一种具有GPS时间同步功能的DMX512灯具控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种具有GPS时间同步功能的DMX512灯具控制装置及控制方法，包括网络连接模块、控制单元、整形电路、发送单元和保护单元，还包括GPS模块和电平转换芯片，所述GPS模块将获取到的卫星时间通过电平转换芯片传输到控制单元，所述控制单元通过卫星时间校准系统时间，与其他控制装置的控制单元保持时间同步；在灯光控制脱机播放模式下，利用GPS卫星时间实现多个主控制器间的时间同步，实现播放画面的整体性、一致性，时间精度高、信号稳定、信息输出快，可满足灯光控制领域中时间同步对时间精确度、稳定性、实时性的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED灯光控制领域，特别是涉及一种基于DMX512协议的具有GPS时间同步功能的DMX512灯具控制装置及控制方法。
技术介绍
LED是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、低辐射与低功耗。目前LED景观亮化被越来越多的城市所重视、被广大的民众所接受，并且用户的要求也越来越高。现在的亮化不仅仅是勾画轮廓，人们更希望在亮化的时候还能够进行一些简单的图文介绍。灯具控制器在脱机播放模式下，当多个主控制器被用于控制同一个灯光画面或要求放置在不同地点的多个主控制器控制的独立的灯光画面在同一时刻播放相同内容的时候，便需要进行控制器间的时间同步，以此来实现播放画面的整体性、一致性。用于传统灯具控制器时间同步的时间参考源可选用RTC实时时间芯片，也可通过网络进行同步，但是由于RTC实时时间芯片时间精确度只能到达秒级，不能满足灯光控制领域中毫秒级的帧播放速率的时间同步要求；同时，灯光控制领域中需要进行时间同步的主控制器设备间的距离不固定，可能会间隔非常远，在间隔距离较大的情况下，网线连接布线不方便并增加了成本，且长距离网络传输延时较大，容易丢包，故通过网络进行时间同步也不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统灯具控制器存在的问题，提出一种具有GPS时间同步功能的DMX512灯具控制装置，本专利技术采用GPS时间进行时间同步，GPS时间是GPS接收器模块接收来自卫星的GPS定位信息中包含的时间，解决当多个主控制器被用于控制同一个灯光画面或要求放置在不同地点的多个主控制器控制的独立的灯光画面在同一时刻播放相同内容的时候，控制器间的时间同步问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种具有GPS时间同步功能的DMX512灯具控制装置，包括网络连接模块、控制单元、整形电路、发送单元和保护单元，所述控制单元发送出的控制信号经整形电路整形后传输到发送单元，由发送单元将信号转换为差分信号并通过保护单元传输给DMX512灯具，所述网络连接模块与控制单元连接，还包括GPS模块和电平转换芯片，所述GPS模块将获取到的卫星时间通过电平转换芯片传输到控制单元，所述控制单元通过卫星时间校准系统时间，与其他控制装置的控制单元保持时间同步。在上述技术方案中，所述保护单元为一种三级保护电路，从输入端每条差分线路上连接一个到地的TVS管，在TVS管之后每条线路上串接一个限流电阻，在两个限流电阻前端的两条线路之间连接一个匹配电阻，在两个限流电阻后端的两条线路之间连接一个到地的空气放电管。在上述技术方案中，优先的所述限流电阻应当是阻值为10Ω，功率为2W的电阻。本专利技术中，实现上述技术方案的一种控制方法，该方法为: 步骤一:初始化GPS模块以及UART，通过UART接收GPS模块输出信息用于后续GPS卫星时间解析； 步骤二:GPS模块获取卫星定位信息，从定位信息中获取时间信息； 步骤三:获取节目开始播放时间Tl，利用GPS卫星时间解析算法从GPS模块获取当前时间T2，计算当前时间距离开始时间的时间偏移T=T2-T1 ； 步骤四:根据计算结果T以及节目单中每个播放文件的播放速率按照GPS时间同步算法计算出当前时间点Τ2应该播放节目单中的哪个播放文件，以及播放该文件中的哪一帧，即进行播放校准； 步骤五:各主控制器根据步骤四的计算结果定位到具体某个文件的某个偏移位置，开始播放，步骤四的计算结果会随着步骤三中Τ2的不同而不同，通过播放前的校准，实现时间同步。以现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:在灯光控制脱机播放模式下，利用GPS卫星时间实现多个主控制器间的时间同步，实现播放画面的整体性、一致性，时间精度高、信号稳定、信息输出快，可满足灯光控制领域中时间同步对时间精确度、稳定性、实时性的要求。附图说明本专利技术将通过实施例并参照附图的方式说明，其中: 图1是控制装置的电路结构框 图2是图1中保护单元的具体电路 图3是控制单元工作流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，控制单元为整个装置的核心部分，该控制单元是一种集CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口以一体的数字芯片。通过计算机编程将灯具控制程序烧入控制单元内的存储器，控制单元通过接受外部的时钟信号和复位信号，控制单元的处理器读取存储器中的程序并完成相应的数据处理，通过控制单元的I/O接口以并行传输的方式对外输出多路控制信号。所述的控制信号为LVTTL，每一路LVTTL信号通过整形电路滤波整形后传输到发送单元，发送单元将每一路LVTTL信号转换为一路差分信号对外传输，在差分信号的传输线路上设置一个保护单元，用于保护信号的完整性和装置内器件的安全性。通过保护单元的差分信号就直接传输给外部的灯具。控制单元发出的每路控制信号最多可以包含出513组数据，即I组起始码和512组控制数据，而本专利技术所述的灯具是基于DMX512协议的一种灯具，全彩的LED灯具有红、绿、蓝三种发光颜色，激光发射需要占用3个发送通道，因此每路控制信号最多可以控制170个LED灯具。为消除控制单元发送出的信号上的纹波和毛刺，在信号传输线路上增加一整形电路，对从控制单元发送出的每路LVTTL信号进行滤波整形，以提供一种良好的传输信号。通过整形电路滤波整形的LVTTL信号和直接从控制单元发送出相应的一路状态驱动信号同时传输给发送单元。发送单元内部含有接收器和发送器，发送器的同相输出端作为所述接收器的其中一个控制信号输入端。在接受到LVTLL信号和状态驱动信号时，通过内部比较器将LVTTL信号和状态驱动信号转换为一路差分信号输出，差分输出端分别连接在保护单元的两个输入端上。如图2所示，所述保护单元为一种三级保护电路，从输入端每条差分线路上连接一个到地的TVS管，在TVS管之后每条线路上串接一个限流电阻，在两个限流电阻前端的两条线路之间连接一个匹配电阻，在两个限流电阻后端的两条线路之间连接一个到地的空气放电管；优先的，所述限流电阻应当是阻值为10Ω，功率为2W的电阻。其中气体放电管起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用，TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。如图1所示，该装置能通过网络连接模块与外部通信，外部通信可以采用两种方式: 方式一: 网络连接模块通过网线直接和外部计算机连接，由计算机向装置的控制单元下达控制指令，装置开始按照外部控制指令工作，完成对灯具的具体控制。方式二: 通过外部交换机将多台控制装置连接在一起，组成一个小型的控制局域网络，设置一台控制装置为主控制装置，其他的控制装置为从控制装置；由主控制装置发送控制命令控制其他从控制装置同时工作。在上述描述中，当多台控制装置同时工作时，需要共同完成对一个画面控制，为了保证灯光的有效控制需要各个控制装置采用同一基准时间，因此如图1所示，控制单元连接有GPS模块，GPS模块能自动获取卫星的定位信息，获取定位信息后即发送一路RS232信号，经过电平转换芯片后转换成一路L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有GPS时间同步功能的DMX512灯具控制装置,包括网络连接模块、控制单元、整形电路、发送单元和保护单元，所述控制单元发送出的控制信号经整形电路整形后传输到发送单元，由发送单元将信号转换为差分信号并通过保护单元传输给DMX512灯具，所述网络连接模块与控制单元连接，其特征为还包括GPS模块和电平转换芯片，所述GPS模块将获取到的卫星时间通过电平转换芯片传输到控制单元，所述控制单元通过卫星时间校准系统时间，与其他控制装置的控制单元保持时间同步。

【技术特征摘要】
1.一种具有GPS时间同步功能的DMX512灯具控制装置，包括网络连接模块、控制单元、整形电路、发送单元和保护单元，所述控制单元发送出的控制信号经整形电路整形后传输到发送单元，由发送单元将信号转换为差分信号并通过保护单元传输给DMX512灯具，所述网络连接模块与控制单元连接，其特征为还包括GPS模块和电平转换芯片，所述GPS模块将获取到的卫星时间通过电平转换芯片传输到控制单元，所述控制单元通过卫星时间校准系统时间，与其他控制装置的控制单元保持时间同步。2.根据权利要求1所述的一种多通道并行输出的DMX512灯具控制装置，其特征在于所述保护单元为一种三级保护电路，从输入端每条差分线路上连接一个到地的TVS管，在TVS管之后每条线路上串接一个限流电阻，在两个限流电阻前端的两条线路之间连接一个匹配电阻，在两个限流电阻后端的两条线路之间连接一个到地的空气放电管。3.根据权利要求2所述的一种多通道并行输出的DMX51...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹孝坤，柳春青，王小强，王东越，邢保振，吕昱，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：