CN108737005B - 面向数字化校园的多功能电子时钟系统 - Google Patents

Abstract

一种面向数字化校园的多功能电子时钟系统，RTC时钟源，用于向授时服务器提供时间基准，时间基准为所属时区的国际标准时间；系统管理端与授时服务器相连，用于显示系统工作状态及对时间控制操作参量的设置；授时服务器下位级联有M个用总线型拓扑结构横向扩展的主控制器，1≤M≤254，主控制器与计时终端相连；计时终端，放置在工作区，用于显示时间、日期、星期；供电模块，用于对RTC时钟源、授时服务器、主控制器提供电源。本发明具有计时精准、扩展性好、管理操作灵活便捷、节能环保、维护成本低的优点。

Description

面向数字化校园的多功能电子时钟系统

技术领域

本发明属于测时系统技术领域，具体涉及到一种面向数字化校园的多功能电子时钟系统。

背景技术

学校开展课程讲授、实践操作和各种考试测试等日常教学活动的场所通常集中在教学楼和实验楼，老师和学生在教学楼中的各个教室和实验楼中的各个实验室进行教学实践和考试测试都需要按照课表或者考试安排规定的开始时间和结束时间准时到场和离场，老师和学生在上课和考试等教学活动进行过程中需要随时方便地获知准确的时间信息以便于合理安排时间完成教学任务。因此，为保证上下课和考试测试等教学活动的顺利进行，学校需要在各个教室和实验室等教学场所内放置公共的时钟设备为师生开展教学活动提供准确的时间信息。

目前，学校在教学场所内为师生提供时间信息采用的传统做法是在各个教室和实验室内分别挂放独立的钟表，由于各个钟表是独立计时的并且自身不可避免的存在计时误差，工作一段时间以后各个钟表之间势必会积累产生较为明显的时间差；同时这些钟表通常采用内置蓄电池供电，工作一段时间之后需要更换老旧的蓄电池。为了避免因各个时钟的计时误差积累和内置蓄电池的电量耗尽影响日常教学活动的准时开展，学校通常每隔一段时间需要安排专门的维护人员对安装在不同位置的多个时钟逐个进行人工调时校准、更换电池等维护操作，这样分散、孤立的时钟配置方式不仅会使人工和耗材等运维开销随着校园内时钟数量的增长而不断增加，并且会产生长期的、大量的蓄电池消耗，被更换下来的大批报废蓄电池一旦处置不当又会造成环境污染，这些弊端正是目前学校在提供公共时间信息服务过程中长期存在并尚待解决的现实问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种计时精准、扩展性好、管理操作灵活便捷、节能环保、维护成本低的面向数字化校园的多功能电子时钟系统。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种面向数字化校园的多功能电子时钟系统，包括：RTC时钟源，用于向授时服务器提供时间基准，时间基准为所属时区的国际标准时间；系统管理端与授时服务器相连，用于显示系统工作状态及对时间控制操作参量的设置；授时服务器下位级联有M个用总线型拓扑结构横向扩展的主控制器，1≤M≤254，用于根据系统管理端发来的时间控制操作参量，选择时钟源并产生相应的时控信令下发给主控制器，以及将主控制器上报的系统状态信息处理后生成相应的工作状态参量发送给系统管理端；主控制器与计时终端相连，用于接收授时服务器下发的时控信令，并根据时控信令指示对计时终端进行时间校准、调整和定时的操作；计时终端，放置在工作区，用于显示时间、日期、星期；供电模块，用于对RTC时钟源、授时服务器、主控制器提供电源。

作为一种优选的技术方案，所述的主控制器上还连接有N个用总线型拓扑结构横向扩展的从扩展器，1≤N≤254，从扩展器上连接有计时终端。

作为一种优选的技术方案，所述的主控制器为：识别码产生单元的输出端接微控制器，存储单元与微控制器相连，可编程逻辑电路与微控制器和数字多路器相连，数字多路器的业务口连接有计时终端，微控制器的上行口与授时服务器相连、下行口与从扩展器相连。

作为一种优选的技术方案，所述的计时终端为：电源和控制接口单元一端与主控制器或从扩展器相连、另一端与计时终端控制单元相连，时控执行单元一端与计时终端控制单元相连、另一端与时间显示单元相连，电源转换单元的输入端与电源和控制接口单元相连、输出端与时控执行单元和显示单元相连。

作为一种优选的技术方案，所述的授时服务器对主控制器、从扩展器和计时终端应用24bit三段式编址的寻址方法进行控制，所述的24bit分为三个字节，从低位到高位第0bit～第7bit是第一个字节代表主控制器地址、第8bit～第15bit是第二个字节代表该主控制器下级联的从扩展器地址、第16bit～第23bit是第三个字节代表该级联的从扩展器下连接的计时终端地址，第二个字节为全0时，则第三个字节代表主控制器下连接的计时终端地址，三个字节中某字节全为0代表其上位机地址、全为1代表本段的广播地址。

本发明的有益效果如下：

1、本发明将主控制器、从扩展器和计时终端三种设备级联形成不同连接方式，能够满足校园内在不同数量、不同地点的教室、实验室等教学活动场所内为人们统一提供公共时间信息的需求，采用“主控制器+计时终端”两级的系统架构可满足中小规模的教学活动场所内提供公共时间信息的需求，采用“主控制器+从扩展器+计时终端”三级的系统架构可满足中大规模的教学活动场所内提供公共时间信息的需求。

2、本发明的可控制性好，管理操作灵活便捷，本发明根据特有的主控制器、从扩展器和计时终端架构，采用了独有的24bit三段式地址，实现了对主控制器、从扩展器和计时终端等三种设备的统一编址，使授时服务器准确便捷的对主控制器、从扩展器和计时终端三种不同设备进行点对点式分散单一控制操作、点对多点式部分统一控制操作和广播式全体统一控制操作；对比现有同类的可应用于校园的电子时钟同步系统和计时监控系统，本发明对系统运行管理的控制模式更加灵活便捷。

3、本发明运行维护成本低、节能环保。本发明中的系统管理端、授时服务器、主控制器、从扩展器和计时终端之间的通信信息通过网络传输，用户可以操作系统管理端实现对在校园内不同地点放置的主控制器、从扩展器和计时终端进行远程管理操作，对整个系统中各个计时终端进行时间校准和调整不再需要人工方式逐一本地操作，同时计时终端通过上位级联的主控制器或从扩展器业务口所连导线供电，各个计时终端不需要内置蓄电池供电，避免了大量计时终端更换蓄电池的开销以及更换下来的老旧蓄电池报废处理存在的环保隐患。

4、本发明除了能正常计时之外还能够满足定时、倒计时等人性化和个性化的特殊计时需求。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例3的结构示意图

图3是主控制器的结构示意图。

图4是计时终端的结构示意图。

图5是24bit三段式编址的地址格式图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。

实施例1

在图1中，本实施例的面向数字化校园的多功能电子时钟系统由RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器、计时终端、供电模块连接构成。

RTC时钟源与授时服务器相连，用于向授时服务器提供时间基准，时间基准为所属时区的国际标准时间；系统管理端与授时服务器相连，系统管理端为显示系统工作状态及对时间控制操作参量设置的人机界面；授时服务器根据系统管理端发来的时间控制操作参量，选择时钟源并产生相应的时控信令下发给主控制器，以及将主控制器上报的系统状态信息处理后生成相应的工作状态参量发送给系统管理端；授时服务器通过RS485串口向下级联有M＝60个用总线型拓扑结构横向扩展的主控制器，主控制器上设置有上行接口、下行接口、128个业务口，主控制器的上行接口与授时服务器相连、业务口上连接有计时终端，计时终端具有自计时功能，放置在工作区，用于显示时间、日期、星期等信息，供电模块由电源转换器构成，220V交流电通过电源转换器向RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器提供电源。

实施例2

在本实施例中，面向数字化校园的多功能电子时钟系统由RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器、计时终端、供电模块连接构成，RTC时钟源与授时服务器相连，系统管理端与授时服务器相连，授时服务器通过RS485串口向下级联有M＝254个用总线型拓扑结构横向扩展的主控制器，主控制器上设置有上行接口、下行接口、254个业务口，主控制器的上行接口与授时服务器相连、业务口上连接有计时终端，供电模块由电源转换器构成，220V交流电通过电源转换器向RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器提供电源。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例3

在图2中，本实施例的面向数字化校园的多功能电子时钟系统由RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器、从扩展器、计时终端、供电模块连接构成。

RTC时钟源与授时服务器相连，用于向授时服务器提供时间基准，时间基准为所属时区的国际标准时间；系统管理端与授时服务器相连，系统管理端为显示系统工作状态及对时间控制操作参量设置的人机界面；授时服务器根据系统管理端发来的时间控制操作参量，选择时钟源并产生相应的时控信令下发给主控制器，以及将主控制器上报的系统状态信息处理后生成相应的工作状态参量发送给系统管理端；授时服务器通过RS485串口向下级联有M＝60个用总线型拓扑结构横向扩展的主控制器，主控制器上设置有上行接口、下行接口、128个业务口，主控制器的上行接口与授时服务器相连、下行接口通过RS485串口向下级联有N＝60 个用总线型拓扑结构横向扩展的从扩展器、业务口上连接有计时终端，计时终端具有自计时功能，放置在工作区，用于显示时间、日期、星期等信息，从扩展器的结构与主控制器的结构相同，从扩展器的业务口上连接有计时终端，供电模块由电源转换器构成，220V交流电通过电源转换器向RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器、从扩展器提供电源。

实施例4

在本实施例中，面向数字化校园的多功能电子时钟系统由RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器、计时终端、从扩展器、供电模块连接构成，RTC 时钟源与授时服务器相连，系统管理端与授时服务器相连，授时服务器通过RS485 串口向下级联有M＝254个用总线型拓扑结构横向扩展的主控制器，主控制器上设置有上行接口、下行接口、254个业务口，主控制器的上行接口与授时服务器相连、下行接口通过RS485串口向下级联有N＝254个用总线型拓扑结构横向扩展的从扩展器、业务口上连接有计时终端，计时终端具有自计时功能，放置在工作区，用于显示时间、日期、星期等信息，从扩展器的结构与主控制器的结构相同，从扩展器的业务口上连接有计时终端，供电模块由电源转换器构成，220V交流电通过电源转换器向RTC时钟源、系统管理端、授时服务器、主控制器、从扩展器提供电源。其他零部件及零部件的连接关系与实施例3相同。

在上述实施例1～4中，如图3，主控制器由微控制器、存储单元、识别码产生单元、可编辑逻辑电路、数字多路器、电源转换单元连接构成。识别码产生单元的输出端接微控制器，存储单元与微控制器相连，可编程逻辑电路与微控制器和数字多路器相连，数字多路器的业务口连接计时终端，微控制器的上行口与授时服务器相连、下行口与从扩展器相连。24bit三段式地址配置在存储单元中，识别码产生单元产生主控制器的识别码输入到微控制器，微控制器读取该地址并解码，上传授时服务器进行注册，可编程逻辑电路对上行口、下行口、业务口的数据进行管理，电源转换单元将220V的交流电转换成微控制器、存储单元、识别码产生单元、可编辑逻辑电路、数字多路器所需的直流电并为其提供电源。

在上述实施例1～3中，如图4，计时终端由电源和控制接口单元、电源转换单元、计时终端控制单元、时控执行单元、时间显示单元连接构成。

电源和控制接口单元一端与主控制器或从扩展器的业务口相连、另一端与计时终端控制单元相连，时控执行单元一端与计时终端控制单元相连、另一端与时间显示单元相连，电源转换单元的输入端与电源和控制接口单元相连、输出端与计时终端控制单元、时控执行单元和时间显示单元相连。

电源和控制接口单元从主控制器或从扩展器的业务口获取电源和时控信令并输出到计时终端控制单元，计时终端控制单元对收到的时控信令进行解析，并对时控执行单元发送调整时间的指令，同时计时终端控制单元接受来自时控执行单元的反馈信号，从而得知时控操作结果和工作状态，然后将此反馈的状态信息通过电源和控制接口单元上报给主控制器或从扩展器；时控执行单元在计时终端控制单元没有收到时控信令的时间段内以自计时方式工作，驱动显示单元显示时间信息；当上位主控制器或从扩展器通过业务口给计时终端控制单元发来时控信令之后，由计时终端控制单元对信令进行处置，输出控制指令到时控执行单元，再由时控执行单元完成校准、调时、定时等控制操作，并驱动时间显示单元更新显示；时间显示单元可以是数字式或指针式的，用于实时显示当前日期、时间、星期等时间信息。

本发明对主控制器、从扩展器和计时终端三种时控设备地址统一采用24bit 三段式编址，地址格式如图5所示，24bit分为三个字节，从低位到高位第0bit～第7bit是第一个字节代表主控制器地址、第8bit～第15bit是第二个字节代表该主控制器下级联的从扩展器地址、第16bit～第23bit是第三个字节代表该级联的从扩展器下连接的计时终端地址，第二个字节为全0时，则第三个字节代表主控制器下连接的计时终端地址，三个字节中某字节全为0代表其上位机地址，全为1 代表本段的广播地址。

本发明采用24bit三段式编址使授时服务器可以准确的对系统中主控制器、从扩展器和计时终端实现点对点式分散单一控制、多点式部分统一控制以及广播式全体统一控制，具有计时精准、扩展性好、管理操作灵活便捷的优点。

本发明将主控制器、从扩展器和计时终端三种设备级联形成不同连接方式，能够满足校园内在不同数量、不同地点的教室、实验室等教学活动场所内为人们统一提供公共时间信息的需求，本发明采用了24bit三段式地址，实现了对主控制器、从扩展器和计时终端三种设备的统一编址，授时服务器可以准确便捷的实现对主控制器、从扩展器和计时终端三种不同设备进行点对点式分散单一控制操作、点对多点式部分统一控制操作和广播式全体统一控制操作，具有系统管理操作灵活便捷，通过在系统管理端对时间控制操作参量的设置，除了正常计时之外还能够满足定时、倒计时等人性化和个性化的特殊计时需求。

本发明中的系统管理端、授时服务器、主控制器、从扩展器和计时终端之间的通信信息通过网络传输，用户可以操作系统管理端实现对在校园内不同地点放置的主控制器、从扩展器和计时终端进行远程管理操作，对整个系统中各个计时终端进行时间校准和调整不再需要人工方式逐一本地操作，同时计时终端通过上位级联的主控制器或从扩展器业务口所连导线供电，各个计时终端不需要内置蓄电池供电，避免了大量计时终端更换蓄电池的开销以及更换下来的老旧蓄电池报废处理存在的环保隐患。

Claims (1)

1.一种面向数字化校园的多功能电子时钟系统，包括：RTC时钟源，用于向授时服务器提供时间基准，时间基准为所属时区的国际标准时间；系统管理端与授时服务器相连，用于显示系统工作状态及对时间控制操作参量的设置；授时服务器下位级联有M个用总线型拓扑结构横向扩展的主控制器，1≤ M≤254，用于根据系统管理端发来的时间控制操作参量，选择时钟源并产生相应的时控信令下发给主控制器，以及将主控制器上报的系统状态信息处理后生成相应的工作状态参量发送给系统管理端；主控制器与计时终端相连，用于接收授时服务器下发的时控信令，并根据时控信令指示对计时终端进行时间校准、调整和定时的操作；计时终端，放置在工作区，用于显示时间、日期、星期；供电模块，用于对RTC时钟源、授时服务器、主控制器提供电源；

其特征在于：还包括主控制器上还连接有N个用总线型拓扑结构横向扩展的从扩展器，1≤ N≤254，从扩展器上连接有计时终端；

所述的主控制器为：识别码产生单元的输出端接微控制器，存储单元与微控制器相连，可编程逻辑电路与微控制器和数字多路器相连，数字多路器的业务口连接有计时终端，微控制器的上行口与授时服务器相连、下行口与从扩展器相连；

所述的计时终端为：电源和控制接口单元一端与主控制器或从扩展器相连、另一端与计时终端控制单元相连，时控执行单元一端与计时终端控制单元相连、另一端与时间显示单元相连，电源转换单元的输入端与电源和控制接口单元相连、输出端与时控执行单元和显示单元相连；

所述的授时服务器对主控制器、从扩展器和计时终端应用24bit三段式编址的寻址方法进行控制；所述的24bit分为三个字节，从低位到高位第0bit～第7bit是第一个字节代表主控制器地址、第8bit～第15bit是第二个字节代表该主控制器下级联的从扩展器地址、第16bit～第23bit是第三个字节代表该级联的从扩展器下连接的计时终端地址，第二个字节为全0、第三个字节代表主控制器下连接的计时终端地址，三个字节中除第二个字节以外的任意一个字节为0、代表该字节上位机地址，三个字节全为1、代表本段的广播地址。

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