多节点控制系统及其区域无线授时装置和景观照明系统的制作方法

本发明涉及多个显示装置的同时显示控制，尤其涉及的是，一种多节点控制系统及其区域无线授时装置和景观照明系统。

背景技术：

授时(timeservice)是指利用无线电波发播标准时间信号的工作，根据授时手段的不同分为短波授时、长波授时、卫星授时和移动数据授时等。短波授时与长波授时精度较低；卫星授时方案受天气、地形地貌和建筑物遮蔽等环境因素影响，信号弱，适应复杂环境能力差；移动数据授时方案，在没有移动数据信号无法覆盖区域无法实施，且需要开卡，成本高。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

现有技术如图1所示，每一卫星信号收发器或移动数据收发器a对应一接收机c，不但面临上述缺陷，而且卫星信号收发器或移动数据收发器a的成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种新的多节点控制系统及其区域无线授时装置和景观照明系统，所要解决的技术问题包括：如何在景观照明系统或其多节点控制系统中兼顾授时成本、准确性和适应复杂环境能力提供准确的授时，使文件准确按时播放从而相互匹配显示完整的整体效果等。

本发明的技术方案如下：

一种多节点控制系统的区域无线授时装置，其包括：数据收发器、m个发射机和分为m组的n个接收机；

将多节点控制系统的区域设置为m个子区域，每一子区域中，设有一数据收发器、一发射机和一组接收机，并且发射机以无线传输方式连接各接收机；

数据收发器用于获取授时信息，并传输给发射机；

发射机设有数据通讯模块、本地时钟模块和无线收发模块，数据通讯模块分别连接数据收发器和无线收发模块，无线收发模块连接本地时钟模块并以无线传输方式连接各接收机，无线收发模块用于在数据收发器有信号时采用授时信息无线传输给各接收机，在数据收发器无信号时采用本地时钟模块的时间信息无线传输给各接收机。

较好的是，发射机设有测试模块，发射机和接收机在上电时采用默认预设参数包，发射机向同一子区域中的各接收机广播发送若干帧预设数据，并接收每个接收机的反馈数据包，测试模块用于反馈数据包中的错误率超过预设阈值时，则下调当前预设参数包中的参数进行再次测试，并在再次测试的反馈数据包中的错误率超过预设阈值时选取其他预设参数包作为默认预设参数包。

优选的，无线收发模块还用于根据数据收发器的授时信息修正本地时钟模块的时间信息。

优选的，数据收发器的数量为m个，每一子区域中，独立设有一数据收发器。

优选的，数据收发器的数量为一个，各个子区域共用一个数据收发器。

优选的，发射机的工作频率为410到533mhz。

优选的，发射机以无线传输方式连接各接收机中，对帧数据进行对称算法加密处理。

优选的，m为自然数。

优选的，m为大于一的自然数。

优选的，m为大于等于二的自然数并且至少两个子区域具有相互重合的部分。

优选的，n为m的倍数，各组接收机的数量相同。

优选的，至少一组接收机的数量与其它组接收机的数量相异。

优选的，接收机包括顺序连接的数据通讯模块、数据还原模块和对时模块。

优选的，数据收发器包括卫星信号收发器和移动数据收发器。

一种多节点控制系统，其包括任一项中所述区域无线授时装置，并采用所述区域无线授时装置进行各个子区域的无线授时。

一种景观照明系统，其包括任一项中所述多节点控制系统。

采用上述方案，本发明能够提供授时成本、准确性和适应复杂环境能力整体较佳的授时技术方案，应用在景观照明系统或其多节点控制系统中，使文件准确地按时播放，多个显示节点相互匹配显示完整的图像或者视频，达到了完整的整体效果，特别适合成千上万的大量节点共同播放一个视频，具有很高的市场应用价值。

附图说明

图1为现有技术的实现示意图；

图2为本发明所述区域无线授时装置的一个实施例的示意图；

图3为本发明所述区域无线授时装置的另一个实施例的示意图；

图4为图3所示实施例的一个子区域示意图；

图5为图3所示实施例的另一个子区域示意图；

图6为图3所示实施例的另一个子区域示意图；

图7为本发明所述区域无线授时装置的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。但是，本发明可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

景观照明系统包括但不限于户外大型显示屏或者显示系统，可以包括成千上万的显示模组，在显示的时候需要严格控制各个显示模组在特定时间显示特定内容，才能实现景观照明系统的整体显示，例如由于对时出错，某个显示模组显示半张脸而另一个显示模组没有显示其余半张脸而在显示其他画面，对于用户或观赏者来说都是不能接受的。本发明利用了无线信号也就是公共频段开放的无线电信号，在局部范围内例如半径5公里内，可以用于通讯。本发明的一个实施例是，一种多节点控制系统的区域无线授时装置，其包括：数据收发器、m个发射机和分为m组的n个接收机；将多节点控制系统的区域设置为m个子区域，每一子区域中，设有一数据收发器、一发射机和一组接收机，并且发射机以无线传输方式连接各接收机；数据收发器用于获取授时信息，并传输给发射机；发射机设有数据通讯模块、本地时钟模块和无线收发模块，数据通讯模块分别连接数据收发器和无线收发模块，无线收发模块连接本地时钟模块并以无线传输方式连接各接收机，无线收发模块用于在数据收发器有信号时采用授时信息无线传输给各接收机，在数据收发器无信号时采用本地时钟模块的时间信息无线传输给各接收机。采用上述方案，本发明能够提供授时成本、准确性和适应复杂环境能力整体较佳的授时技术方案，应用在景观照明系统或其多节点控制系统中，使文件准确地按时播放，多个显示节点相互匹配显示完整的图像或者视频，达到了完整的整体效果，特别适合成千上万的大量节点共同播放一个视频，具有很高的市场应用价值。

n个接收机分为m组，每组的接收机可以相同也可以不同；优选的，n为m的倍数，各组接收机的数量相同。或者，至少一组接收机的数量与其它组接收机的数量相异。由此可以解决接收机的数量不能平均分配的问题，而且无线信号覆盖区域不同，对应的接收机的数量可能也有差异，较好的是，n个接收机根据无线信号收发范围分为m组。由此可以尽量少用数据收发器，也就是减少数据收发器的用量，以节约成本，同时简化系统。优选的，数据收发器包括卫星信号收发器和移动数据收发器。卫星信号收发器用于获取卫星的授时信息，也就是卫星授时信号，并传输给发射机；移动数据收发器用于获取移动数据信号的授时信息，并传输给发射机。优选的，接收机包括顺序连接的数据通讯模块、数据还原模块和对时模块。接收机可以在现有基础上增加无线传输方式的数据通讯模块；对于加密处理的数据，可以设置数据还原模块。

景观照明系统为实现多节点之间播放视频同步，需要保证不同节点之间时间差异小于40ms，但本地时钟由于设备自身原因导致不可行，例如有源晶振不断地存在偏差，所以主要依靠卫星授时/基站授时/网络授时等方式来实现，但卫星授时受天气，地线地貌，建筑物遮蔽等环境因素影响较大，并不稳定；移动数据授时受基站信号覆盖范围影响较大，且需要开通物联卡并架设授时服务器，成本较高；较好的是，m的数值根据无线收发模块的覆盖范围设置，当无线收发模块的信号收发范围能够覆盖全区域时，m为一；当无线收发模块的信号收发范围不能够覆盖全区域时，m为多个无线收发模块组合后能够覆盖全区域的数值；也就是说，m个无线收发模块组合后能够覆盖全区域。本发明采用公共频段的无线电信号进行局部范围内的同步对时，相对于卫星授时而言，受外部环境因素影响较小，相对于基站授时和网络授时而言，架设成本低，不受基站分布等影响；若信号覆盖范围达不到全区域，可将其划分为若干子区域，每个子区域的发射机之间通过卫星授时/基站授时/网络授时等方式进行同步，则需要架设的卫星授时/基站授时/网络授时节点数量减少数十到上百倍，也就是仅为原来的1％到5％左右的成本，极大降低了工程实施的难度和成本。

为保证数据安全和播放时间的一致性，例如无线数据传输存在被监听的可能，优选的，发射机以无线传输方式连接各接收机中，对帧数据进行对称算法加密处理。较好的是，发射机还设有数据加密模块，数据加密模块用于进行数据加密；较好的是，数据加密模块用于对数据帧内的每一个字节都采用对称算法aes/ecb/pkcs5padding进行加密，秘钥按照约定规则进行轮转替换，由此可以增强无线数据传输的安全性。

为了避免数据出错，例如无线通讯存在数据包损坏的概率，较好的是，发射机还设有数据冗余模块，数据冗余模块用于进行数据冗余验证或数据冗余处理，或者用于进行数据冗余处理和数据冗余验证；较好的是，数据冗余模块用于对每一数据帧进行数据冗余处理，生成内容相同的至少二份子数据包并包含有校验数据；较好的是，数据冗余模块用于对每一数据帧进行数据冗余处理，生成内容相同的3份子数据包并包含有校验数据；也就是说，一帧数据由3份子数据包组成，每份子数据包内容相同，且包含校验数据；接收机收到任意1份完整的通过校验的子数据包，都视为接收成功，由此降低单次数据传输失败的概率。由此可以保证数据传输的准确性。

为了解决由于无线信号传输造成的延时问题，较好的是，发射机还设有延时测量模块，延时测量模块用于对无线信号传输进行延时测量，也就是对无线信道的无线信号传输进行延时测量；较好的是，无线收发模块在以无线传输方式向各接收机发送显示数据和授时信息，对于显示数据的每一帧数据都加上时间戳，无线收发模块还用于接收各接收机返回的带有时间戳的应答，延时测量模块用于根据显示数据及其应答，测量无线信号传输的延时状况；较好的是，发射机还设有延时补偿模块，延时补偿模块用于根据延时测量结果进行同步补偿。较好的是，延时补偿模块用于根据延时测量结果进行同步补偿以调整授时时间。也就是说，无线数据传输延时随着传输速率，编码方式等参数的不同而不同，传输延时从几个毫秒到几千毫秒之间浮动，所以在同步授时的时候必须考虑传输路径延时，例如发射机配备高精度时钟源，一般采用带温度补偿功能的有源晶振，其精确度小于10ppm，每秒钟偏差小于1微秒，发射机发送一帧数据时带上时间戳，接收机返回应答时将时间戳附带返回，发射机收到应答时可计算出路径延时，记为t，在发送授时信息时将授时时间往前叠加t/2，以此类推。

为了校准本地时钟模块的时间信息，较好的是，发射机还设有本地补偿模块，本地补偿模块用于根据数据收发器的授时信息补偿本地时钟模块的时间信息；较好的是，发射机还设有信道选择模块，信道选择模块用于选择切换无线信道，优选的，当延时测量模块的延时测量结果超过预设延时阈值时，信道选择模块选择切换无线信道；较好的是，发射机还设有数据加密模块、数据冗余模块、本地补偿模块、延时测量模块、信道选择模块和延时补偿模块；数据加密模块用于进行数据加密；数据冗余模块用于进行数据冗余验证或数据冗余处理；本地补偿模块用于根据数据收发器的授时信息补偿本地时钟模块的时间信息；信道选择模块用于选择切换无线信道；延时测量模块用于对无线信号传输进行延时测量；延时补偿模块用于根据延时测量结果进行同步补偿。通过数据加密和冗余验证，能够实现数据的准确性，避免恶意黑客入侵，也避免了权利人的法律风险；而且提高了播放的准确性，增强了用户体验，能够帮助赢得客户。通过对无线信号传输进行延时测量，配合选择切换无线信道，能够保障数据传输的速度，从而保障正常播放。更进一步去配合根据数据收发器的授时信息补偿本地时钟模块的时间信息还有根据延时测量结果进行同步补偿，不仅使得数据传输有保障，还使得数据播放有保障，从两方面保证大规模的成千上万的大量节点共同播放一个视频，最终保证户外大规模显示或景观照明系统的准确显示效果；而且，通过信道选择模块实现无线信道自动切换解决公共频道之间的串扰问题，通过延时测量模块实现无线信号传输延时测量解决同步补偿问题，通过数据冗余模块实现无线数据冗余容错算法解决数据传输出错问题，通过数据加密模块实现无线数据加密算法解决数据保护问题，通过本地时钟模块实现无信号时本地精确时钟补充解决数据收发器数据中断问题，整体解决了无线信号传输过程中面临的干扰、传输延时、数据容错、数据加密等技术问题，就可以作为可靠的同步源，配合数据通讯模块、本地时钟模块和无线收发模块，结合卫星授时，将大区域切割成几个局部，则可以实现各区域之间的同步。

为了适应自动化控制，提高系统鲁棒性，并解决公共频段无线电信号存在多种设备占用同一频道的问题，较好的是，发射机设有测试模块，发射机和接收机在上电时采用默认预设参数包，发射机向同一子区域中的各接收机广播发送若干帧预设数据，并接收每个接收机的反馈数据包，测试模块用于反馈数据包中的错误率超过预设阈值时，则下调当前预设参数包中的参数进行再次测试，并在再次测试的反馈数据包中的错误率超过预设阈值时选取其他预设参数包作为默认预设参数包，依次类推。例如，上电后所有设备例如发射机或数据通讯模块、无线收发模块等，选用相同的收发频率、传输速率、编码方式等参数，发射机广播发送若干帧数据，然后点对点收集每个接收机的数据包错误率，若发现错误率超过一定阈值，则通知所有接收机，先降低传输速率、降低编码效率等，若此后错误率仍然超过阈值，则随机选择下一组具有频率、传输速率、编码方式等的参数，由此可以实现自动选取合适的多个参数组成的参数包，而且在参数不合适时自动调整，使得所用的参数包适应数据传输需求，降低数据包中的错误率，提高了系统的鲁棒性；测试模块的功能是经过改进的，与现有测试模块不同，它集成了匹配预设参数包的系统需求，在反馈数据包中的错误率超过预设阈值时就会一并调整当前的预设参数包，还会改用其它预设参数包来改善传输，保证了大规模的成千上万的大量节点的数据准确性，减少了人工干预，不需要现有测试模块反馈结果再要求人工干预，实现了操作的自动化，而对于大规模的户外显示或景观照明系统，这是非常有必要的。

优选的，发射机的工作频率为410到533mhz。较好的是，发射机的工作频率为420到530mhz。较好的是，发射机的工作频率为430到510mhz。由此可以最终实现在410～533mhz这个波段内，最优选择1个频率作为通讯信道。

为了防止卫星授时和移动数据授时可能发生的信号中断，优选的，无线收发模块还用于根据数据收发器的授时信息修正本地时钟模块的时间信息。较好的是，每次获得授时信息，则修正一次本地时钟模块的时间信息。较好的是，按先进先出的方式管理数据收发器的授时信息，并采用最近一次授时信息修正本地时钟模块的时间信息。由此可以实现在多区域同步时，考虑到卫星授时和移动数据授时可能会信号中断，此时发射机应该用本地的高精度时钟作为后续补偿，给接收机持续对时，以消除累计偏差。由于本地时钟模块例如有源晶振，它的精度偏差或者累计偏差是已知的，所以可以采用定时修正的方式来减少当前偏差，较好的是，所述区域无线授时装置还包括相连接的控制模块和判断模块，控制模块还连接无线收发模块，判断模块还连接本地时钟模块，判断模块用于判断本地时钟模块的时间信息的最近一次修正时间是否超过预设时间阈值，是则由控制模块控制无线收发模块采用数据收发器的授时信息无线传输给各接收机，并根据授时信息修正本地时钟模块的时间信息，否则由控制模块控制无线收发模块采用本地时钟模块的时间信息无线传输给各接收机。以10ppm精度的有源晶振为例，在1个小时内两台发射机的偏差可以控制在30～40ms内，本方案对卫星授时或移动授时的持续有效性精度可降低到1小时/次，由此可以减少卫星授时或移动授时的次数。

优选的，m为自然数，例如1、2、3、4、5等等。优选的，m为大于一的自然数。多节点控制系统的区域可以理解为项目区域例如景观照明的项目区域，如图2所示，本发明的一个实施例是，当一个发射机的无线收发模块的信号传输区域102足以覆盖整个矩形的项目区域101时，m为1，本实施例中可以省略数据收发器，只通过发射机的本地时钟模块对各接收机进行授时。优选的，m为大于等于二的自然数并且至少两个子区域具有相互重合的部分。如图3所示，本发明的一个实施例是，当一个发射机的无线收发模块的信号传输区域不足以覆盖整个三角形的项目区域101时，则需要多个发射机，本实施例中将多节点控制系统的区域设置为三个子区域，包括第一子区域103、第二子区域104和第三子区域105，三个子区域分别具有相互重合的部分。本实施例中采用了三个发射机，第一子区域103如图4所示，包括卫星信号/移动数据收发器、发射机1和三个接收机，三个接收机分别为接收机1、接收机2和接收机3；第二子区域104如图5所示，包括卫星信号/移动数据收发器、发射机2和三个接收机，三个接收机分别为接收机4、接收机5和接收机6；第三子区域105如图6所示，包括卫星信号/移动数据收发器、发射机3和三个接收机，三个接收机分别为接收机7、接收机8和接收机9。

如图7所示，本发明的一个实施例是，项目区域101呈矩形，多节点控制系统的区域设置为八个子区域，包括第一子区域103、第二子区域104、第三子区域105、第四子区域106、第五子区域107、第六子区域108、第七子区域109和第八子区域110，每个子区域的信号传输区域至少和一个其他子区域的信号传输区域相互重合，保证对项目区域101实现全面覆盖，不留空位。

由此可见，从结构上来说，本发明增加了发射机部件；如图1所示，现有方案是卫星信号收发器或移动数据收发器a直接对接目标接收机c，如图4、5和6所示，本发明改进方案将n个接收机c分成m组，每一组只需要1个发射机b，发射机b和接收机c之间走无线信号；增加了发射机b之后，卫星信号收发器或移动数据收发器a的用量就会少很多，卫星信号收发器或移动数据收发器a模块成本高，且卫星信号收发器或移动数据收发器a和接收机c之间通讯用的收发器成本高，发射机b模块成本低，且发射机b和接收机c通讯用的无线收发器成本低；发射机b和接收机c之间走无线数据通讯，信号强度较卫星信号更高，可靠性更高，不依赖移动数据基站，可自行组网。对于小项目或者通讯范围极大的发射机，则发射机b可以覆盖整个项目区域，此时甚至不需要卫星信号收发器或移动数据收发器a部件，直接由发射机b进行对时即可。

优选的，数据收发器的数量为m个，每一子区域中，独立设有一数据收发器。也就是说，一种多节点控制系统的区域无线授时装置，其包括：m个数据收发器、m个发射机和分为m组的n个接收机；将多节点控制系统的区域设置为m个子区域，每一子区域中，设有一数据收发器、一发射机和一组接收机，并且发射机以无线传输方式连接各接收机；数据收发器用于获取授时信息，并传输给发射机；发射机设有数据通讯模块、本地时钟模块和无线收发模块，数据通讯模块分别连接数据收发器和无线收发模块，无线收发模块连接本地时钟模块并以无线传输方式连接各接收机，无线收发模块用于在数据收发器有信号时采用授时信息无线传输给各接收机，在数据收发器无信号时采用本地时钟模块的时间信息无线传输给各接收机。优选的，数据收发器的数量为一个，各个子区域共用一个数据收发器，因为数据收发器比较贵，所以在保证授时准确有效的前提下，能够少用一点数据收发器，不仅可以节约成本，还可以简化每个子区域的结构。

较好的是，m为大于等于三的自然数，多个发射机呈链式连接分布并首尾相连，每一发射机分别连接两个其它发射机并且该发射机的无线收发模块的信号传输区域与所连接的两个其它发射机的无线收发模块的信号传输区域部分重合，例如多个发射机整体形成一个环状。发射机还设有授时对准模块，授时对准模块用于将数据通讯模块收到的授时信息进行统一对准，也就是说，增加了一个对时的模块，确保不会由于不同的数据收发器获取得到不同的授时信息而导致播放出错；而且这样做还有一个额外的好处，可以只用一个数据收发器，大大节省了昂贵数据收发器的数量。

优选的，每个子区域中设有一数据收发器，可以设计m个数据收发器，也可以只采用一个数据收发器，数据收发器的作用就是授时，获取准确的授时信息。当子区域之间的距离较远，无线收发模块的传输范围也就是信号传输区域无法相互重合时，需要每一子区域单独配置一个独立的数据收发器，当子区域之间的距离较近，无线收发模块的信号传输区域能够做到两两相互重合时，可以所有子区域共用一个数据收发器。较好的是，数据收发器的数量，根据子区域中无线收发模块的信号传输区域重合性而设置，对于具有信号传输区域部分重合的子区域则只设置一个数据收发器并共用；对于没有信号传输区域部分重合的子区域则分别设置数据收发器。例如，三个子区域的无线收发模块的信号传输区域分别部分重合，如图3所示，则多节点控制系统的区域无线授时装置只包括一个数据收发器；例如，八个子区域的无线收发模块的信号传输区域分别部分重合，如图7所示，则多节点控制系统的区域无线授时装置只包括一个数据收发器；例如，四个子区域中，两个子区域的无线收发模块的信号传输区域部分重合，另外两个子区域的无线收发模块的信号传输区域部分重合，则多节点控制系统的区域无线授时装置只包括两个数据收发器，以此类推。这样做主要是为了降低应用成本，提高市场竞争力。

优选的，一种多节点控制系统，其包括任一实施例中所述区域无线授时装置，并采用所述区域无线授时装置进行各个子区域的无线授时。优选的，所述多节点控制系统为多节点显示控制系统。优选的，所述多节点控制系统应用于景观照明系统中。优选的，所述接收机连接显示模组、显示模块或者显示箱体。

优选的，一种景观照明系统，其包括任一实施例中所述多节点控制系统。优选的，所述景观照明系统包括多个led显示箱体、led显示模块、led灯条等。本发明能够提供授时成本、准确性和适应复杂环境能力整体较佳的授时技术方案，应用在景观照明系统或其多节点控制系统中，使文件准确地按时播放，多个显示节点相互匹配显示完整的图像或者视频，达到了完整的整体效果，特别适合成千上万的大量节点共同播放一个视频，具有很高的市场应用价值。

进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的多节点控制系统及其区域无线授时装置和景观照明系统。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。