈等組成，文獻(xiàn)較早地把實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈時(shí)間同步的關(guān)鍵技術(shù)借助當(dāng)時(shí)的新技術(shù)GPS來解決，并指出對GPS串口輸出的內(nèi)容進(jìn)行編程處理，得到任何整時(shí)或整分的信息，從而具有使各個(gè)浮標(biāo)在相同時(shí)間共同閃光，由此奠定了日后基于GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步閃航標(biāo)燈的硬件框架；ZL200420032200.7、ZL200820192645.X也針對各自應(yīng)用提出了基于GPS技術(shù)的同步閃航標(biāo)燈硬件設(shè)計(jì)?？梢姡綐?biāo)燈實(shí)現(xiàn)同步閃的難點(diǎn)在于：如何將布設(shè)在較大區(qū)域內(nèi)的、且相互獨(dú)立的多個(gè)航標(biāo)燈實(shí)現(xiàn)時(shí)間的同步。

2002年12月曾祥君、尹項(xiàng)根、K.K.Li等在《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》發(fā)表《GPS時(shí)鐘在線監(jiān)測與修正方法》，詳細(xì)分析說明了GPS時(shí)鐘誤差的影響因素，并指出推廣GPS時(shí)鐘在重要工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，需解決兩個(gè)問題：GPS時(shí)鐘的實(shí)時(shí)監(jiān)測和誤差補(bǔ)償。目前已周知的是，GPS接收機(jī)串口輸出的報(bào)文是在產(chǎn)生PPS信號（PPS信號精度可達(dá)到納秒級）并保持100ms時(shí)長后輸出的，如僅對GPS輸出的報(bào)文進(jìn)行編程獲得的時(shí)間，至少會(huì)有數(shù)百毫秒的誤差，這種誤差在時(shí)間精度要求較高的應(yīng)用場合，是不可接受的，因此，采用結(jié)合PPS信號或其他輔助手段等來實(shí)現(xiàn)精確授時(shí)，無疑就成了本領(lǐng)域技術(shù)人員的自然選擇。

ZL200710180533.2公開了一種高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，將GPS的秒脈沖信息和絕對時(shí)間信息傳遞給錄取控制板并校正控制板的內(nèi)部時(shí)鐘，以滿足精度要求不高于為1×10^-4秒的應(yīng)用場合；ZL200810060615.8提供了一種基于GPS技術(shù)對電表授時(shí)的裝置，為保證授時(shí)的精度，利用固定的補(bǔ)償值補(bǔ)償MCU和電表通信時(shí)間所產(chǎn)生的延時(shí)，具體是采用PPS信號觸發(fā)中斷，把內(nèi)部的當(dāng)前時(shí)間信息全部存儲(chǔ)起來，當(dāng)把GPS發(fā)送的報(bào)文信息全部解碼出來后再把解碼得到的時(shí)間信息加上觸發(fā)后到解碼完成所用的時(shí)間即可保證MCU內(nèi)部的時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘保持比較高度的一致（誤差在1us以內(nèi)）；CN201883394U還公開了一種通過串行信號與PPS秒脈沖信號互補(bǔ)的同步閃爍太陽能道釘，給出了硬件框圖。

目前此類軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，共性之處是都有GPS接收機(jī)、微處理器，以對協(xié)議報(bào)文編程分解和PPS相結(jié)合的方式為主來提高授時(shí)精度，如需滿足更高精度要求，往往還會(huì)增加一些輔助裝置，但具體如何協(xié)同PPS和協(xié)議報(bào)文解碼之間的方法，則筆墨不多，使用的資源如中斷、RAM等焉語不詳。

隨著技術(shù)的發(fā)展和對行業(yè)的深入理解，CN103929859A進(jìn)一步公開了一種航標(biāo)燈無線同步閃爍方法，控制電路板具備具有本地時(shí)間計(jì)時(shí)能力的計(jì)時(shí)電路，用秒脈沖信號的邊沿對計(jì)時(shí)電路的秒沿信號進(jìn)行精確同步，以此在控制板上建立一個(gè)精確的絕對時(shí)間參考系，同步時(shí)間起點(diǎn)從每個(gè)整點(diǎn)開始，即實(shí)現(xiàn)每小時(shí)同步一次。

因此，在現(xiàn)有基于GPS/北斗的航標(biāo)燈器硬件上，如何使用較少資源實(shí)現(xiàn)航標(biāo)同步閃，以及提高閃爍的同步效果，仍然是一件很有價(jià)值的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本案申請人提出了“一種基于GPS的精確授時(shí)方法”（已于2014年7月2日提出發(fā)明專利申請，受理號：201410306188.2），詳細(xì)闡述了基于MCU微處理器的RTC時(shí)鐘和中斷機(jī)制，如何協(xié)同GPS的PPS信號和NMEA-0813報(bào)文協(xié)議處理方法以實(shí)現(xiàn)每分鐘零秒時(shí)刻的精確授時(shí)方法。

本發(fā)明的目的是在提供一種燈器的同步閃快速控制實(shí)現(xiàn)方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的設(shè)計(jì)技術(shù)方案是：

一種燈器的硬件終端由微處理器101、電源模塊102、GPS/北斗模塊103、LED燈頭104、光敏傳感器和燈質(zhì)撥碼105及通訊接口106組成；電源模塊102分別和微處理器101、GPS/北斗模塊103、LED燈頭104相連；微處理器101和GPS/北斗模塊103、LED燈頭104、光敏傳感器和燈質(zhì)撥碼105及通訊接口106相連，其中微處理器101具有中斷功能的INT引腳和GPS/北斗模塊103的PPS信號引腳相連，微處理器101的UART引腳和GPS/北斗模塊103的UART引腳相連，微處理器101的一個(gè)IO引腳和LED燈頭104相連。

所述微處理器101，通過燈質(zhì)撥碼修改燈質(zhì)，或通過通訊接口106接收外部指令來修改燈質(zhì)；光敏傳感器測量獲得光照度，決定是否需要亮燈操作。

所述微處理器101，內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)時(shí)間定時(shí)器T1，用來控制燈器的亮/滅時(shí)長，T1周期（T_T1）的單位為毫秒，通常取值范圍：5～100，通常取50。

所述微處理器101，內(nèi)部有一個(gè)燈器的燈質(zhì)控制結(jié)構(gòu)寄存器，由【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】、【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組序號】單元、【當(dāng)前編碼數(shù)據(jù)】單元、【同步閃控制時(shí)刻】（單位：分）和【時(shí)間同步時(shí)刻】（單位：秒）組成。

所述微處理器101，其FLASH保存了255種符合國標(biāo)的燈質(zhì)及其編碼，當(dāng)撥碼或指令修改燈質(zhì)時(shí)，從FLASH中讀取對應(yīng)燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼到燈質(zhì)控制結(jié)構(gòu)寄存器的【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】中，然后計(jì)算獲得同步閃控制時(shí)刻（單位：分），并保存在燈質(zhì)控制結(jié)構(gòu)寄存器的【同步閃控制時(shí)刻】中。

所述燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼，其算法是：用燈質(zhì)中的各亮、滅時(shí)長（單位：秒）乘以1000后再除以T_T1，結(jié)果必須為整數(shù)（即T_T1的取值必須滿足此條件），該結(jié)果保存到【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】中，如果不為整數(shù)，需重新調(diào)整T1的周期，以滿足燈質(zhì)中各亮、滅的數(shù)據(jù)編碼均為整數(shù)。

所述的同步閃控制時(shí)刻，是在燈質(zhì)確定后計(jì)算獲得的，計(jì)算方法是：

N=M×SUM_DZ×T_T1/(1000×60)

其中，SUM_DZ為設(shè)定燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼累積和；

T_T1為定時(shí)器T1的周期，單位：毫秒；

M為實(shí)現(xiàn)N為整數(shù)的最小整數(shù)值；

N為整數(shù)，表示同步時(shí)刻，單位：分，通常取值范圍：1～59。

N的數(shù)值保存【同步閃控制時(shí)刻】中。

所述微處理器101，當(dāng)時(shí)間定時(shí)器T1中斷發(fā)生時(shí)，首先檢查【當(dāng)前編碼數(shù)據(jù)】單元的數(shù)據(jù)是否為0，如果不為0，則【當(dāng)前編碼數(shù)據(jù)】單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行減一操作即可，否則如果為0，則將【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組序號】單元的數(shù)據(jù)加一，即后移，然后據(jù)此從【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】讀取對應(yīng)的數(shù)據(jù)編碼到【當(dāng)前編碼數(shù)據(jù)】單元。

所述微處理器101，當(dāng)開始GPS報(bào)文數(shù)據(jù)解析，獲得報(bào)文中的UTC分和UTC秒時(shí)刻，通過計(jì)算公式：60－UTC秒時(shí)間，獲得時(shí)間同步時(shí)刻并保存在【時(shí)間同步時(shí)刻】。

所述微處理器101，當(dāng)進(jìn)入到由GPS/北斗模塊103的PPS信號引起的INT中斷服務(wù)時(shí)，首先檢查【時(shí)間同步時(shí)刻】的數(shù)據(jù)是否為0，當(dāng)不為0時(shí)，將【時(shí)間同步時(shí)刻】保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行減一操作，再判斷結(jié)果是否為0，如果不為0，則不進(jìn)行同步閃控制操作，否則為0，則意味著當(dāng)前時(shí)刻為x分0秒（x在0～59之間），需進(jìn)行同步閃時(shí)刻檢查及同步閃控制操作，即同步閃時(shí)刻檢查及同步閃控制操作是在由PPS信號引起的INT中斷服務(wù)中完成的。

所述的同步閃時(shí)刻檢查，用UTC時(shí)時(shí)間乘以60后和UTC分時(shí)間的累加值除以【同步閃控制時(shí)刻】保存的數(shù)值，即求余運(yùn)算，如果余數(shù)不為0，不進(jìn)行同步閃控制操作，否則為0，進(jìn)行同步閃控制操作。

所述的同步閃控制操作，將【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組序號】單元的數(shù)據(jù)修改為0，即指向【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】首地址，讀取【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】中序號0的數(shù)據(jù)編碼到【當(dāng)前編碼數(shù)據(jù)】單元。

所述微處理器101，【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】中，偶數(shù)序號的數(shù)據(jù)編碼為亮的時(shí)長編碼，奇數(shù)序號的數(shù)據(jù)編碼為滅的時(shí)長編碼。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：在現(xiàn)有航標(biāo)終端硬件資源平臺(tái)上，可每分鐘實(shí)現(xiàn)同步閃爍的檢查與控制，達(dá)到較精確的同步閃效果，即便GPS偶爾無法有效定位，但只要有PPS信號，仍然可以依靠微處理器的計(jì)時(shí)能力持續(xù)同步觸發(fā)。

本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的GPS報(bào)文數(shù)據(jù)解析流程圖。

圖3是本發(fā)明的PPS信號INT中斷服務(wù)流程圖。

圖4是本發(fā)明的同步閃時(shí)刻檢查及控制操作流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1中，101是GPS模塊，102是微處理器，103是電源模塊，104是LED燈頭，101的PPS引腳、UART引腳分別與102的INT、UART引腳連接，102的一個(gè)引腳與104連接，103分別與101、102和104連接。

為了更詳細(xì)的描述本發(fā)明，下面結(jié)合圖2、圖3和圖4作進(jìn)一步說明。

步驟201：GPS報(bào)文數(shù)據(jù)解析開始，執(zhí)行步驟202；

步驟202：判斷GPS報(bào)文中是否有UTC時(shí)間，如果沒有，則執(zhí)行步驟205，如果有，則執(zhí)行步驟203；

步驟203：解析獲得UTC時(shí)分秒數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟204；

步驟204：將UTC秒數(shù)據(jù)代入轉(zhuǎn)換公式，計(jì)算獲得時(shí)間同步時(shí)刻，轉(zhuǎn)換公式為：60-UTC秒時(shí)間，然后執(zhí)行步驟205；

步驟205：GPS報(bào)文數(shù)據(jù)解析結(jié)束。

步驟301：PPS信號INT中斷服務(wù)開始，執(zhí)行步驟302；

步驟302：判斷【時(shí)間同步時(shí)刻】的數(shù)據(jù)是否為0，為0，則執(zhí)行步驟306，否則不為0，執(zhí)行步驟303；

步驟303：【時(shí)間同步時(shí)刻】的數(shù)據(jù)進(jìn)行減一操作，執(zhí)行步驟304；

步驟304：判斷【時(shí)間同步時(shí)刻】的數(shù)據(jù)是否為0，不為0則執(zhí)行步驟306，否則為0，執(zhí)行步驟305；

步驟305：執(zhí)行同步閃時(shí)刻檢查及控制操作，執(zhí)行步驟305；

步驟306：PPS信號中斷服務(wù)結(jié)束。

步驟401：同步閃時(shí)刻檢查及控制操作開始，執(zhí)行步驟402；

步驟402：計(jì)算當(dāng)前分，計(jì)算公式為：UTC時(shí)時(shí)間×60+UTC分時(shí)間，然后執(zhí)行步驟403；

步驟403：用計(jì)算獲得的當(dāng)前分對【同步閃控制時(shí)刻】進(jìn)行求余運(yùn)算，例如：x=當(dāng)前分%【同步閃控制時(shí)刻】；（％符號為C語言中求余運(yùn)算符），然后執(zhí)行步驟404；

步驟404：對步驟403中獲得x進(jìn)行判斷，如果為0，則執(zhí)行步驟405，否則不為0，執(zhí)行步驟406；

步驟405：【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組序號】單元=0，【當(dāng)前編碼數(shù)據(jù)】單元=【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】序號0的數(shù)據(jù)，即【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組序號】單元指向【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】首地址，讀取【燈質(zhì)的數(shù)據(jù)編碼數(shù)組】首地址的數(shù)據(jù)到【當(dāng)前編碼數(shù)據(jù)】單元，然后執(zhí)行步驟406；

步驟406：結(jié)束。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，我們所描述的具體實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對本發(fā)明范圍的限定，任何受本發(fā)明技術(shù)路線啟發(fā)所作的等效修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。