CN107145062A - 一种室内从钟、室内从钟的工作方法和室内外主从钟卫星授时系统 - Google Patents

一种室内从钟、室内从钟的工作方法和室内外主从钟卫星授时系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及时钟卫星授时系统领域,公开了一种室内从钟、室内从钟的工作方法和室内外主从钟卫星授时系统。通过该室内外主从钟卫星授时系统,可利用室外布置的室外主钟进行卫星通信,获取卫星标准时间并据此更新主钟本地RTC时间,以便室内从钟自动的根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,从而可实现对室内时钟的自动卫星授时,大大提高室内时钟的守时精度。同时通过为该室内外主从钟卫星授时系统提供一套节能的电源管理方案及通信方式,可在满足及时进行卫星授时的基础上,减小室外主钟和室内从钟在整个卫星授时过程中的功耗开销,降低信息交互成本,利于室外主钟的室外长期布置。

Description

一种室内从钟、室内从钟的工作方法和室内外主从钟卫星授 时系统
技术领域
[0001] 本发明涉及时钟卫星授时系统领域,具体地,涉及一种室内从钟、室内从钟的工作 方法和室内外主从钟卫星授时系统。
背景技术
[0002] 现在电子时钟大多为采用石英晶体提供走时频率的石英钟,由于石英晶体输出频 率与环境温度的关系特性,使得石英钟走时精度较低,当电子时钟出现走时误差时需要用 户手动调整时间,使用极不方便。随着现代授时技术的不断发展以及人们对计时精度要求 的不断提高,普通石英钟最大每个月几十秒的守时误差已经不能满足人们对时间精度的要 求。
[0003] 目前的石英钟缺乏精确、稳定可靠、覆盖范围广的时间基准来源,对电子时钟系统 的时间进行自动校准。为实现对电子时钟的自动授时,现有方案是通过卫星通信来获取卫 星标准时间,然后根据卫星标准时间进行准确授时。但是对于室内时钟,由于布置场所的限 制,无法接收到卫星信号及卫星标准时间,无法实现卫星授时的目的。
发明内容
[0004] 针对现有无法对室内时钟进行卫星授时的问题,本发明提供了 一种室内从钟、室 内从钟的工作方法和室内外主从钟卫星授时系统。
[0005] 本发明采用的技术方案,一方面提供了一种室内从钟,包括从钟本体11,所述从钟 本体11包括第二微处理器、从钟本地时钟模块、第三电子开关、第三无线通信模块、第三无 线通信天线、第二电池模块和第二稳压电路模块; 所述第二微处理器分别通信连接所述从钟本地时钟模块、所述第三电子开关的受控端 和所述第三无线通信模块,所述第三无线通信模块还通信连接所述第三无线通信天线; 所述第二电池模块电连接所述第二稳压电路模块,所述第二稳压电路模块的供电输出 端分别电连接所述第二微处理器的供电输入端和所述第三电子开关的一端,所述第三电子 开关的另一端电连接所述第三无线通信模块的供电输入端。
[0006] 优化的,在所述从钟本地时钟模块采用石英晶体时,所述从钟本体还包括通信连 接所述第二微处理器的第二温度传感器。
[0007] 优化的,所述从钟本体还包括通信连接所述第二微处理器的第二欠压检测模块, 所述第二欠压检测模块的电压检测端电连接所述第二电池模块的供电输出端。
[0008] 优化的,所述从钟本体还包括通信连接所述第二微处理器的马达机芯模块,所述 马达机芯模块的供电输入端电连接所述第二稳压电路模块的供电输出端。
[0009] 优化的,所述从钟本体还包括通信连接所述第二微处理器的第二看门狗模块。
[0010] 本发明采用的技术方案,另一方面提供了一种前述的室内从钟的工作方法,其特 征在于,包括: (1)处于待校准状态的从钟本体在广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤更新从钟 本地RTC时间: 51101. 通过控制第三电子开关的导通,启动第三无线通信模块及第三无线通信天线; 51102. 根据从钟本地RTC时间,以单位时间to为周期,使第三无线通信模块及第三无线 通信天线进行时长为第二侦听时长MT2的无线信号侦听,若在所述第二侦听时长MT2内接收 到广播授时前导码,则执行步骤S1103,否则在侦听结束后,使第三无线通信模块及第三无 线通信天线进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,MT2<0.1t〇; S1103 •在侦听结束后,使无线通彳g模块及无线通信天线进入无线通信休眠状态,直到 经过第一延迟时长DT1后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通信接收状 态,若成功接收到包含主钟本地RTC时间的广播授时消息,则执行步骤S1104,否则在经过第 二延迟时长DT2后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线再次进入无线通信休眠状态, 直到进行下一次侦听,其中,DTl+MT2<t〇,DTl+DT2+MT2>2t〇; S1104.根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,同时将待校准状态更改为已校准 状态,并通过控制第三电子开关的截止,关闭第三无线通信模块及第三无线通信天线; S1105 •在预设的广播授时时间窗口完结时,通过控制第三电子开关的截止,关闭第三 无线通信模块及第三无线通信天线; 和/或,(2)处于待校准状态的从钟本体在请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤更 新从钟本地RTC时间: Sl2〇l •通过控制第三电子开关的导通,启动第三无线通信模块及第三无线通信天线; S1202 •根据从钟本地RTC时间,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通 信发送状态,并在第四发送时长TT4内持续发送授时请求前导码,其中,t〇<TT4 < 1.5to; S12〇3 •使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通信休眠状态; S1204•在经过第三延迟时长DT3后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无 线信号接收状态,若成功接收到包含主钟本地RTC时间的授时响应消息,则执行步骤S12〇5, 否则在经过第四延迟时长DT4后,返回执行步骤S1202,其中,DT3+TT4< 2to,DT3+DT4+TT4 > 3to; 51205 •根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,同时将待校准状态更改为已校准 状态,并通过控制第三电子开关的截止,关闭第三无线通信模块及第三无线通信天线; 51206 •在预设的请求授时时间窗口完结时,通过控制第三电子开关的截止,关闭第三 无线通信模块及第三无线通信天线。
[0011] 优化的,在从钟本地时钟模块采用石英晶体时,还包括如下步骤: S1301 •第二温度传感器定期地将获取的即时温度值传送至第二微处理器; Sl3〇2.第二微处理器根据所述即时温度值及石英晶体的频率/温度特性,累加计算自 前一次更新从钟本地RTC时间以来因温度环境而造成的时间偏差值,并在所述时间偏差值 超过最大时间偏差容忍阈值时,设置从钟本体处于待校准状态。
[0012] 优化的,在从钟本体包括第二欠压检测模块和马达机芯模块时,还包括如下步骤: S1401.第二欠压检测模块在检测出第二电池模块的供电输出电压低于第二工作电压 阈值时,生成第二欠压警报指示信息,并将所述第二欠压警报指示信息传送至第二微处理 器; S1402.第二微处理器通过控制第三电子开关的截止,持续关闭第三无线通信模块及第 三无线通信天线,同时通过控制马达机芯模块,使秒针持续停摆,以便指示从钟本体处于欠 电状态,直到收到来自第二欠压检测模块的第二电压恢复指示信息,所述第二电压恢复指 示信息由第二欠压检测模块在发现第二电池模块的供电输出电压恢复至第二工作电压阈 值及以上时产生。
[0013]优化的,从钟本体在上电初始化后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具 有无限时长的广播授时时间窗口或授时请求时间窗口。
[0014] 本发明采用的技术方案,另一方面还提供了一种室内外主从钟卫星授时系统,包 括室外主钟和若干个前述的室内从钟; 所述室外主钟包括第一微处理器、主钟本地时钟模块、第一电子开关、卫星通信模块、 卫星通信天线、第二电子开关、第二无线通信模块、第二无线通信天线、第一电池模块和第 一稳压电路模块; 所述第一微处理器分别通信连接所述主钟本地时钟模块、所述第一电子开关的受控 端、所述卫星通信模块、所述第二电子开关的受控端和所述第二无线通信模块,所述卫星通 信模块还通信连接所述卫星通信天线,所述第二无线通信模块还通信连接所述第二无线通 信天线; 所述第一电池模块电连接所述第一稳压电路模块,所述第一稳压电路模块的供电输出 端分别电连接所述第一微处理器的供电输入端、所述第一电子开关的一端和所述第二电子 开关的一端,所述第一电子开关的另一端电连接所述卫星通信模块的供电输入端,所述第 二电子开关的另一端电连接所述第二无线通信模块的供电输入端; 所述第二无线通信模块和在所述室内从钟中的第三无线通信模块同为相同类型的无 线通信模块。
[0015] 综上,采用本发明所提供的室内从钟、室内从钟的工作方法和室内外主从钟卫星 授时系统,具有如下有益效果:(1)通过在室内从钟中配置无线通信模块,可以使室内从钟 能够通过主动或被动两种无线通信方式,获取来自室外主钟的且能与卫星标准时间同步的 主钟本地RTC时间,并根据该主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,实现对室内时钟的自 动卫星授时,此外还可计算时钟时间与卫星标准时间的时间偏差,通过温度检测模块检测 环境温度,根据时差值以及预置的晶体频率/温度函数关系对时钟系统时差进行补偿校正, 最终大大提高室内时钟的守时精度,使它们从现有的每个月几十秒的累计误差提高到每个 月1秒钟;(2)通过为室内从钟提供一套节能的电源管理方案及通信方式,可在满足及时进 行卫星授时的基础上,减小室内从钟在授时工作的功耗开销,降低信息交互成本;(3)通过 该室内外主从钟卫星授时系统,可利用室外布置的室外主钟进行卫星通信,获取卫星标准 时间并据此更新主钟本地RTC时间,以便室内从钟自动的根据主钟本地RTC时间更新从钟本 地RTC时间,从而可实现对室内时钟的自动卫星授时;(4)通过为该室内外主从钟卫星授时 系统提供一套节能的电源管理方案及通信方式,可在满足及时进行卫星授时的基础上,减 小室外主钟和室内从钟在整个卫星授时过程中的功耗开销,降低信息交互成本,利于室外 主钟的室外长期布置;(5)通过为室外主钟配置太阳能电池板或风力发电机等室外发电装 置,可以给该室外主钟内的可充电电池进行充电,补充消耗的电能,即保证室外主钟的长时 间稳定工作,又可降低安装布置成本和维护成本;(6)所述室外从钟及所述室内外主从钟卫 星授时系统还具有自守时精度高、防死机、可欠电指示、结构简单和易于布置的特点,便于 实际应用和推广。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1是本发明提供的室内外主从钟卫星授时系统的系统结构示意图。
[0018] 图2是本发明提供的室内从钟的电路原理示意图。
[0019] 图3是本发明提供的室内从钟的无线通信时序示意图。
[0020] 图4是本发明提供的室外主钟的电路原理示意图。
[0021]图5是本发明提供的室外主钟的卫星通信时序示意图。
[0022]图6是本发明提供的室外主钟和室内从钟的无线通信时序示意图。
[0023]上述附图中:1、室外主钟2、发电装置3、安装支架301、顶部支杆302、侧部支杆 11、从钟本体21、通信卫星。
具体实施方式
[0024]以下将参照附图,通过实施例方式详细地描述本发明提供的室内从钟、室内从钟 的工作方法和室内外主从钟卫星授时系统。在此需要说明的是,对于这些实施例方式的说 明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。
[0025] 本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关 系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,单独存在B,同时存在A和B三种情况,本文中术语 7和”是描述另一种关联对象关系,表示可以存在两种关系,例如,A/和B,可以表示:单独存 在A,单独存在A和B两种情况,另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”关 系。 实施例一
[0026]图1示出了本发明提供的室内外主从钟卫星授时系统的系统结构示意图,图2示出 了本发明提供的室内从钟的电路原理示意图,图3示出了本发明提供的室外从钟的无线通 f目时序不意图。
[0027] 本实施例提供的所述室内从钟,包括从钟本体11,所述从钟本体11包括第二微处 理器、从钟本地时钟模块、第三电子开关、第三无线通信模块、第三无线通信天线、第二电池 模块和第二稳压电路模块;所述第二微处理器分别通信连接所述从钟本地时钟模块、所述 第三电子开关的受控端和所述第三无线通信模块,所述第三无线通信模块还通信连接所述 第三无线通信天线;所述第二电池模块电连接所述第二稳压电路模块,所述第二稳压电路 模块的供电输出端分别电连接所述第二微处理器的供电输入端和所述第三电子开关的一 端,所述第三电子开关的另一端电连接所述第三无线通信模块的供电输入端。
[0028]如图1和2所示,在室内外主从钟卫星授时系统中,包含有一个室外主钟1和若干个 室内从钟11,所述室外主钟1 一方面可与通信卫星21进行卫星通信,以获取卫星标准时间, 并据此更新主钟本地RTC (Rea 1-Time Clock,实时时钟)时间,另一方面还可与各个室内从 钟进行无线通信,将主钟本地RTC时间授予对应的室内从钟。在所述室内从钟的结构中,所 述第二微处理器用于通过诸如控制电子开关等器件方式实现对整个室内从钟的工作方法 进行集中式管控,以便来自室外主钟的且能与卫星标准时间同步的主钟本地RTC时间,并根 据该主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,实现室内从钟的自动卫星授时。所述从钟本 地时钟模块用于提供走时频率,以便从钟本地RTC时间自守时。所述第三电子开关用于在所 述第二微处理器的控制下,实现对所述第三无线通信模块及所述第三无线通信天线的馈电 控制,进而控制所述第三无线通信模块及所述第三无线通信天线,其可以但不限于为开关 管、继电器或触点开关。所述第三无线通信模块及所述第三无线通信天线用于在上电时进 行无线通信,其中,所述第三无线通信模块可以但不限于为工作频段在434MHz的射频通信 模块。所述第二电池模块用于通过所述第二稳压电路模块为其它器件提供电能支持。
[0029]如图3所示,所述室内从钟的工作方法可以但不限于包括如下: (1)处于待校准状态的从钟本体在广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤更新从钟 本地RTC时间: S1101 •通过控制第三电子开关的导通,启动第三无线通信模块及第三无线通信天线; S1102•根据从钟本地RTC时间,以单位时间to为周期,使第三无线通信模块及第三无线 通信天线进行时长为第二侦听时长MT2的无线信号侦听(即在图3中用上箭头表示),若在所 述第二侦听时长MT2内接收到广播授时前导码(用BPA表示),则执行步骤S1103,否则在侦听 结束后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通信休眠状态,直到进行下一 次侦听,其中,MT2<0.1t〇; S11〇3 •在侦听结束后,使无线通信模块及无线通信天线进入无线通信休眠状态,直到 经过第一延迟时长DT1后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通信接收状 态,若成功接收到包含主钟本地RTC时间的广播授时消息(即在图3中用BST表示),则执行步 骤S1104,否则在经过第二延迟时长DT2后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线再次 进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,DTl+MT2<t〇,DTl+DT2+MT2>2t〇; S1104.根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,同时将待校准状态更改为已校准 状态,并通过控制第三电子开关的截止,关闭第三无线通信模块及第三无线通信天线; Sll〇5•在预设的广播授时时间窗口完结时,通过控制第三电子开关的截止,关闭第三 无线通信模块及第三无线通信天线; 和/或,(2)处于待校准状态的从钟本体在请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤更 新从钟本地RTC时间: S1201 •通过控制第三电子开关的导通,启动第三无线通信模块及第三无线通信天线; S12〇2 •根据从钟本地RTC时间,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通 信发送状态,并在第四发送时长TT4内持续发送授时请求前导码(即在图3中用QPA表示),其 中,to<TT4<1.5to; S12〇3 •使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通信休眠状态; Sl2〇4.在经过第三延迟时长DT3后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无 线信号接收状态,若成功接收到包含主钟本地RTC时间的授时响应消息(即在图3中用RST表 示),则执行步骤S1205,否则在经过第四延迟时长DT4后,返回执行步骤S1202,其中,DT3+ TT4< 2t〇, DT3+DT4+TT4 > 3t〇 ; 51205. 根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,同时将待校准状态更改为已校准 状态,并通过控制第三电子开关的截止,关闭第三无线通信模块及第三无线通信天线; 51206. 在预设的请求授时时间窗口完结时,通过控制第三电子开关的截止,关闭第三 无线通信模块及第三无线通信天线。
[0030]在上述工作方法中,对于所述广播授时时间窗口和/或所述请求授时时间窗口,可 以是周期性地开启:例如每隔4个小时开启一个,也可以是按照时间表进行的非周期性地开 启:例如在环境温度变化幅度较大的时刻(比如凌晨3点或下午5点)开启一个,其中,所述广 播授时时间窗口与所述请求授时时间窗口在从钟本地RTC时间上不重合。此外,所述室内从 钟的待校准状态的设置可以是在自行检测后判定,也可以是定时设定,每隔1周自动设定为 待校准状态。
[0031]通过前述方法,不但可以使室内从钟能够通过主动或被动两种无线通信方式,获 取来自室外主钟的且能与卫星标准时间同步的主钟本地RTC时间,并根据该主钟本地RTC时 间更新从钟本地RTC时间,实现对室内时钟的自动卫星授时,此外还可计算时钟时间与卫星 标准时间的时间偏差,通过温度检测模块检测环境温度,根据时差值以及预置的晶体频率/ 温度函数关系对时钟系统时差进行补偿校正,最终大大提高室内时钟的守时精度,使它们 从现有的每个月几十秒的累计误差提高到每个月1秒钟,还可以通过在有限时间内进行无 线通信,高效实现节能的目的。若所述单位时间to为1秒,则可举例地设计DT1为0.7秒,DT2 为1.3秒,DT3分别为1 • 4秒,DT4为1 • 2秒,MT2为0.05秒。
[0032] 优化的,为了确保从钟本地RTC时间在初始后与主钟本地RTC时间维持基本同步, 可使从钟本体在上电初始化后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具有无限时长 的广播授时时间窗口或授时请求时间窗口。
[0033]优化的,在所述从钟本地时钟模块采用石英晶体时,所述从钟本体11还包括通信 连接所述第二微处理器的第二温度传感器。如图2所示,所述石英晶体用于为从钟本地RTC 时间提供走时频率。所述第二温度传感器用于采集环境温度,以便进行如下自行检测步骤: S1301.第二温度传感器定期地将获取的即时温度值传送至第二微处理器;S1302.第二微处 理器根据所述即时温度值及石英晶体的频率/温度特性,累加计算自前一次更新从钟本地 RTC时间以来因温度环境而造成的时间偏差值,并在所述时间偏差值超过最大时间偏差容 忍阈值时,设置从钟本体处于待校准状态。所述第二温度传感器可优选设计在石英晶体的 毗邻位置,以确保自行检测的高精度。此外,为了提高室内从钟的自守时精度,所述第二微 处理器还可以根据所述即时温度值及石英晶体的频率/温度特性,对从钟本地RTC时间进行 补偿校正。
[0034] 优化的,所述从钟本体11还包括通信连接所述第二微处理器的第二欠压检测模 块,所述第二欠压检测模块的电压检测端电连接所述第二电池模块的供电输出端。如图2所 示,所述第二欠压检测模块用于检测在所述第二电池模块的供电输出端的供电输出电压是 否低于第二工作电压阈值(其可以预先设定,例如对于3 • 7V的标准供电输出电压,可设计为 3.2V),以便实现如下进一步节能的步骤:S1401 •第二欠压检测模块在检测出第二电池模块 的供电输出电压低于第二工作电压阈值时,生成第二欠压警报指示信息,并将所述第二欠 压警报指示信息传送至第二微处理器;S1402•第二微处理器通过控制第三电子开关的截 止,持续关闭第三无线通信模块及第三无线通信天线,同时通过控制马达机芯模块,使秒针 持续停摆,以便指示从钟本体处于欠电状态,直到收到来自第二欠压检测模块的第二电压 恢复指示信息,所述第二电压恢复指示信息由第二欠压检测模块在发现第二电池模块的供 电输出电压恢复至第二工作电压阈值及以上时产生。由此可在欠压状态下,停止卫星授时 工作,以便维持最低能耗的休眠。进一步优化的,第二微处理器可在收到所述第二电压恢复 指示信息后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具有无限时长的广播授时时间窗 口或授时请求时间窗口。
[0035] 优化的,所述从钟本体11还包括通信连接所述第二微处理器的马达机芯模块,所 述马达机芯模块的供电输入端电连接所述第二稳压电路模块的供电输出端。所述马达机芯 模块用于在所述第二微处理器的控制下,根据从钟本地RTC时间驱动表盘指针行走,同时还 可以在发现走针落后时,自动进行追针守时。所述第二微处理器在收到所述第二欠压警报 指示信息后,还可以同时通过控制马达机芯模块,使秒针停摆,以便指示从钟本体处于欠电 状态,直到收到所述第二电压恢复指示信息。不但可以进一步降低在欠压状态下的休眠能 耗,还可以方便室内人员及时发现并更换第二电池模块。
[0036]优化的,所述从钟本体11还包括通信连接所述第二微处理器的第二看门狗模块。 所述第二看门狗模块用于在检测到所述第二微处理器死机时,重新上电重启所述第二微处 理器,防止长时间处于死机状态。
[0037]本实施例提供的所述室内从钟及其工作方法,具有如下有益效果:(1)通过在室内 从钟中配置无线通信模块,可以使室内从钟能够通过主动或被动两种无线通信方式,获取 来自室外主钟的且能与卫星标准时间同步的主钟本地RTC时间,并根据该主钟本地RTC时间 更新从钟本地RTC时间,实现对室内时钟的自动卫星授时,此外还可计算时钟时间与卫星标 准时间的时间偏差,通过温度检测模块检测环境温度,根据时差值以及预置的晶体频率/温 度函数关系对时钟系统时差进行补偿校正,最终大大提高室内时钟的守时精度,使它们从 现有的每个月几十秒的累计误差提高到每个月1秒钟;(2)通过为室内从钟提供一套节能的 电源管理方案及通信方式,可在满足及时进行卫星授时的基础上,减小室内从钟在授时工 作的功耗开销,降低信息交互成本;(¾所述室外从钟还具有自守时精度高、防死机、可欠电 指示、结构简单和易于布置的特点,便于实际应用和推广。 实施例二
[0038]图4示出了本发明提供的室外主钟的电路原理示意图,图5示出了本发明提供的室 外主钟的卫星通信时序示意图,图6示出了本发明提供的室外主钟和室内从钟的无线通信 时序不意图。
[0039]本实施例提供一种室内外主从钟卫星授时系统,包括室外主钟丨和若干个如实施 例一所述的室内从钟; 所述室外主钟1包括第一微处理器、主钟本地时钟模块、第一电子开关、卫星通信模块、 卫星通伝天线、第二电子开关、第二无线通信模块、第二无线通信天线、第一电池模块和第 一稳压电路模块; 所述第一微处理器分别通信连接所述主钟本地时钟模块、所述第一电子开关的受控 端、所述卫星通信模块、所述第二电子开关的受控端和所述第二无线通信模块,所述卫星通 信模块还通信连接所述卫星通信天线,所述第二无线通信模块还通信连接所述第二无线通 信天线; 所述第一电池模块电连接所述第一稳压电路模块,所述第一稳压电路模块的供电输出 端分别电连接所述第一微处理器的供电输入端、所述第一电子开关的一端和所述第二电子 开关的一端,所述第一电子开关的另一端电连接所述卫星通信模块的供电输入端,所述第 二电子开关的另一端电连接所述第二无线通信模块的供电输入端; 所述第二无线通信模块和在所述室内从钟中的第三无线通信模块同为相同类型的无 线通信模块。
[0040] 如图1和4所示,在所述室外主钟的结构中,所述第一微处理器用于通过诸如控制 电子开关等器件方式实现对整个室外主钟的工作方法进行集中式管控,一方面获取卫星标 准时间并据此更新主钟本地RTC时间,另一方面将主钟本地RTC时间向室内从钟发送,以便 室内从钟自动的根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,实现对室内时钟的自动卫星 授时。所述主钟本地时钟模块用于提供走时频率,以便主钟本地RTC时间自守时。所述第一 电子开关用于在所述第一微处理器的控制下,实现对所述卫星通信模块及所述卫星通信天 线的馈电控制,进而控制所述卫星通信模块及所述卫星通信天线的工作状态,其可以但不 限于为继电器或触点开关。所述卫星通信模块及所述卫星通信天线用于上电时进行卫星通 信,其中,所述卫星通信模块可以但不限于为多模卫星定位接收模块。所述第二电子开关用 于在所述第一微处理器的控制下,实现对所述第二无线通信模块及所述第二无线通信天线 的馈电控制,进而控制所述第二无线通信模块及所述第二无线通信天线,其可以但不限于 为开关管、继电器或触点开关。所述第二无线通信模块及所述第二无线通信天线用于在上 电时进行无线通信,其中,所述第二无线通信模块可以但不限于为工作频段在434MHz的射 频通信模块。所述第一电池模块用于通过所述第一稳压电路模块为其它器件提供电能支 持。
[0041] 如图5和6所示,所述室外主钟的工作方法可以但不限于包括如下: (1) 主钟本体在预设的卫星通信时间窗口到达时,按照如下步骤更新主钟本地RTC时 间: S101 •通过控制第一电子开关的导通,启动卫星通信模块及卫星通信天线; S102.若收到卫星信号,并成功获取所述卫星信号中的卫星标准时间信息(即在图5中 用SS表示),则根据所述卫星标准时间信息更新主钟本地RTC时间,同时通过控制第一电子 开关的截止,关闭卫星通信模块及卫星通信天线,否则在卫星通信时间窗口完结时,通过控 制第一电子开关的截止,关闭卫星通信模块及卫星通信天线; (2) 主钟本体在预设的广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤发送主钟本地RTC时 间: S201.通过控制第二电子开关的导通,启动无线通信模块及无线通信天线; S2〇2 •根据主钟本地RTC时间,在第i个单位时间to的起始点,使无线通信模块及无线通 信天线进入无线通信发送状态,并在第一发送时长TT1内持续发送广播授时前导码,其中,土 为初始值为1的自然数,to<Tn<1.5t。; ’、 S203•使无线通信模块及无线通信天线进入无线通信休眠状态,直到第1+2个单位时间 to的起始点,再重新使无线通信模块及无线通信天线进入无线通信发送状态,并在第二发 送时长TT2内发送包含主钟本地RTC时间的广播授时消息,其中,TT2<0.3t〇; S2〇4•使无线通信模块及无线通信天线再次进入无线通信休眠状态,并在i+3<3N—2 时,设置i二i+3,然后返回执行步骤S202,其中,3N为在广播授时时间窗口中单位时间to的 个数; S205.在预设的广播授时时间窗口完结时,通过控制第二电子开关的截止,关闭无线通 信模块及无线通信天线; (3)主钟本体在预设的请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤发送主钟本地RTC时 间: S3〇l.通过控制第二电子开关的导通,启动无线通信模块及无线通信天线; S302.根据主钟本地RTC时间,以单位时间to为周期,使无线通信模块及无线通信天线 进行时长为第一侦听时长MT1的无线信号侦听,若在所述第一侦听时长MT1内接收到授时请 求前导码,则执行步骤S3〇3,否则在侦听结束后,使无线通信模块及无线通信天线进入无线 通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,MTICO.lto; S3〇3 •在侦听结束后,使无线通信模块及无线通信天线进入无线通信休眠状态,直到下 一个单位时间to的起始点,使无线通信模块及无线通信天线进入无线通信发送状态,并在 第三发送时长TT3内发送包含主钟本地RTC时间的授时响应消息,然后再次使无线通信模块 及无线通信天线进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,TT3 <0.3t〇; S3〇4.在预设的请求授时时间窗口完结时,通过控制第二电子开关的截止,关闭无线通 信模块及无线通信天线。
[0042] 在上述工作方法中,对于所述卫星通信时间窗口、所述广播授时时间窗口和/或所 述请求授时时间窗口,可以是周期性地开启:例如每隔6个小时开启一个,也可以是按照时 间表进行的非周期性地开启:例如在环境温度变化幅度较大的时刻(比如凌晨3点或下午5 点)开启一个,其中,所述广播授时时间窗口与所述请求授时时间窗口在主钟本地RTC时间 上不重合。此外,优化的,在主钟本地RTC时间上的请求授时时间窗口中,使第二无线通信模 块及第二无线通信天线进入无线信号侦听的时段与进入无线通信发送状态的时段不重合, 由此可以采用半双工模式的第二无线通信模块实现整个工作方法,维持室外主钟的低设备 成本和低通信资源需求的目的。
[0043] 通过前述方法,不但可以便于室内从钟自动的根据主钟本地RTC时间更新从钟本 地RTC时间,实现对室内时钟的自动卫星授时,同时计算时钟时间与卫星标准时间的时间偏 差,通过温度检测模块检测环境温度,根据时差值以及预置的晶体频率/温度函数关系对时 钟系统时差进行补偿校正,大大提高室内时钟的守时精度,使它们从现有的每个月几十秒 的累计误差提高到每个月1秒钟,还可以通过在有限时间内进行卫星通信和无线通信,高效 实现节能的目的。若所述单位时间to为1秒,则可举例地设计TT1为1.2秒,TT2和TT3分别为 0.16 秒,MT1 为 0.05 秒。
[0044] 优化的,为了确保主钟本地RTC时间在初始化后能够与卫星标准时间和与其关联 下的从钟本体RTC时间维持基本同步,可使室外主钟在上电初始化后,开启一次具有无限时 长的卫星通信时间窗口,并在完成主钟本地RTC时间的首次更新后,开启一次广播授时时间 窗口。
[0045] 优化的,还包括发电装置2和安装支架3,所述室外主钟1和所述发电装置2固定安 装在所述安装支架3上;所述第一电池模块为可充电电池,所述室外主钟1还包括充电管理 模块;所述发电装置2、所述充电管理模块和所述第一电池模块依次电连接。如图1和2所示, 所述发电装置2用于在室外发电,并通过所述充电管理模块将转化的电能充入可充电电池, 以补充室外主钟所消耗的电能。所述可充电电池可以但不限于为锂电池。所述发电装置2可 以但不限于为太阳能电池板或风力发电机,为了增强室外主钟的抗风性能,所述发电装置2 可进一步优选为小型的风力发电机。此外,如图1所述,具体的,所述安装支架3为“上”字形 支架,所述室外主钟1固定安装在所述安装支架3的顶部支杆301上,所述发电装置2固定安 装在所述安装支架3的侧部支杆302上,可以提高室外主钟的安装平衡性。
[0046] 优化的,在所述主钟本地时钟模块采用石英晶体时,所述室外主钟1还包括通信连 接所述第一微处理器的温度传感器。如图2所示,所述石英晶体用于为主钟本地RTC时间提 供走时频率。所述温度传感器用于采集环境温度,以便进行如下自守时步骤:S401.温度传 感器将获取的即时温度值传送至第一微处理器;S402.第一微处理器根据所述即时温度值 及石英晶体的频率/温度特性,对主钟本地RTC时间进行补偿校正。所述温度传感器可优选 设计在石英晶体的毗邻位置,以确保自守时的高精度。
[0047]优化的,所述室外主钟1还包括通信连接所述第一微处理器的欠压检测模块,所述 欠压检测模块的电压检测端电连接所述第一电池模块的供电输出端。如图2所示,所述欠压 检测模块用于检测在所述第一电池模块的供电输出端的供电输出电压是否低于工作电压 阈值(其可以预先设定,例如对于3.7V的标准供电输出电压,可设计为3.2V),以便实现如下 进一步节能的步骤:S501.欠压检测模块在检测出第一电池模块的供电输出电压低于工作 电压阈值时,生成欠压警报指示信息,并将所述欠压警报指示信息传送至第一微处理器; S5〇2.微处理器通过控制第一电子开关的截止,持续关闭卫星通信模块及卫星通信天线,同 时通过控制第二电子开关的截止,持续关闭无线通信模块及无线通信天线,直到收到来自 欠压检测模块的电压恢复指示信息,所述电压恢复指示信息由欠压检测模块在发现电池模 块的供电输出电压恢复至工作电压阈值及以上时产生。由此还可以在欠压状态时,停止卫 星授时工作,以便维持最低能耗的休眠。进一步优化的,第一微处理器可在收到所述电压恢 复指示信息后,开启一次具有无限时长的卫星通信时间窗口,并在完成主钟本地RTC时间的 更新后,开启一次广播授时时间窗口。
[0048]优化的,所述室外主钟1还包括通信连接所述第一微处理器的第一看门狗模块。如 图2所述,所述第一看门狗模块用于在检测到所述第一微处理器死机时,重新上电重启所述 第一微处理器,防止长时间处于死机状态。
[0049]本实施例提供的所述室内外主从钟卫星授时系统,在实施例一的基础上,还具有 如下有益效果:(1)通过该室内外主从钟卫星授时系统,可利用室外布置的室外主钟进行卫 星通信,获取卫星标准时间并据此更新主钟本地RTC时间,以便室内从钟自动的根据主钟本 地RTC时间更新从钟本地RTC时间,从而可实现对室内时钟的自动卫星授时,此外还可计算 时钟时间与卫星标准时间的时间偏差,通过温度检测模块检测环境温度,根据时差值以及 预置的晶体频率/温度函数关系对时钟系统时差进行补偿校正,最终大大提高室内时钟的 守时精度,使它们从现有的每个月几十秒的累计误差提高到每个月1秒钟;(2)通过为该室 内外主从钟卫星授时系统提供一套节能的电源管理方案及通信方式,可在满足及时进行卫 星授时的基础上,减小室外主钟和室内从钟在整个卫星授时过程中的功耗开销,降低信息 交互成本,利于室外主钟的室外长期布置;(3)通过为室外主钟配置太阳能电池板或风力发 电机等室外发电装置,可以给该室外主钟内的可充电电池进行充电,补充消耗的电能,即保 证室外主钟的长时间稳定工作,又可降低安装布置成本和维护成本。
[0050]如上所述,可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言,根据本发明的教 导,设计出不同形式的室内从钟、室内从钟的工作方法和室内外主从钟卫星授时系统并不 需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、 替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1. —种室内从钟,包括从钟本体(i i),其特征在于,所述从钟本体(1 D包括第二微处理 器、从钟本地时钟模块、第三电子开关、第三无线通信模块、第三无线通信天线、第二电池模 块和第二稳压电路模块; _ _ 所述第二微处理器分别通信连接所述从钟本地时钟模块、所述第三电子开关的受控端 和所述第三无线通信模块,所述第三无线通信模块还通信连接所述第三无线通信天线; 所述第二电池模块电连接所述第二稳压电路模块,所述第二稳压电路模块的供电输出 端分别电连接所述第二微处理器的供电输入端和所述第三电子开关的一端,所述第三电子 开关的另一端电连接所述第三无线通信模块的供电输入端。
2. 如权利要求1所述的一种室内从钟,其特征在于,在所述从钟本地时钟模块采用石英 晶体时,所述从钟本体(11)还包括通信连接所述第二微处理器的第二温度传感器。
3. 如权利要求1所述的一种室内从钟,其特征在于,所述从钟本体(11)还包括通信连接 所述第二微处理器的第二欠压检测模块,所述第二欠压检测模块的电压检测端电连接所述 第二电池模块的供电输出端。
4. 如权利要求1或3所述的一种室内从钟,其特征在于,所述从钟本体(11)还包括通信 连接所述第二微处理器的马达机芯模块,所述马达机芯模块的供电输入端电连接所述第二 稳压电路模块的供电输出端。
5. 如权利要求1所述的一种室内从钟,其特征在于,所述从钟本体(11)还包括通信连接 所述第二微处理器的第二看门狗模块。
6. —种如权利要求1〜5任意一项所述的室内从钟的工作方法,其特征在于,包括: (1)处于待校准状态的从钟本体在广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤更新从钟 本地RTC时间: S1101 •通过控制第三电子开关的导通,启动第三无线通信模块及第三无线通信天线; Sll〇2•根据从钟本地RTC时间,以单位时间to为周期,使第三无线通信模块及第三无线 通信天线进行时长为第二侦听时长MT2的无线信号侦听,若在所述第二侦听时长MT2内接收 到广播授时前导码,则执行步骤S1103,否则在侦听结束后,使第三无线通信模块及第三无 线通信天线进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,MT2<0.1 to; SI 103 •在侦听结束后,使无线通信模块及无线通信天线进入无线通信休眠状态,直到 经过第一延迟时长DT1后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通信接收状 态,若成功接收到包含主钟本地RTC时间的广播授时消息,则执行步骤S1104,否则在经过第 二延迟时^长DT2后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线再次进入无线通信休眠状态, 直到进行下一次侦听,其中,DTl+MT2<to,DTl+DT2+MT2>2t〇; S1104•根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,同时将待校准状态更改为己校准 状态,并通过控制第三电子开关的截止,关闭第三无线通信模块及第三无线通信天线; Sll〇5.在预设的广播授时时间窗口完结时,通过控制第三电子开关的截止,关闭第三 无线通信模块及第三无线通信天线; 和/或,(2)处于待校准状态的从钟本体在请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤更 新从钟本地RTC时间: Sl2〇l •通过控制第三电子开关的导通,启动第三无线通信模块及第三无线通信天线; Sl2〇2 •根据从钟本地RTC时间,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通 信发送状态,并在第四发送时长TT4内持续发送授时请求前导码,其中,t〇<TT4<1.5to; Sl2〇3 •使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无线通信休眠状态; 51204 •在经过第三延迟时长DT3后,使第三无线通信模块及第三无线通信天线进入无 线信号接收状态,若成功接收到包含主钟本地RTC时间的授时响应消息,则执行步骤S1205, 否则在经过第四延迟时长DT4后,返回执行步骤S1202,其中,DT3+TT4< 2to,DT3+DT4+H4 > 3to; 51205 •根据主钟本地RTC时间更新从钟本地RTC时间,同时将待校准状态更改为已校准 状态,并通过控制第三电子开关的截止,关闭第三无线通信模块及第三无线通信天线; 51206 •在预设的请求授时时间窗口完结时,通过控制第三电子开关的截止,关闭第三 无线通信模块及第三无线通信天线。
7.如权利要求6所述的一种室内从钟的工作方法,其特征在于,在从钟本地时钟模块采 用石英晶体时,还包括如下步骤: S1301 •第二温度传感器定期地将获取的即时温度值传送至第二微处理器; Sl3〇2.第二微处理器根据所述即时温度值及石英晶体的频率/温度特性,累加计算自 前一次更新从钟本地RTC时间以来因温度环境而造成的时间偏差值,并在所述时间偏差值 超过最大时间偏差容忍阈值时,设置从钟本体处于待校准状态。
8. 如权利要求6所述的一种室内从钟的工作方法,其特征在于,在从钟本体包括第二欠 压检测模块和马达机芯模块时,还包括如下步骤: S1401.第二欠压检测模块在检测出第二电池模块的供电输出电压低于第二工作电压 阈值时,生成第二欠压警报指示信息,并将所述第二欠压警报指示信息传送至第二微处理 器; S1402•第二微处理器通过控制第三电子开关的截止,持续关闭第三无线通信模块及第 三无线通信天线,同时通过控制马达机芯模块,使秒针持续停摆,以便指示从钟本体处于欠 电状态,直到收到来自第二欠压检测模块的第二电压恢复指示信息,所述第二电压恢复指 示信息由第二欠压检测模块在发现第二电池模块的供电输出电压恢复至第二工作电压阈 值及以上时产生。
9. 如权利要求6所述的一种室内从钟的工作方法,其特征在于,从钟本体在上电初始化 后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具有无限时长的广播授时时间窗口或授时 请求时间窗口。
10. —种室内外主从钟卫星授时系统,其特征在于,包括室外主钟(1)和若干个如权利 要求1〜5任意一项所述的室内从钟; 所述室外主钟(1)包括第一微处理器、主钟本地时钟模块、第一电子开关、卫星通信模 块、卫星通信天线、第二电子开关、第二无线通信模块、第二无线通信天线、第一电池模块和 第一稳压电路模块; 所述第一微处理器分别通信连接所述主钟本地时钟模块、所述第一电子开关的受控 端、所述卫星通信模块、所述第二电子开关的受控端和所述第二无线通信模块,所述卫星通 信模块还通信连接所述卫星通信天线,所述第二无线通信模块还通信连接所述第二无线通 信天线; 所述第一电池模块电连接所述第一稳压电路模块,所述第一稳压电路模块的供电输出 端分别电连接所述第一微处理器的供电输入端、所述第一电子开关的一端和所述第二电子 开关的一端,所述第一电子开关的另一端电连接所述卫星通信模块的供电输入端,所述第 二电子开关的另一端电连接所述第二无线通信模块的供电输入端; 所述第二无线通信模块和在所述室内从钟中的第三无线通信模块同为相同类型的无 线通信模块。
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