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作者 刘皓蔚 江西方兴科技有限公司(江西 南昌 330025)

刘皓蔚(1992-)，女，工程师，研究方向：高速公路机电工程。

摘要：利用GPS高精度授时技术实现高速公路诱导灯全路段同步闪烁，本文通过硬件电路和软件流程描述了该技术的同步原理。本文采用型号为NEO-6M的GPS模块对诱导灯控制电路的时钟信号进行校准，达到所有诱导灯在同一个时钟节拍下闪烁，从而实现全路段所有诱导灯同步闪烁。

引言

　　我国幅员辽阔、地理气候多样，许多高速公路要经过深山老林和湖泊沼泽，而这些地方一年四季中经常容易形成浓雾和团雾，急需一个能主动的安全行车诱导系统。安装在公路两边的诱导灯能清晰的显示公路的走向和轮廓，提高驾驶员对路面的辨识能力，但是，由于传统的诱导灯没有时钟同步，每个诱导灯各自闪各自，不能同步闪烁，反而眼花缭乱，干扰驾驶员视线，影响交通安全。

　　GPS除了具有导航、定位等功用，其卫星上的精确原子钟还可实现精确的授时。目前，需时间控制精度很高的应用领域，如电力、邮电、通讯、交通、航运、气象等都被GPS高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和经济可靠的定时系统吸引[1]。为了解决诱导灯同步闪烁的问题，利用GPS高精度授时功能对路段上的所有诱导灯控制电路的时钟进行同步，实现诱导灯在同一个时钟节拍下闪烁，从而解决诱导灯闪烁同步的问题。

1 硬件设计

　　GPS同步诱导灯采用太阳能和蓄电池的供电方式，控制电路主要由单片机、GPS模块、GPS模块电源控制电路、光照度传感器和LED驱动电路组成，电路框图如图1所示，单片机采用TI公司的低功耗单片机MSP430G2333，GPS模块采用NEO-6M。单片机通过串口接收GPS模块时钟数据，当GPS模块同步到卫星信号时，输出1PPS秒脉冲，该秒脉冲信号输入到单片机的外部中断，用于同步单片机的内部时钟。GPS模块的电源通过场效应开关管由单片机控制，每间隔30分钟打开GPS模块，当GPS时钟同步后，关闭GPS模块的电源，达到降低功耗的目的。

1.1 GPS模块

　　GPS模块采用NEO-6M，它是瑞士UBLOX公司生产的一款高性能GPS模块，不仅能提供基于经纬度的位置信息，而且还能提供精确的GPS授时服务。该GPS模块能够配置输出的秒脉冲，授时精度高达纳秒级，远超该诱导灯对时间精度的要求。在不移动位置的情况下运行，该GPS模块在只有一颗卫星可见度的情况下就可以进行授时，这意味着即使在GPS卫星信号条件不利或天空可见度不佳的情况下也能准确的授时。另外，模块还提供NMEA0183标准报文通过串口输出时间和经纬度信息。

　　GPS模块电路图如图2所示，NEO-6M为24个引脚贴片封装的GPS模块，通过串口和1PPS秒脉冲与单片机连接，场效应管V103为GPS模块电源的开关管，当GPS_PWR为低电平时开关管导通。

1.2 LED驱动电路

　　LED驱动芯片采用PT4115，它是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联或并联的LED。采用SOT89-5封装和ESOP8封装，PT4115输出电流可以通过外部采样电阻调节，最大可达1.2A。根据不同的输入电压和外部器件，PT4115可以驱动高达数10W的LED。PT4115内置功率开关管，采用高端电流采样设置LED驱动电流，并通过DIM引脚可以实现模拟调光和很宽范围的PWM调光。当DIM的电压低于0.3V时，功率开关管关断，PT4115进入极低工作电流的待机状态。

　　LED驱动电路如图3所示，J203连接由40个LED并联组成的诱导灯，外部采样电阻R206为100mΩ，诱导灯最大输出电流为1A，通过单片机PWM输出信号LED_PWM_Y实现诱导灯无极调光，配合光照度传感器自动调节诱导灯亮度。夜间光线较暗时降低诱导灯亮度，避免诱导灯太亮导致驾驶员看着刺眼，影响交通安全;白天光线较强时为自动调高诱导灯亮度，提高可视度。

2 软件设计

　　单片机软件设计主要包括主程序、定时器中断程序、1PPS外部中断程序和串口数据接收程序，主程序包括上电复位后单片机各外设初始化、GPS模块电源打开、诱导灯亮度控制和时间数据解析和转换等功能。为降低诱导灯功耗，GPS模块电源每间隔30分钟打开一次，时钟同步后关闭电源。定时器为10ms定时周期，30分钟定时时间到，打开GPS模块电源，同时，根据诱导灯闪烁周期控制诱导灯亮或灭。1PPS外部中断主要功能是接收到来自GPS模块有效的1PPS秒脉冲信号后置相应的标志位，并对定时器进行时间校准。该单片机程序的1PPS外部中断程序和串口数据接收程序都比较简单，所以软件流程图只描述主程序和定时器中断程序，软件流程图如图4所示。

3 结论

　　利用GPS授时技术实现高速公路诱导灯全路段同步闪烁，不需要专门铺设时钟同步线，不仅节省工程施工费用，而且，由于诱导灯为太阳能供电，无其他有线连接，不存在线路故障导致同步失效，系统还具有稳定性强等特点。

　　另外，GPS授时具有高精度、全天候、全球覆盖和免费使用等特点，还广泛地应用于各种时钟高精度对时、电力继电保护远程时钟同步等场合。

　　参考文献:

　　[1]董剑利,周丹.通用GPS授时同步监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2007(6):3006-3008.

　　本文来源于必威娱乐平台 2017年第12期第58页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。

关键词： GPS高精度授时 时钟校准 同步闪烁 201712