CN104199348A - 基于全球定位卫星的定时控制器及定时控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于全球定位卫星的定时控制器，利用北斗/GPS卫星全球定位系统，得到更为精确的实时时间，同时根据地球运动的天文规律确定地球上任一地点每一天的日出日落时间关系，实现精确定时控制和精确日出日落时间控制；一种定时控制系统，由上位机和多个定时控制器通讯连接形成的网络系统，对定时控制器实现网络管理和控制。本发明的基于全球定位卫星的定时控制器及系统，与现有技术相比，具有自动计算地球任意地点每一天日落日出时间，及更为精确时间控制。
Description
技术领域
本发明涉及智能定时控制技术领域，确切的说是基于全球定位卫星信号的定时控制器以及包含该设备的系统。
背景技术
随着科技的进步，自动化控制得到了广泛的应用；定时控制器是一种广泛用于军用、民用、工业的时间定时控制装置，可以根据使用者需要规定的时间定义去控制各种设备的工作状态。
显然，这种控制装置一个关键的影响因素就是时间的准确性。如何获取高度精确的本地时间，即是高精确定时控制器的关键。
目前，纵观国外、国内，定时控制器产品的设计基本采样高精度的晶体来获得精确时间，但由于硬件限制，即使昂贵的高精度晶体每年都会有数秒的误差，这是客观现实中无法解决的。这对那些需要长期精确时控的应用来说，如城市路灯灯照明系统，是一个难以逾越的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种实现更精确的日出日落时间全自动控制管理的基于全球定位卫星的定时控制器。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于全球定位卫星的定时控制器，一种基于全球定位卫星的定时控制器，其特征在于：它包括有
卫星信号接收模块，用于接收全球定位卫星的授时信号；
微处理系统，用于数据处理和定时控制；
所述微处理系统包括有
授时信息协议文本存储单元，用于存储卫星信号接收模块内授时信号的信息协议文本；
解码单元，用于将授时信息协议文本存储单元内授时信息协议解码取得实时时间和地理坐标数据信息；
实时时间存储单元，用于存储实时时间；
地理坐标信息存储单元，用于存储地理坐标数据；
日落日出时间运算单元，用于根据实时时间存储单元中实时时间和地理坐标信息存储单元中地理坐标数据，并根据天文运行规律计算天文日落日出时间；
日落时间存储单元，用于存储天文日落时间；
日出时间存储单元，用于存储天文日出时间；
日落定时比较器，用于将实时时间存储单元中实时时间与日落时间存储单元中天文日落时间比较，并在实时时间与天文日落时间重合时发出控制信号；
日出定时比较器，用于将实时时间存储单元中实时时间与日出时间存储单元中天文日出时间比较，并在实时时间与天文日出时间重合时发出控制信号。
本发明进一步设置为：所述微处理系统还包括有
手动定时时间设定单元，用于任意定时时间设定；
定时时间存储单元，用于对手动定时时间设定单元设定的定时时间进行存储；
定时时间比较器，用于将定时时间存储单元的设定定时时间与实时时间存储单元的实时时间进行比较，并在实时时间与设定定时时间重合时发出控制信号。
本发明提供的一种基于全球定位卫星的定时控制器，全球定位卫星不仅提供年误差不超过万分之一秒的超高精度授时，而且还提供定位10米精度的地理坐标，根据地球运动的天文规律确定地球上任一地点每一天的日出日落时间关系，实现由精确的日出日落时间对相关设备的开关控制，具有定时控制精确度高，以及应用到城市路灯等照明系统中，实现更精确的天黑开灯，天亮关灯，更为节能环保；而且定时模块实现一般定时功能，并结合更为精确的实时时间，达到高精确时间控制。
本发明又一目的是提供一种包含根据上述权利要求中任一项所述基于全球定位卫星的定时控制器的定时控制系统，包括有上位机和若干基于全球定位卫星的定时控制器，所述基于全球定位卫星的定时控制器还包括有
网络通讯模块，用于与上位机进行无线或有线网络通信连接。
该定时控制系统实现上位机和多个定时控制器连接构成小型控制网络，上位机可对每个定时控制器进行网络化管理。
进一步设置为：所述上位机与定时控制器采用工业标准的系统RS485连接与Modbus协议通讯。采用工业通讯标准，抗干扰强。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明具体实施例系统结构原理框图;
图2为本发明具体实施例基于全球定位卫星的定时控制器控制流程图。
具体实施方式
参见附图1、附图2，本发明公开的一种基于全球定位卫星的定时控制器，包括有
卫星信号接收模块，用于接收全球定位卫星的授时信号；其中全球定位卫星可以为中国的北斗/GPS双模卫星，或俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS），或美国GPS系统等等，我国常使用的为北斗/GPS双模卫星；卫星授时包括地表任何一地点的地理坐标、精确时钟等各种重要信息，每1秒钟自主地发送一次；
微处理系统，用于数据处理和定时控制；
所述微处理系统包括有
授时信息协议文本存储单元，用于存储卫星信号接收模块内授时信号的信息协议文本；其中授时信息协议文本为现有的公知技术，其解码方法为本领域人员熟知的公知技术，如$GPRMC和$GPGGA协议文本；
解码单元，用于将授时信息协议文本存储单元内授时信息协议解码取得实时时间和地理坐标数据信息；
实时时间存储单元，用于存储实时时间；
地理坐标信息存储单元，用于存储地理坐标数据；
日落日出时间运算单元，用于根据实时时间存储单元中实时时间和地理坐标信息存储单元中地理坐标数据，并根据天文运行规律计算天文日落日出时间；
日落时间存储单元，用于存储天文日落时间；
日出时间存储单元，用于存储天文日出时间；
日落定时比较器，用于将实时时间存储单元中实时时间与日落时间存储单元中天文日落时间比较，并在实时时间与天文日落时间重合时发出控制信号；
日出定时比较器，用于将实时时间存储单元中实时时间与日出时间存储单元中天文日出时间比较，并在实时时间与天文日出时间重合时发出控制信号。
当实时时间未到达日落日出时间时，重复上述过程，进行二次或多次的实时时间刷新、天文日落日出时间计算以及时间比较；当日落日出时间与实时时间重合时发出控制信号实现天文日落日出时间定时控制。
其中天文运行规律计算天文日落日出时间方法为多种，其为本领域技术人员所熟知的公知技术，现举例其中一种计算方法如下：
步骤一、已知天体赤道坐标，求黄道坐标。
赤经：α；
赤纬：δ；
黄赤交角：ε；
黄经：λ；
黄纬：β；
计算公式如下：
sinβ=cosε*sinδ-sinε*cosδ*sinα
cosβ*cosλ=cosδ*cosα
cosβ*sinλ=sinε*sinδ+cosε*cosδ*sinα
步骤二、根据黄道坐标求空间直角坐标。
空间直角坐标的定义：以天体球心为原点，以春分点的方向为X轴的正向（黄经0度，黄纬90度），以夏至点的方向为Y轴的正向（黄经0度，黄纬90度），以北黄极的方向为Z轴的正向（黄纬90度）。
假设天球半径为R，计算公式如下：
X=R*cosλ*cosβ
Y=R*sinλ*cosβ
Z=R*sinβ
步骤三、计算天体在椭圆轨道上运行时的任意时刻的坐标。
椭圆为天体的运行轨迹（位于XY坐标平面内），天体的运行方向作逆时针方向的运行；点P为任意时刻的天体，它的坐标为（x，y）。C点为椭圆的一个焦点，中心天体位于椭圆的C点焦点上，A点为近点，B点为远点。O点为椭圆的中心。将坐标的原点定在中心天体的位置上，天体P从近点A开始，沿椭圆轨道围绕中心天体做逆时针方向的公转，在任意时刻t走到了P位置。
已知：
椭圆半长轴：a（为OA）；
椭圆偏心率：e（e=c/a，c为焦点到中心距离，即OC）；
公转周期：T；
任意时刻：t（应小于T，>=0，从A点开始计时）；
在时刻t处的天体坐标：x，y；
算法如下：
设n=2*π/T；（π为圆周率）
设M=n*t；
设E（0）=M；
然后进行递归迭代运算
E（1）=M+e*sinE（0）；
E（2）=M+e*sinE（1）；
E（3）=M+e*sinE（2）；
……
E（N）=M+e*sinE（N-1）；
N越大，表明迭代的次数越多，精度越高，越接近理论真实值，但永远也达不到理论真实值，取适当的次数即可，然后计算x，y的值。
四、计算太阳的高度与方位角。
太阳高度：h；
太阳方位：A；
地理纬度：φ；
太阳赤纬：δ；
真太阳时：t；
计算公式如下：（单位为度）
h=arcsin（sinφ*sinδ-cosφ*cosδ*cos（15*t））；
A=arccos（tgh*tgφ-sinδ/（cosh*cosφ））；（午前取负，午后取正）
当在两极时：φ=±90度，h=±δ，A不存在；
当在赤道上，且太阳赤纬为0：φ=0度，午前h=15*t-90，A=-90；午后h=90-（t-12）*15，A=90；
当在正午时：t=12，h=90-│φ-δ│，A=0或180；
当在子夜时：t=0，h=│φ+δ│-90，A=0或180；
五、计算真太阳时与地方方标准时。
真太阳时：T⊙；
平太阳时：TM；
地方标准时：T；
地理经度：λ；
时区中心经度：λ。；
时差：η
计算公式如下：
T⊙=TM+η；
TM=T+（λ-λ。）/15；
T⊙=T+（λ-λ。）/15+η；
T=T⊙-η-（λ-λ。）/15；
六、计算晨光始、日出、日落、昏影终、昼长、晨昏蒙影长、黑夜长、日出日落太阳方位角。
地理纬度：φ；
太阳赤纬：δ；
日出日落太阳方位角：A；
晨光始时刻：TM；
日出时刻：TR；
日落时刻：TD；
昏影终时刻：TE；
昼长：LD；
晨昏蒙影长：LS；
黑夜长：LN；
太阳上边沿与地平线相切时的太阳高度：hr；
晨昏蒙影开始或结束时的太阳高度：hb；
计算公式如下：（所有时间均为真太阳进，单位为小时）
TM=arccos（tgφ*tgδ-sinhb/（cosφ*cosδ））/15；
TR=arccos（tgφ*tgδ）；（不考虑空气折射和太阳视半径）
TR=arccos（tgφ*tgδ-sinhr/（cosφ*cosδ））/15；（考虑空气折射和太阳视半径）
以上三式中，括号中的值大于1时，视为等于1；小于-1时，视为等于-1。
TD=24-TR；
TE=24-TM；
LD=24-2*TR；
LS=(TR-TM)*2；
LN=TM*2；
A=arccos（-sinδ/cosφ）；（不考虑空气折射和太阳视半径）
A=arccos（tghr*tgφ-sinδ/（coshr*cosφ））；（考虑空气折射和太阳视半径）
日出取负，日落出正。
为适应更多的定时控制，所述微处理系统还包括有
手动定时时间设定单元，用于任意定时时间设定；
定时时间存储单元，用于对手动定时时间设定单元设定的定时时间进行存储；
定时时间比较器，用于将定时时间存储单元的设定定时时间与实时时间存储单元的实时时间进行比较，并在实时时间与设定定时时间重合时发出控制信号。
较为常规的为便于定时控制器进行人机交流，定时控制器通常带有LED显示器和输入键盘；
本发明提供的一种基于全球定位卫星的定时控制器，利用全球定位卫星的授时信息，根据地球运动的天文规律确定地球上任一地点每一天的日出日落时间关系，实现由精确的日出日落时间对相关设备的开关控制，具有定时控制精确度高，以及应用到城市路灯等照明系统中，实现更精确的天黑开灯，天亮关灯，更为节能环保；而且定时模块实现一般定时功能，并结合更为精确的实时时间，达到高精确时间控制。
本发明的一种定时控制系统，其包括有上位机和若干上述定时控制器，定时控制器还包括有与上位机进行无线或有线通讯的网络通讯模块。实现上位机和多个定时控制器连接构成小型控制网络，上位机可对每个定时控制器进行网络化管理；在不联网时，定时控制器可独立工作。所述上位机与定时控制器采用工业标准的系统RS485连接与Modbus协议通讯。采用工业通讯标准，抗干扰强。
Claims (4)
1.一种基于全球定位卫星的定时控制器，其特征在于：它包括有
卫星信号接收模块，用于接收全球定位卫星的授时信号；
微处理系统，用于数据处理和定时控制；
所述微处理系统包括有
授时信息协议文本存储单元，用于存储卫星信号接收模块内授时信号的信息协议文本；
解码单元，用于将授时信息协议文本存储单元内授时信息协议解码取得实时时间和地理坐标数据信息；
实时时间存储单元，用于存储实时时间；
地理坐标信息存储单元，用于存储地理坐标数据；
日落日出时间运算单元，用于根据实时时间存储单元中实时时间和地理坐标信息存储单元中地理坐标数据，并根据天文运行规律计算天文日落日出时间；
日落时间存储单元，用于存储天文日落时间；
日出时间存储单元，用于存储天文日出时间；
日落定时比较器，用于将实时时间存储单元中实时时间与日落时间存储单元中天文日落时间比较，并在实时时间与天文日落时间重合时发出控制信号；
日出定时比较器，用于将实时时间存储单元中实时时间与日出时间存储单元中天文日出时间比较，并在实时时间与天文日出时间重合时发出控制信号。
2.根据权利要求1所述基于全球定位卫星的定时控制器，其特征在于：所述微处理系统还包括有
手动定时时间设定单元，用于任意定时时间设定；
定时时间存储单元，用于对手动定时时间设定单元设定的定时时间进行存储；
定时时间比较器，用于将定时时间存储单元的设定定时时间与实时时间存储单元的实时时间进行比较，并在实时时间与设定定时时间重合时发出控制信号。
3.一种包含根据上述权利要求中任一项所述基于全球定位卫星的定时控制器的定时控制系统，其特征在于：包括有上位机和若干基于全球定位卫星的定时控制器，所述基于全球定位卫星的定时控制器还包括有
网络通讯模块，用于与上位机进行无线或有线网络通信连接。
4.根据权利要求3所述定时控制系统，其特征在于：所述上位机与基于全球定位卫星的定时控制器采用工业标准的系统RS485连接与Modbus协议通讯。
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