CN102289191B - 一种手表的指针定位机构及其定位方法、以及指针归零和指针校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手表的指针定位机构及其定位方法、以及指针归零和指针校正方法，属于手表技术领域。其技术要点在于：在手表机芯的正面安装普通的反射式光电传感器，以捕捉指针扫过时产生的指针信号，并通过微处理器对指针信号进行处理，首先通过微处理器的滤波模块对指针信号进行相关滤波以提高指针信号的信噪比；然后由指针识别模块对指针信号进行统计分析及特性分析以确定各指针的位置；最后由马达控制模块根据指针位置来控制指针走步，进而可实现指针的自动校正和自动归零。该方案无需设计专门的检测组件，只需普通的工艺安装要求，便可使手表指针自动校正技术实现大范围普及应用，并能大幅度降低产品成本，具有重大的技术意义及商业价值。
Description
技术领域
本发明涉及手表技术领域，具体是一种手表的指针定位机构及手表的指针定位方法、指针归零方法和指针校正方法。
背景技术
高端钟、表的发展趋势之一为精准计时和操作的自动化。而在高端钟表中普遍采用指针指示或是指针数字双指示，而要保证自身计时的精准性往往采用石英钟表技术。钟表其内部设有晶振，由晶振生成系统时间，然后将系统时间通过运算转换成马达的步进时间，即指针预测时间，再通过齿轮传动至指针，即指针显示时间。在校准后，上述三种时间是同步的，但手表在使用过程中会因种种不可避免的原因造成指针出现位置偏离，如戴着手表运动时受到震动或撞击，因电力不足或受强磁场干扰使步进电机出现失步甚至停走，再加上马达与指针之间设有传动齿轮组，其齿轮磨损等导致的传动偏差，最终都导致钟表的预测时间与显示时间不一致。为解决该问题，实现时间的精准显示，一般需要在此类钟表内设置指针自动校正装置。而钟表领域已有一些相关技术，较典型的如中国专利申请03113122.0无线电波钟机芯定位机构及其定位方法，该专利申请的技术要点是在指针齿轮上开设间隔不等的通孔而形成特定宽度的肋片，通过光电组件感测肋片宽窄而判读指针实际位置，以最终实现指针的自动校正；但该机构要用于手表存在着难以克服的问题：对于手表来说，其内部空间远小于钟，就目前市面上已有的最小的光电组件而言，其体积也超过手表的齿轮体积，根本无法通过齿轮肋片进行定位，而且也没有安装空间，而要设计超小体积的非标准光电组件，其增加的成本及定位安装的难度将大到无法接受。
发明内容
本发明针对钟表的指针检测时间与预测时间存在偏差的问题，提供一种可用于手表上的指针定位机构及利用该机构进行指针定位的方法，以及手表的归零方法和校正方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种手表的指针定位机构，包括机芯和指针，各指针的轴心位于机芯的正面中心，所述机芯包括微处理器和用于驱动所述指针旋转的马达，以及装于机芯正面的用于捕捉各指针信号的反射式光电传感器；其中，所述反射式光电传感器的光路垂直指向各指针经过处，且该反射式光电传感器的发射点、接收点和所述指针的轴心在机芯正面上呈直线分布；所述微处理器根据反射式光电传感器捕捉到的指针信号识别出指针，并可控制所述马达运转，该微处理器包括如下功能模块，
滤波模块，用于滤除指针信号中的干扰信号；
指针识别模块，根据指针信号识别出指针类型及其位置；
马达控制模块，用于计算马达走步数、以及控制马达运转。
进一步，所述微处理器还包括针尖修正模块，用于修正指针针尖不在指针中点情况下存在的偏差。
进一步，所述机芯正面装有两组所述反射式光电传感器，且分别对应不同时刻位置。
进一步，所述机芯正面装有一组所述反射式光电传感器，且所述马达可由所述马达控制模块控制正反转。
进一步，所述指针包括联动的时针和分针，并由同一组所述马达驱动。
进一步，所述指针还包括秒针，秒针由另一组所述马达驱动。
一种手表的指针定位方法，包括以下步骤：
a．微处理器控制马达运转，并导通反射式光电传感器以捕捉指针信号；
b．捕捉到的指针信号由指针识别模块根据波形统计特征识别出指针类型；
c．由滤波模块对比过往捕捉到的同类指针信号对该指针信号进行相关滤波，得到基于统计特性上的近似对称的指针信号波形，波形谷点即为指针中心；
d．由指针识别模块根据波形谷点处的指针检测时间与指针预测时间的对应关系，计算手表指针产生的走步偏差值；
e．将该偏差值与过往获得的偏差值进行综合分析，判断偏差值是否稳定；
f．若偏差值稳定，则根据该偏差值即可识别出该指针的位置；
g．若偏差值不稳定，则重复步骤a-e，通过再次捕捉指针信号以计算偏差值，依此直到偏差值稳定，则根据最后所得偏差值即可识别出该指针的位置。
进一步，当指针因形状不对称而使得指针针尖不在指针中点时，其步骤如下：
Ⅰ．根据前述指针定位方法获得指针与手表预测时间的走步偏差值，识别出指针位置，该指针位置是指指针中心的位置；
Ⅱ．由马达控制模块计算出指针中心到手表预设零点的步数，并控制指针走步至预设零点；
Ⅲ．手动修正指针针尖与手表预设零点之间的偏差，并由针尖修正模块存储该针尖偏差值，由走步偏差值与针尖偏差值计算出总偏差值，根据总偏差值便可识别出该指针的位置；
Ⅳ．因时针与分针联动，所以无需修正时针。
一种手表的指针归零方法，其步骤如下：
①．根据前述指针定位方法识别出分针的位置；
②．由马达控制模块计算出分针走至手表预设零点的步数，并控制分针走步至预设零点；
③．判断步骤①过程中是否捕捉到了时针信号；
④．步骤①没有捕捉到时针信号，则由马达控制模块控制分针始终自预设零点整圈旋转，直至捕捉到时针信号；
⑤．捕捉到时针信号，则根据时针与反射式光电传感器的对应位置，由马达控制模块计算出时针至预设零点的走步数，并控制分针走步带动时针至预设零点，完成归零；
⑥．若手表包含秒针，则根据前述指针定位方法识别出秒针的位置，并由马达控制模块计算出秒针走至预设零点的步数，并控制秒针走步至预设零点。
一种手表的指针校正方法，其步骤如下：
（1）．在预设时间段开启指针校正，该预设时间段涵盖反射式光电传感器所对应的时间刻度区域；
（2）．在该预设的时间段根据前述的指针定位方法识别指针的位置；
（3）．若步骤（2）过程中识别出指针位置，则由马达控制模块计算出指针校正偏差值的应走步数，并控制指针追时校正；
（4）．若步骤（2）过程中未捕捉到指针信号，则根据前述的指针归零方法使指针归零，然后由马达控制模块计算出指针从预设零点至当前手表预设时间的应走步数，并控制指针追时走步，使指针与预设时间对应，完成指针校正。
本发明的有益效果在于：将普通的反射式光电传感器装于机芯正面，以感测指针信号进行指针定位，克服了手表安装空间小的缺陷，且成本低廉；相比齿轮定位，本方案直接对指针定位，克服了齿轮磨损等缺陷，定位更精确，也无需对指针进行肋片类的加工；而安装上本方案的结构只需使反射式光电传感器的发射点、接收点和指针的轴点在机芯正面上呈直线即可，加之反射式光电传感器的尺寸相对较大，使得安装简单易行；微处理器的滤波模块提高了开放环境下指针信号的信噪比；而指针识别模块采用统计分析及特性分析的方法，保证了指针识别的准确度；而针尖修正模块使得指针不对称时亦能准确定位。该方案采用普通的光电组件及简单的安装工艺，便使得手表指针自动校正技术可实现普及应用，而且相比同类产品成本大幅度降低，具有重大的技术意义及商业价值。
附图说明
图1为本发明指针定位机构的结构示意图；
图2为微处理器内部模块及与外部的连接关系示意图；
图3为指针定位流程图；
图4为指针针尖不在指针中点情况下的指针定位流程图；
图5为指针归零流程图；
图6为指针校正流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的说明：
如图1所示，一种手表的指针定位机构，包括机芯1和指针2，各指针2的轴心位于机芯1的正面中心，所述机芯1包括微处理器和用于驱动所述指针旋转的马达，以及装于机芯1正面的用于捕捉各指针信号的反射式光电传感器3；其中，所述反射式光电传感器3的光路垂直指向各指针2经过处，且该反射式光电传感器3的发射点301、接收点302和所述指针2的轴心201在机芯1上呈直线分布；所述微处理器根据反射式光电传感器3捕捉到的指针信号识别出指针，并可控制所述马达运转，该微处理器包括如下功能模块：
滤波模块，用于滤除指针信号中的干扰信号；
指针识别模块，根据指针信号识别出指针类型及其位置；
马达控制模块，用于计算马达走步数、以及控制马达运转。
参考图2，其中微处理器内部模块之间以及与外部的相互关系为：微处理器接收来自反射式光电传感器捕捉到的指针信号，先由滤波模块进行滤波，然后由指针识别模块识别出指针的位置，最后由马达控制模块根据指针位置计算出到达目标位置的走步数，并控制马达运转使指针走步至目标位置。通常情况下，机芯与指针之间还设有刻度盘，此时，为了使反射式光电传感器的光路畅通，以捕捉指针信号，应在刻度盘上开设透光窗口，或者直接采用透光的刻度盘等形式。
进一步，所述微处理器还包括针尖修正模块，用于修正指针针尖不在指针中点情况下存在的偏差。
上述技术方案中，所述机芯正面装有两组所述反射式光电传感器，且分别对应不同时刻位置。由此指针在旋转一圈内可捕捉到两组指针信号，可进行相关对比分析，显然，在合理范围内，反射式光电传感器的组数越多，相同时间内捕捉道的信号也越多，节省了识别指针的时间，也节省了手表能耗。
或者，上述技术方案中，所述机芯正面装有一组所述反射式光电传感器，且所述马达可由所述马达控制模块控制正反转。在反射式光电传感器捕捉到一个指针信号后，驱动指针反向旋转可再次捕捉到一指针信号，以供识别指针，该方案也能缩短识别指针的时间。
上述技术方案中，对于双指针手表，所述指针包括联动的时针和分针，并由第一马达驱动。
上述技术方案中，对于三指针手表，所述指针还包括秒针，秒针由第二马达驱动。
如图3所示，一种手表的指针定位方法，包括以下步骤：
a．微处理器控制马达运转，并导通反射式光电传感器以捕捉指针信号；
b．捕捉到的指针信号由指针识别模块根据波形统计特征识别出指针类型；
c．由滤波模块对比过往捕捉到的同类指针信号对该指针信号进行相关滤波，得到基于统计特性上的近似对称的指针信号波形，波形谷点即为指针中心；
d．由指针识别模块根据波形谷点处的指针检测时间与指针预测时间的对应关系，计算手表指针产生的走步偏差值；
e．将该偏差值与过往获得的偏差值进行综合分析，判断偏差值是否稳定；
f．若偏差值稳定，则根据该偏差值即可识别出该指针的位置；
g．若偏差值不稳定，则重复步骤a-e，通过再次捕捉指针信号以计算偏差值，依此直到偏差值稳定，则根据最后所得偏差值即可识别出该指针的位置。
上述的偏差值（即走步偏差值）是指指针的检测时间与预测时间之差值；判断偏差值是否稳定的方法是：先判断该偏差值是否接近零，接近零时表示指针检测时间与指针预测时间基本一致，说明稳定，否则，将该偏差值与前一次获得的平均偏差值进行比较，判断是否接近相等，如接近相等，则说明稳定，如不接近相等，则不稳定。马达控制模块在控制马达运转时，马达的运转速度可根据需要以一定比例加速，从而使得运转过程时间缩短，而反射式光电传感器也可设定在预设的时间段开启，从而降低能耗。微处理器在接收和分析信号时，因反射式光电传感器处于开放的环境中，必然存在干扰信号，但因指针宽度有限，与衣袖等产生的干扰信号具有明显的区别，且干扰来自表面玻璃罩以外，其信号衰减较大，使得指针信号分析环境的信噪比较高；分析时，可先通过均值、方差等方法获取指针未经过反射式光电传感器时噪声环境的统计特性，然后监测方差的突变，捕捉到指针信号的谷点，并以谷点为中心，以指针信号离开噪声环境的统计特性为开始，重新回复噪声环境的统计特性为结束，加上一定的裕量，即可获得完整的指针信号；指针信号的波形特性主要由指针的宽度以及走步速度决定的，不同指针所产生的波形宽度不一致。
如图4所示，上述技术方案中，当指针因形状不对称而使得指针针尖不在指针中点时，其步骤如下：
Ⅰ．根据上述的指针定位方法获得指针与手表预测时间的走步偏差值，识别出指针位置，该指针位置是指指针中心的位置；
Ⅱ．由马达控制模块计算出指针中心到手表预设零点的步数，并控制指针走步至预设零点；
Ⅲ．手动修正指针针尖与手表预设零点之间的偏差，并由针尖修正模块存储该针尖偏差值，由走步偏差值与针尖偏差值计算出总偏差值，根据总偏差值便可识别出该指针的位置；；
Ⅳ．因时针与分针联动，所以无需修正时针。时针与分针联动的准确性由出厂前的装针决定，保证了分针准确，即可保证时针准确。
参考图5，一种手表的指针归零方法，其步骤如下：
①．根据前述指针定位方法识别出分针的位置；
②．由马达控制模块计算出分针走至手表预设零点的步数，并控制分针走步至预设零点；
③．判断步骤①过程中是否捕捉到了时针信号；
④．步骤①没有捕捉到时针信号，则由马达控制模块控制分针始终自预设零点整圈旋转，直至捕捉到时针信号；
⑤．捕捉到时针信号，则根据时针与反射式光电传感器的对应位置，由马达控制模块计算出时针至预设零点的走步数，并控制分针走步带动时针至预设零点，完成归零；
⑥．若手表包含秒针，则根据前述指针定位方法识别出秒针的位置，并由马达控制模块计算出秒针走至预设零点的步数，并控制秒针走步至预设零点。
参考图6，一种手表的指针校正方法，其步骤如下：
（1）．在预设时间段开启指针校正，该预设时间段涵盖反射式光电传感器所对应的时间刻度区域；
（2）．在该预设的时间段根据前述的指针定位方法识别指针的位置；
（3）．若步骤（2）过程中识别出指针位置，则由马达控制模块计算出指针校正偏差值的应走步数，并控制指针追时校正；
（4）．若步骤（2）过程中未捕捉到指针信号，则根据前述的指针归零方法使指针归零，然后由马达控制模块计算出指针从预设零点至当前手表预设时间的应走步数，并控制指针追时走步，使指针与预设时间对应，完成指针校正。
当然，以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的方案所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (9)
1.一种手表的指针定位机构，包括机芯和指针，各指针的轴心位于机芯的正面中心，其特征在于：所述机芯包括微处理器和用于驱动所述指针旋转的马达，以及装于机芯正面的用于捕捉各指针信号的反射式光电传感器；其中，所述反射式光电传感器的光路垂直指向各指针经过处，且该反射式光电传感器的发射点、接收点和所述指针的轴心在机芯正面上呈直线分布；所述微处理器根据反射式光电传感器捕捉到的指针信号识别出指针，并可控制所述马达运转，该微处理器包括如下功能模块，
滤波模块，用于滤除指针信号中的干扰信号；
指针识别模块，根据指针信号识别出指针类型及其位置；
马达控制模块，用于计算马达走步数、以及控制马达运转；
针尖修正模块，用于修正指针针尖不在指针中点情况下存在的偏差。
2.根据权利要求1所述的一种手表的指针定位机构，其特征在于：所述机芯正面装有一组所述反射式光电传感器，且所述马达可由所述马达控制模块控制正反转。
3.根据权利要求1所述的一种手表的指针定位机构，其特征在于：所述机芯正面装有两组所述反射式光电传感器，且分别对应不同时刻位置。
4.根据权利要求1所述的一种手表的指针定位机构，其特征在于：所述指针包括联动的时针和分针，并由同一组所述马达驱动。
5.根据权利要求4所述的一种手表的指针定位机构，其特征在于：所述指针还包括秒针，秒针由另一组所述马达驱动。
6.一种手表的指针定位方法，包括以下步骤：
a．微处理器控制马达运转，并导通反射式光电传感器以捕捉指针信号；
b．捕捉到的指针信号由指针识别模块根据波形统计特征识别出指针类型；
c．由滤波模块对比过往捕捉到的同类指针信号对该指针信号进行相关滤波，得到基于统计特性上的近似对称的指针信号波形，波形谷点即为指针中心；
d．由指针识别模块根据波形谷点处的指针检测时间与指针预测时间的对应关系，计算手表指针产生的走步偏差值；
e．将该偏差值与过往获得的偏差值进行综合分析，判断偏差值是否稳定；
f．若偏差值稳定，则根据该偏差值即可识别出该指针的位置；
g．若偏差值不稳定，则重复步骤a-e，通过再次捕捉指针信号以计算偏差值，依此直到偏差值稳定，则根据最后所得偏差值即可识别出该指针的位置。
7.根据权利要求6所述的一种手表的指针定位方法，当指针因形状不对称而使得指针针尖不在指针中点时，其步骤如下：
Ⅰ．根据权利要求6所述的指针定位方法获得指针与手表预测时间的走步偏差值，识别出指针位置，该指针位置是指指针中心的位置；
Ⅱ．由马达控制模块计算出指针中心到预设零点的步数，并控制指针走步至预设零点；
Ⅲ．手动修正指针针尖与手表预设零点之间的偏差，并由针尖修正模块存储该针尖偏差值，由走步偏差值与针尖偏差值计算出总偏差值，根据总偏差值便可识别出该指针的位置；
Ⅳ．因时针与分针联动，所以无需修正时针。
8.一种手表的指针归零方法，其步骤如下：
①．根据权利要求6所述指针定位方法识别出分针的位置；
②．由马达控制模块计算出分针走至手表预设零点的步数，并控制分针走步至预设零点；
③．判断步骤①过程中是否捕捉到了时针信号；
④．步骤①没有捕捉到时针信号，则由马达控制模块控制分针始终自预设零点整圈旋转，直至捕捉到时针信号；
⑤．捕捉到时针信号，则根据时针与反射式光电传感器的对应位置，由马达控制模块计算出时针至预设零点的走步数，并控制分针走步带动时针至预设零点，完成归零；
⑥．若手表包含秒针，则根据权利要求6所述指针定位方法识别出秒针的位置，并由马达控制模块计算出秒针走至预设零点的步数，并控制秒针走步至预设零点。
9.一种手表的指针校正方法，其步骤如下：
（1）．在预设时间段开启指针校正，该预设时间段涵盖反射式光电传感器所对应的时间刻度区域；
（2）．在该预设的时间段根据权利要求6所述的指针定位方法识别指针的位置；
（3）．若步骤（2）过程中识别出指针位置，则由马达控制模块计算出指针校正偏差值的应走步数，并控制指针追时校正；
（4）．若步骤（2）过程中未捕捉到指针信号，则根据权利要求8所述的指针归零方法使指针归零，然后由马达控制模块计算出指针从预设零点至当前手表预设时间的应走步数，并控制指针追时走步，使指针与预设时间对应，完成指针校正。
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