CN102736507A - 具有万年历信息的模拟电子计时器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有万年历信息的模拟电子计时器，包括：至少一个指针，用于指示当前时间；日历数据指示器，用于指示日期；电源；微处理器；振荡器，用于为微处理器产生用于内部计时的时间参考信号；至少一个按钮；设置轴，用于调整所述至少一个指针；步进电机；机械时钟机构，用于驱动所述至少一个指针和/或所述日历数据指示器；以及与外部信号发生器的接口，通过该接口接收初始当前时间和日历数据。

Description

具有万年历信息的模拟电子计时器

技术领域

本发明涉及模拟电子计时器(例如，具有可调内部日历数据的模拟电子手表)和调整模拟电子计时器的内部日历数据的方法。本发明还涉及制造和装配模拟电子计时器的方法以及用于调整模拟电子计时器的时间的系统。

背景技术

模拟手表作为时间信息装置仍是普遍的，且为公众所接受。这些模拟手表通常具有用于指示时间的三个指针和用于显示日历信息的日历轮系。旧式模拟手表的原来仅有的机械时钟机构是通过各种内部电子元件(例如，微处理器、存储器等)来补充的。在制造和装配这些模拟手表时，通常将日历信息编程到内部存储器中，以使得时间和日历信息被指针正确地指示，并且使得日历轮系与手表要被使用的位置的时区的具体当地时间和日期同步。

如果手表所有者改变了时区，则当地时间可能改变几个小时，而手表的指针通常可以手动调整。但是，由于在手表早期的装配步骤中对日历信息进行了编程，因此，该日历信息通常不能被正确地调整。

为了建立手表中的正确的日历数据，大多数传统类型的手表都需要涉及模拟手表的按钮和/或设置轴的一系列复杂的手动设置步骤。这些步骤对使用者来说是不舒服的，并且通常当需要调整时间和日历信息时，需要不熟知的专业知识。

此外，即使手动调整日历轮系以显示正确的日期，也可能由于时间和日历信息之间的不一致而产生错误。这在以下情况中可能变得更相关，即如果手表被配置为自动执行某时间和/或日历信息的调整。

也可以通过手表接收的无线电波时间信号来执行对不同时区的自动适应。于是，手表必须被配置为根据所接收到的无线电信号来自动调整时间和日期。但是，这意味着手表必须配备有相当复杂的接收器以及一些其他电子部件，这使得手表更复杂和昂贵。此外，所需的无线电时间信号的全球覆盖较差，并且在一些区域中接收不到该无线电时间信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有万年历信息的模拟计时器和一种用于在模拟计时器中提供万年历数据而不需要无线电波信号或通过按钮进行复杂的手动调整的方法。

在本发明的一方面中，提供一种模拟计时器，包括：至少一个指针，用于指示当前时间；日历数据指示器，用于指示日期；电源；微处理器；振荡器，用于为微处理器产生用于内部计时的时间参考信号；至少一个按钮；设置轴，用于调整所述至少一个指针；步进电机；以及机械时钟机构，用于驱动所述至少一个指针和/或所述日历数据指示器。此外，具有与外部信号发生器的接口，通过该接口接收初始当前时间和日历数据。

如果模拟计时器具有用于接收表示日历时间信息的数字数据的接口，则允许模拟计时器在制造和装配该模拟计时器的后期甚至在运行之后被调整以适应具体时区。接口、微处理器、存储器以及相当传统的部件(诸如由机械时钟机构驱动的指针)的组合有利地组合了模拟和数字电子部件。传统的具有万年历的计时器具有相当复杂的内部机械传动和控制。但是，根据本发明的多个方面的接口、电子部件和机械部件的组合提供了一种可以使用相当简单的时钟机构但仍然具有精确和永久日历的计时器。

在本发明的一方面中，日历指示器可以是计时器的指针。此外，日历数据指示器可以是也用于指示时间的指针中的一个。本发明的这方面使得不需要附加的指针来显示日历信息。

在本发明的另一方面中，日历数据指示器可以是日历轮系。因此，本发明还适用于两个单一(two unitarily)传统配置的计时器，尤其是模拟手表。

在本发明的实施例中，所述接口可以包括磁传感器。磁传感器可以是配置来接收磁信号或电磁信号的传感器。更具体地，磁传感器可以是霍尔效应集成电路。使用磁传感器(尤其是霍尔传感器)的优点在于这种传感器的尺寸非常小。

在本发明的另一个实施例中，可以使用光传感器。从而，模拟计时器的接口可以包括光传感器，其配置来接收表示具体时区的日历和时间数据的各光信号。

根据本发明的多个方面的计时器还可以包括太阳能电池。从而，太阳能电池可以配置来为模拟计时器供电。可以单独使用太阳能电池，也可以将太阳能电池用作计时器的补充电源。

此外，通过太阳能电池与电池的组合来为计时器供电，计时器可以一直运行，直到机械传动的寿命结束为止，具体地讲，太阳能电池可以使得不必要更换电池。

太阳能电池可以与可再充电或不可再充电的电池组合，或者可以与长寿命电池(例如，Li/MnO2电池)组合。

在本发明的再一个实施例中，接口可以被配置为用于连接信号发生器的直接的电气连接。

在本发明的有利的实施例中，计时器可以是模拟手表。

而且，计时器可以包括用于秒针、分针、时针和/或日期轮系的机械时钟机构。可以提供步进电机来驱动该机械时钟机构。

从而，微处理器可以被配置为控制步进电机，并保持时间和日期的正确更新。

本发明还提供了一种用于设置模拟计时器的时间和日期的方法。可以在制造和/或装配计时器期间有利地使用该方法。因此，可以在信号发生器中产生时间和日历数据。然后，可以使时间和日历数据与第一时区相关。然后，通过接口将第一时区的时间和日历数据传送到第一模拟计时器中。然后，在第一模拟计时器中存储第一时区的时间和日历数据。然后，根据所存储的第一时区的时间和日历数据来调整第一模拟计时器的一个或多个指针。该方法可以很好地应用于模拟计时器的制造和装配期间。根据本发明的这些方面的方法通过消除了手动地将时间和日历数据输入到计时器中的手工工艺，改进了计时器的制造工艺。

在本发明的另一方面，信号发生器可以配置来产生第二(或不同)时区的时间和日历数据。然后，通过接口将第二时区的时间和日历数据传送到第一模拟计时器中。然后，在第一模拟计时器中存储第一时区的时间和日历数据，并且根据所存储的第二时区的时间和日历数据来调整第一模拟计时器的至少一个指针。从而，可以在不需要使用者的人工交互的情况下根据不同时区来对计时器进行编程和再编程。

可以通过第二模拟计时器的接口来将第一或第二时区的时间和日历数据传送到第二模拟计时器中。然后，在第二模拟计时器中存储各时间和日历数据，并且根据所存储的第一时区的模拟时间数据来调整第二模拟计时器的至少一个指针。由于可以针对计时器的不同目的地来对时间和日历数据进行编程，从而实质上简化了模拟计时器的制造和装配。

计时器可以具有配置来手动调整时间(时、分、和/或秒)并可选地设置日期轮系或日期指针的表冠或设置轴。这种通过指针显示的时间和日历数据的手动调整可以通过使用连接表冠或设置轴的开关来执行。该开关可以耦合到微处理器，以触发微处理器执行各配置步骤。

通过计时器的接口传送所需的针对具体时区的时间和日历数据，作为编码信号通过微处理器，以建立计时器内部系统的定时。内部振荡器(尤其是石英晶体振荡器)可以为微处理器提供标准的定时信号，以用于内部计时。最初，秒针的位置可以被设置为预设位置。该位置可以是零秒的位置，假设通过按对应按钮来设置。

最初，可以通过微处理器自动或通过使用者手动调整分、时、日期或日的显示。手动调整涉及表冠或设置轴。一旦执行了这些初始设置和步骤，计时器的时间和日历显示就与该时间和数据同步。在通过接口进行初始编程以及指针和/或日历数据指示器的调整之后，时间和/或日历数据信息则通过由微处理器驱动的步进电机来不断更新。

在本发明的一方面中，可以具有附加的步进电机，用于驱动计时器的日期轮系。在本发明的一方面中，可以在计时器中仅提供一个步进电机。单个步进电机可以配置来驱动计时器的指针，以显示时间和日期。如果没有用于日历显示的日期轮系，则秒针可用于指示日期。可以通过按下计时器上的按钮来对指示日期进行初始化。秒针可以移动到指示日和/或月甚至年的位置，也可以返回其指示时间(例如，分或时)的位置。

本发明的多个方面可以用于计时器(尤其是手表)的制造、装配和/或装运过程中。信号发生器可以用于产生日期和时间信号，然后将所产生的日期和时间信号提供至计时器的接口。如果计时器的接口中的传感器为霍尔效应传感器，则信号发生器可以被耦合到电磁体，并且可以将计时器置于电磁体的螺线管的空气隙中，以对该计时器进行编程。信号发生器和耦合机构(例如，依赖于接口中的传感器类型的发光二极管和/或电磁体)的尺寸和外部形状以及式样可以被适应性地调整。

在本发明的一方面中，根据本发明的用于将时间和日历信息编程到计时器中的信号发生器可以在全世界的各种服务点处提供。服务点可以位于机场、火车站、或商场等。具有各自耦合机构的信号发生器可以是便携式的，甚至足够小到使用者或维修人员可以随身携带。在这方面，本发明还提供一种分布式时间及日历数据更新系统和对没有无线电时间信号的区域来说尤其有用的方法。

附图说明

根据以下参考附图对本发明的优选实施例的描述，可以得到本发明的其他方面和特征，其中：

图1示出了本发明的实施例的简化框图；

图2示出了针对图1所示实施例的本发明的操作的简化流程图；

图3示出了对图2所示流程图进行补充的流程图；

图4示出了根据本发明的方面的时间数据和日历数据的编码格式的简化表示；

图5示出了图4所示信号的详细定时信息；

图6示出了在本发明的实施例中使用的光传感器的实施例；

图7示出了本发明的实施例中的霍尔效应传感器的属性的简化视图；

图8示出了本发明的实施例中的霍尔效应传感器的特性的简化视图；

图9示出了本发明的实施例中的霍尔效应传感器和微处理器的互连的简化电路图；

图10示出了其中信号发生器被用于通过具有磁传感器的接口将时间和日历信息传送到模拟电子计时器的装置的简化视图；

图11示出了其中信号发生器被用于通过具有光传感器的接口将时间和日历信息传送到模拟电子计时器的装置的简化视图；

图12示出了根据本发明的另一个实施例的计时器的简化顶视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的计时器的简化框图和顶视图。计时器1具有传统的基本为圆形的外壳6、分针2、时针3和秒针4。在该实施例中，计时器1具有日期轮系5，用于指示实际日期(例如，在该示例中，日期为12)。此外，还具有按钮pusher12以及表冠或设置轴7。

图1还示出了计时器1的某些内部部件。具有电池电源8、微处理器9、石英振荡器10和接口11，接口11可以包括光传感器或磁传感器。电池电源8耦合到微处理器9为其提供电源，并且根据需要，也可以为光传感器或磁传感器11供电。

接口11(包括例如光传感器或磁传感器)接收时间和日历数据，然后该时间和日历数据作为编码信号从接口11中的传感器被继续传递到微处理器9。日历和/或时间数据然后暂时或永久地存储在存储器(未示出)中。图1中没有示出该存储器。微处理器9还可以具有内部存储器，用于存储时间和日历数据。时间和日历数据可以被存储为计数器值。时间和日历数据可以被用作一个或多个内部电子计数器的预设值。基于所存储的时间和日历数据，微处理器向步进电机(未示出)提供驱动信号DS。

计时器1还包括：机械时钟机构(未示出)，其由步进电机驱动并且耦合到三个指针2、3、4；以及日期轮系，用于根据通过接口11接收到的数据来显示时间和日期。

在该实施例中，可以仅具有一个步进电机来驱动秒针4、分针2、和时针3的传动系(时钟机构)以及日期轮系5。

图2示出了图1所示计时器1的操作的流程图。在步骤S0中，没有对计时器1供电。在步骤S1中，向计时器1的内部系统提供适当的电源电压，并且微处理器9开始连续地驱动步进电机，例如每秒一步。在该过程的初始阶段，内部时间和日历数据可以是任意的，并且该数据很可能与任意具体时区都无关。但是，内部时间和日历数据然后由通过接口11所接收到的数据更新。

在步骤S2中，计时器1进入正常操作，正常操作期间步进电机每一秒前进一步。

在步骤S3中，微处理器确定计时器1的设置轴或表冠7是否被拔出。如果表冠或设置轴7被拔出，则过程继续步骤S4。

步骤S4包括图3中所示的整个过程。

如果微处理器9确定表冠或设置轴7没有被拔出，则过程继续步骤S5。在步骤S5中，微处理器9发出一个请求，是否通过秒针来指示日历数据。可以通过按一下按钮12来回答该请求。如果按下按钮，则过程继续步骤S6和S7。

在步骤S6中，将秒针旋转到预定位置，以指示当前日期。

使用秒针指示当前日期后，过程继续步骤S7，其中秒针停止或者将秒针旋转回用于指示当前时间的正确位置。步骤S7后，过程继续S2，即步进电机每秒前进一步。

如果在步骤S5中，按钮12没有被按下至少一次。则微处理器进入期望通过接口11(例如，通过接口中的磁传感器或光传感器)接收数据的状态。如果在步骤S8中通过接口11接收到了数据，则微处理器通过用所接收到的日历和时间数据更新内部计数器(或存储器)来继续步骤S9。如果没有通过接口11接收到数据，则微处理器9在步骤S10中请求手动设置内部日历和时间数据。

如果请求被肯定响应，则在步骤S11中执行手动调整。不再对手动调整进行说明。

如果手动调整的请求被拒绝，微处理器进行步骤S12。在步骤S12中，微处理器9期望对月底数据进行调整。如果对月底日历数据的调整为必要，则在步骤S13中通过快速旋转步进电机来执行日历调整。如果在步骤S12中，不需要对月底日历数据进行调整，则过程继续步骤S2。

同样，在步骤S4、S9、S11、和S13之后，过程继续步骤S2。

图3更详细地示出了图2所示步骤S4的过程。如果表冠或设置轴被拔出，则图3中的过程在步骤S30中开始。在步骤S31中，通过按下按钮12来手动调整计时器1的秒针4。

这意味着由使用者通过重复按下按钮12以旋转秒针4来校准秒针4。这由微处理器和步进电机提供电子支持。这需要预设位置。每次按下按钮12，微处理器9触发步进电机使秒针逐步推进到预设位置(通常为零秒位置)。

在步骤S32中，微处理器确定是否通过接口11提供外部时间和日历信号。如果期望提供外部时间和日历信息，则微处理器9进行步骤S33，其中分和时的显示调整为00:00，而日历调整为当前日期。在步骤S34中，从传感器接收时间和日期信息。步骤S34之后，微处理器9等待，直到表冠或设置轴被推入(步骤S35)。一旦设置轴或表冠7被推入，则在步骤S36中内部计数器被调整为所接收到的传感器数据，并且步进电机被控制来使外部显示与内部时间和日历计数器同步。如果在步骤S36中，在接口11处接收到外部日历信号，则移动计时器1的指针2、3，以显示时间00:00(零时零分)。日期轮系5由使用者手动调整为当前日期。这通过旋转表冠或设置轴7来实现。如果通过接口11的数据接收完成，则将设置轴/表冠7推回到正常位置，并且微处理器9高速驱动步进电机，以使外部显示与内部时间和日历数据同步(与内部时间和日历计数器中所包含的信息一致)。计时器1的显示与内部时间和日历数据同步之后，计时器1返回正常操作。

但是，如果在步骤S32中，通过接口11没有接收到外部时间和日历数据，则通过旋转表冠或设置轴7来手动调整分、时的显示及日期轮系。这在步骤S37中进行。在步骤S38中保持之前的时间和日历信息的内部计数器数据。自动同步(步骤S36)或手动调整(步骤S37)之后，在步骤S39中进入正常操作。因此，过程继续图2中所示的步骤S2。

使用者可以在任意时间调整计时器1的显示，即时针3、分针2、秒针4和日期轮系5。如果微处理器9通过接口11没有接收到任何新的时间和日历数据，则保持之前的内部时间和日历数据。微处理器9假设时间和日历信息的显示是使用者输入的，并且使显示与内部计数器同步。

如果使用者在步骤S37和S38中手动调整时间和日期，则内部时间与外部显示可能不完全同步。但是，这会在每月月底日期改变时影响时间。这意味着日期轮系5可能在月底午夜时或之前改变日期显示。如果内部定时器的准确性非常高，例如如果使用石英振荡器，则这可能使得每年相对于标准时间来说具有几分钟的差值。

图4示出了通过接口11传送的时间和日历数据的可能的编码格式。可以在信号发生器中产生时间和日历数据。根据该实施例，通过接口11接收到的数据可以包括35段，表示当前年、月、日、时、分以及秒的二进制数据的编码。因此，在起始位之后，前7位表示年，接下来的4位表示月，接下来的5位表示日，接下来的5位表示时，接下来的6位表示分，以及接下来的6位表示秒。该序列之后的为结束位。年可以由公历年(dominical year)的后两位表示。

图5示出了可以用来表示逻辑‘1’和逻辑‘0’的波形及波形的定时。在该实施例中，逻辑‘0’由20ms高脉冲和80ms低脉冲表示。逻辑‘1’由40ms高脉冲和60ms低脉冲表示。起始位和结束位由80ms高脉冲和20ms低脉冲编码。每位的持续时间等于100ms。

然后，通过接口11(通过直接的电气或机械连接，或者优选地通过无触点传感器，例如光传感器、磁传感器)将以各自时间和日历信号的形式表示的时间和日历数据传送到微处理器9。

图6示出了根据本发明的实施例的光传感器14及其可能的尺寸。该光传感器14可以被集成到计时器1中以形成接口11。光传感器14的尺寸可以为，长度介于2.7mm与2.3mm之间，宽度为2.2mm到1.8mm，高度为3.0到2.6mm。如图6中右上角的第二视图所示，光传感器14可以电耦合为传统的光二极管。光传感器14被配置为光二极管FT，其集电极耦合到电阻器R(例如100kΩ)，该电阻器的另一端耦合到电源电压。光传感器14的发射极耦合到地。然后，从电阻器R与光传感器14的集电极之间抽出表示传感器输出的信号。

在另一有利实施例中，传感器为霍尔效应传感器。图7示出了可用作霍尔效应传感器13的实施例集成电路。传感器的尺寸约为1.5mm(宽度)乘1.2mm(长度)。由于霍尔效应IC的尺寸非常小，因此其对本发明的实施例来说非常有利。在信号发生器中产生的信号必须通过例如电磁体21来转换为磁信号。然后，产生对应于时间和日期信息的磁场B。根据磁场B的幅度和方向，改变(接通或断开)霍尔效应IC 13的输出信号，以使得该霍尔效应传感器13的输出信号(输出电压)可以被微处理器9检测到并被解码。霍尔效应传感器的另一优点在于磁场的使用，其与更高频率的电磁场相比，对干扰的敏感度更低。此外，装配有霍尔效应传感器的计时器的外壳不需要任何透光区，如光传感器(光接口)所需要的。

图8示出了用于本发明的实施例中的典型霍尔效应IC 13的电特性。霍尔效应传感器13的输出电压VOUT响应于变化的B场(磁场)而改变。传感器13具有BHYS滞后，其改进了传感器的功能，从而改进了接口11的数据完整性。

图9示出了霍尔效应IC(或霍尔效应传感器)13的可能互连的简化电路图。霍尔效应IC 13耦合在电源电压VDD与VSS之间。电源VS向微处理器9和霍尔效应传感器13提供所需的电源电压电平。霍尔效应传感器13的片选信号CE被拉高。然后，在霍尔效应传感器13的输出端OUT提供感测信号，并且将其传递到微处理器9的输入端IN。

图10示出了可用于将日期和时间数据传送到计时器1中的结构的简化框图和电路图。计时器具有接口IF 11，其包括如前所述的霍尔效应传感器13。具有电磁体20，其由信号发生器15通过导线17来驱动，导线17围绕磁场的金属导引器耦合为线圈18。可以使用简单的电磁体20，其由缠绕铁芯19的绝缘导线的线圈18构成。所产生磁场的强度与电流量成正比。

计时器1置于电磁体20的空气隙AG中。根据时间和日历数据的电流脉冲作为电流脉冲串16通过导线17传输。这产生了空气隙AG中磁场的相应改变，该磁场的相应改变由计时器1的接口11处的霍尔效应传感器13感测。

空气隙的尺寸适应于计时器1的最小尺寸(此处为厚度)。这提供了尽可能强的磁场。

图11示出了通过接口11对计时器1进行编程的另一装置。在该实施例中，在接口11处提供光传感器14。发光二极管20电耦合到信号发生器15的输出端。发光二极管20处的光脉冲根据信号发生器15中的时间和日历数据而产生。这些改变的光脉冲由计时器1的接口11中的光传感器14感测，并且作为电信号传递通过微处理器9(未示出)。

图10和图11的设置可以有利地用于计时器(尤其是手表)的制造、装配和/或装运过程中。信号发生器15及耦合机构(发光二极管20和/或电磁体21)的尺寸、外部形状和式样可以被适应性地调整。在本发明的方面中，根据本发明的用于将时间和日历信息编程到计时器1中的信号发生器15可以在全世界的各种服务点提供。服务点可以位于机场、火车站或商场等。具有各自耦合机构的信号发生器可以是便携式的，甚至足够小到使用者或维修人员可以随身携带。在这方面，本发明还提供一种分布式时间及日历数据更新系统，其对没有无线电时间信号的区域来说尤其有用。

图12示出了根据本发明的多个方面的计时器1的实施例。在该实施例中，计时器1没有日历轮系。秒针4用来指示日期或其它日历信息。如果使用者按一下按钮12，则秒针4被旋转到指定位置以表示日期、月和年。随后，秒针指示时间为A.M.或P.M.(上午或下午)。例如，如果按钮12被按下，则秒针4快速旋转到25秒的位置，以指示该天为该月的第25天。秒针4停留几秒，然后旋转到33秒的位置以指示该天为星期日(如图12中所示)。最后，秒针4停止在53秒的位置以指示此刻为A.M.。最后，秒针可以停止、等待或旋转回去，以重新与当前时间同步。

对于时间在夏令时和冬令时之间变化的时区和国家，微处理器9可以被配置来根据夏令时和冬令时自动调整时间。

Claims (10)

1.一种模拟计时器，包括：

至少一个指针，用于指示当前时间；

日历数据指示器，用于指示日期；

电源；

微处理器；

振荡器，用于为微处理器产生用于内部计时的时间参考信号；

至少一个按钮；

设置轴，用于调整所述至少一个指针；

步进电机；

机械时钟机构，用于驱动所述至少一个指针和/或所述日历数据指示器；以及

与外部信号发生器的接口，通过该接口来接收初始当前时间和日历数据。

2.根据权利要求1所述的模拟计时器，其中所述日历数据指示器是所述至少一个指针。

3.根据权利要求1所述的模拟计时器，其中所述日历数据指示器是日历轮系。

4.根据前述任一项权利要求所述的模拟计时器，其中所述接口包括磁传感器。

5.根据前述任一项权利要求所述的模拟计时器，其中所述接口包括光传感器。

6.根据前述任一项权利要求所述的模拟计时器，还包括太阳能电池，用于为所述模拟电子计时器供电。

7.根据前述任一项权利要求所述的模拟计时器，其中所述接口包括用于连接所述信号发生器的直接的电气连接。

8.一种用于设置模拟计时器的时间和日期的方法，所述方法包括以下步骤：

在信号发生器中产生第一时区的时间和日历数据；

通过接口将第一时区的时间和日历数据传送到第一模拟计时器中；

在第一模拟计时器中存储第一时区的时间和日历数据；以及

根据所存储的第一时区的时间和日历数据来调整第一模拟计时器的至少一个指针。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

在信号发生器中产生第二时区的时间和日历数据；

通过接口将第二时区的时间和日历数据传送到第一模拟计时器中；

在第一模拟计时器中存储第一时区的时间和日历数据；以及

根据所存储的第二时区的时间和日历数据来调整第一模拟计时器的至少一个指针。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

通过接口将第一时区的时间和日历数据传送到第二模拟计时器中；

在第二模拟计时器中存储第一时区的时间和日历数据；以及

根据所存储的第一时区的时间和日历数据来调整第二模拟计时器的至少一个指针。

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