CN112737507B - 一种基于温度传感器实现rtc高精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法，具体步骤如下：将目标设备与GPS模块连接起来，放入恒温箱中；使目标设备RTC与GPS时钟信号同步输出；标定RTC的时钟误差，计算目标设备的RTC晶振在恒温箱的恒温下的PPM值；确定目标设备的RTC时钟晶振的类型；确定RTC时钟晶振的相关参数和频率温度曲线，利用公式计算出晶体的频率变化；采集环境温度，将环境温度传送给目标设备，当环境温度变化超过2℃时，目标设备中的自校准程序会重新计算目标设备的RTC的PPM值；通过PPM误差值与RTC校准功能的对应关系，计算新的校准值；使用最新的校准值校准RTC时钟晶振。本发明具有可以根据温度自适应实现晶振的温度补偿，降低功耗，提高设备时钟的精度。

Description

一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法
技术领域
本发明涉及终端设备的RTC时钟实现自校准及时间同步的技术领域，尤其是涉及一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法。
背景技术
RTC是实时时钟的缩写，实时时钟芯片是日常生活中应用最为广泛的消费类电子产品之一。它为人们提供精确的实时时间，或者为电子系统提供精确的时间基准，目前实时时钟芯片大多采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源。
对于一个实时时钟而言，晶体振荡频率的稳定性好坏直接影响到实时时钟走时的准确性。用于描述一个晶体频率特性的参数主要有频率容限、频率温度特性和频率电压特性，它们描述晶体振荡频率随外界因素影响而发生的变化，用ppm和ppm/V表示。晶振频率一般以MHz（10的6次方）为单位，所以，标称频率10MHz的晶振，频率偏差10Hz就刚好是1ppm。
现在，很多设备需要长时间运行，并且对设备RTC时间有要求，不能有太大的时间误差，大多数的设备都是通过网络授时或者GPS授时，来实现时钟的同步以及校准设备当前的时间。但基于设备功耗、成本或安装的地理环境的考虑，有的设备没有网络模块以及GPS模块，设备在长时间没有得到时钟同步后，设备时间与实际时间会有很大的偏差。实时时钟芯片的时间误差主要来源于时钟芯片中晶振的频率误差，而晶振的频率误差主要是由于温度变化引起的，把温度对晶振谐振频率所产生的误差进行有效的补偿，是提高时钟精度的关键。因此，为了校准这种情况下的时间误差，可以使用本申请中的方法，实现设备可根据温度自适应实现晶振的温度补偿，降低功耗，提高设备时钟的精度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法，其可以根据温度自适应实现晶振的温度补偿，降低功耗，提高设备时钟的精度。
本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：
一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法，其特征在于可实时进行RTC时钟精度的调整，具体步骤如下：
步骤1，目标设备RTC误差标定，具体为：
1）将目标设备与GPS模块连接起来，放入恒温箱中；
2）使目标设备RTC与GPS时钟信号同步输出；
3）观察记录RTC时钟信号与GPS时钟信号的误差，标定RTC的时钟误差，计算目标设备的RTC晶振在恒温箱的恒温下的PPM值；
步骤2，目标设备RTC晶振的温度补偿程序参数获取，具体为：
1）确定目标设备的RTC时钟晶振的类型；
2）确定RTC时钟晶振的相关参数和频率温度曲线，计算出晶体的频率变化公式；
步骤3，目标设备RTC晶振的温度补偿过程，具体为：
1）采集环境温度，将环境温度传送给目标设备，当环境温度变化超过2℃时，目标设备中的自校准程序会重新计算目标设备的RTC的PPM值；
2）通过PPM误差值与RTC校准功能的对应关系，计算新的校准值；
3）使用最新的校准值校准RTC时钟晶振。
进一步具体优化，步骤1中使目标设备RTC与GPS时钟信号同步输出的具体操作为：使用GPS秒脉冲信号作为设备外部中断的触发源，触发目标设备的RTC的秒输出，确保RTC与GPS同步输出秒脉冲。
进一步具体优化，步骤1中观察记录RTC时钟信号与GPS时钟信号的误差时利用示波器进行观察。
进一步具体优化，步骤3中使用温度传感器采集环境温度。
进一步具体优化，目标设备与温度传感器通过I2C进行通信，温度传感器将环境温度的数据通过I2C发送给目标设备。
进一步具体优化，步骤3中PPM误差值与RTC校准功能的对应关系为RTC_CALR=ACC/0.954，RTC_CALR是RTC的校准寄存器。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明公开了一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法，使用GPS模块与目标设备连接进行RTC的误差标定，能够降低设备功耗，延长设备运行时间；通过温度传感器进行温度感应和传导，当温度误差超过一定范围时，目标设备的自校准程序计算的PPM值重新进行校正，使得RTC能够根据温度自适应实现晶振温度补偿。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法，该方法的具体实施步骤如下：
首先，进行目标设备RTC的误差标定，将目标设备与GPS模块电性连接，将目标设备与GPS模块同时放入恒温箱中，恒温箱的温度设置为25℃。使用GPS模块的GPS秒脉冲信号来触发外部设备的中断，触发目标设备的RTC时钟秒输出，使得目标设备RTC时钟与GPS时钟信号能够同步输出。当RTC时钟信号与GPS时钟信号同步输出一段时间后，由于RTC本身的影响因素作用，使得RTC时钟信号与GPS时钟信号开始出现误差，使用示波器观察目标设备RTC的时钟信号与GPS时钟信号的误差，每隔十分钟记录一次示波器上的数据，连续记录一小时。
PPM是PartPerMillion的缩写，其意指百万分之一的频率跳动值，用实际的频率减去目的频率再除以目的频率，且将小数点向前移动6位数，即正确的PPM值，PPM是个相对偏差，1PPM表示百万分之一，晶振频率一般以MHz（10的6次方）为单位，所以，标称频率10MHz的晶振，频率偏差10Hz刚好就是1PPM。根据一小时内记录6次的误差，来标定RTC的时钟误差，计算出目标设备的RTC晶振在25℃恒温情况下的PPM值。
选定目标设备RTC时钟晶振类型，确定目标设备RTC时钟晶振的各类相关参数以及频率温度曲线，依据晶体的频率温度变化公式：△acc=K*(T-T0)2计算出不同环境温度下RTC晶振的频率，其中T0=25℃，T是环境温度，K与晶振的类型有关可查阅得知。
将温度传感器通过I2C总线与目标设备相连，通过温度传感器采集环境温度，I2C总线将环境温度发送给目标设备。当环境温度变化超过2℃是，目标设备中的自校准程序会重新计算RTC的PPM值，目标设备中的自校准程序的公式为：acc=accl+ △acc，其中accl是25℃时RTC时钟晶振的PPM值，acc为校准后的RTC时钟晶振的PPM值。
通过PPM误差值与RTC校功能的对应关系，计算出新的校准值RTC_CALR=acc/0.954。（RTC_CALR为目标设备RTC的寄存器，可以实时读写，用于校准RTC晶振的误差），最后使用最近的校准值校准RTC时钟晶振，可以降低设备成本，节省网络模块或者GPS模块，根据温度自适应实现晶振的温度补偿，降低设备功耗，提高设备时钟精度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种基于温度传感器实现RTC高精度的方法，其特征在于可实时进行RTC时钟精度的调整，具体步骤如下：
步骤1，目标设备RTC误差标定，具体为：
将目标设备与GPS模块连接起来，放入恒温箱中；
使目标设备RTC与GPS时钟信号同步输出；
观察记录RTC时钟信号与GPS时钟信号的误差，标定RTC的时钟误差，计算目标设备的RTC晶振在恒温箱的恒温下的PPM值；
步骤2，目标设备RTC晶振的温度补偿程序参数获取，具体为：
确定目标设备的RTC时钟晶振的类型；
确定RTC时钟晶振的相关参数和频率温度曲线，计算出晶体的频率变化公式；
步骤3，目标设备RTC晶振的温度补偿过程，具体为：
采集环境温度，将环境温度传送给目标设备，当环境温度变化超过2℃时，目标设备中的自校准程序会重新计算目标设备的RTC的PPM值；
通过PPM误差值与RTC校准功能的对应关系，计算新的校准值；
使用最新的校准值校准RTC时钟晶振；
步骤1中使目标设备RTC与GPS时钟信号同步输出的具体操作为：使用GPS秒脉冲信号作为设备外部中断的触发源，触发目标设备的RTC的秒输出，确保RTC与GPS同步输出秒脉冲；
步骤1中观察记录RTC时钟信号与GPS时钟信号的误差时利用示波器进行观察；
步骤3中使用温度传感器采集环境温度；
目标设备与温度传感器通过I2C进行通信，温度传感器将环境温度的数据通过I2C发送给目标设备；
步骤3中PPM误差值与RTC校准功能的对应关系为RTC_CALR=ACC/0.954，所述RTC_CALR是RTC的校准寄存器。
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