CN117411361A - 一种基于mcu芯片控制的计时码表机芯 - Google Patents

Abstract

本发明属于计时仪器技术领域，具体公开了一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，包括机芯架，机芯架上集成有第一归零结构、第二归零结构、指示面板、中心处理器、编码器、反射式光电传感器、第一电机、第二电机和电机驱动电路，中心处理器分别与编码器、反射式光电传感器和电机驱动电路连接，电机驱动电路与第一电机和第二电机连接。本发明通过MCU芯片和电机驱动电路控制相应电机进行转动，进而带动第一归零结构的丝杠及第二归零结构的共轴反转轴芯转动，就可以简单、高效地实现计时码表功能，无需凸轮归零装置的复杂结构和精密零部件，整体制作成本低，生成组装难度小，可以有效提升用户体验。

Description

一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯

技术领域

本发明属于计时仪器技术领域，具体涉及一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯。

背景技术

传统的机械计时码表由发条、齿轮传动系统、擒纵调速器、指针、凸轮等结构组成，动力发条提供动力源，擒纵调速器用来调节传动系统的转速，齿轮是匀速且单方向转动，如果要实现计时码表功能，需要设置凸轮归零装置，归零装置由凸轮以及齿轮组组成。现有的凸轮归零装置结构复杂、零部件精密度要求苛刻、组装难度大、制作成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，用以解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，包括机芯架，所述机芯架上集成有第一归零结构、第二归零结构、指示面板、中心处理器、编码器、反射式光电传感器、第一电机、第二电机和电机驱动电路，所述第一归零结构包括丝杠、指针滑块和归零触点，所述指示面板上设有刻度线和第一计时数字，所述丝杠与指示面板平行设置，所述指针滑块套设在丝杠上与丝杠螺纹连接，用于相对丝杠移动，并指向指示面板上的刻度线，所述丝杠的一端设有与中心处理器连接的归零触点，所述归零触点用于在被指针滑块触碰时向中心处理器发送反馈信号，所述丝杠由第一电机驱动旋转，所述第二归零结构包括外套筒、外套筒挡光端盖、共轴反转轴芯、内滚轮和内滚轮挡光片，所述共轴反转轴芯设于外套筒内，由第二电机驱动旋转，所述外套筒挡光端盖和内滚轮挡光片安装在共轴反转轴芯上，外套筒挡光端盖和内滚轮挡光片由共轴反转轴芯驱动进行反向转动，所述内滚轮与内滚轮挡光片连接，在内滚轮上设有第二计时数字，所述外套筒上设有用于显露第二计时数字的展示窗口，所述外套筒挡光端盖上设有第一通光口，所述内滚轮挡光片上设有第二通光口，所述第一通光口和第二通光口用于穿过反射式光电传感器的光信号，所述中心处理器分别与编码器、反射式光电传感器和电机驱动电路连接，所述电机驱动电路与第一电机和第二电机连接，所述编码器用于向中心处理器发送调整信号，所述反射式光电传感器用于根据光信号生成归零信号，并将归零信号发送至中心处理器，所述中心处理器用于根据调整信号及归零信号生成相应的电机控制信号，并将电机控制信号传输至电机驱动电路，所述电机驱动电路用于根据电机控制信号控制第一电机和第二电机的工作状态。

在一个可能的设计中，所述计时码表机芯还包括电源模块和充电电路，所述电源模块用于提供电源，所述电源模块包括可充电锂电池和低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器的输入端连接可充电锂电池，输出端输出电源，用于将可充电锂电池的输出电源降压后进行供电，所述充电电路包括充电芯片，所述充电芯片的充电输入端连接充电接口，充电输出端连接可充电锂电池，状态输出端连接中心处理器，用于从充电接口接入外部电源为可充电锂电池充电，并监测可充电锂电池的充电状态，生成充电状态信号，将充电状态信号传输至中心处理器。

在一个可能的设计中，所述计时码表机芯还包括锂电池保护电路，所述锂电池保护电路连接在可充电锂电池的供电输出端，用于监测可充电锂电池的工作状态，并在监测到可充电锂电池状态异常时，断开可充电锂电池的输出供电。

在一个可能的设计中，所述计时码表机芯还包括若干状态指示灯，所述状态指示灯与中心处理器电性连接，所述中心处理器还用于根据充电状态信号来控制相应状态指示灯的工作状态。

在一个可能的设计中，所述计时码表机芯还包括LED驱动电路和若干LED灯，所述LED驱动电路分别与中心处理器和各LED灯连接，用于接收中心处理器的灯控信号，并根据灯控信号控制各LED灯的工作状态。

在一个可能的设计中，所述计时码表机芯还包括传感器控制电路，所述传感器控制电路分别与中心处理器和反射式光电传感器电性连接，用于接收中心处理器的传感器控制信号，并根据传感器控制信号控制反射式光电传感器的工作状态。

在一个可能的设计中，所述传感器控制电路包括NPN三极管，所述NPN三极管的基极连接中心处理器，发射极接地，集电极连接反射式光电传感器。

在一个可能的设计中，所述反射式光电传感器采用红外光电反射式传感器。

在一个可能的设计中，所述电机驱动电路包括两个PT5139型电机驱动芯片，所述PT5139型电机驱动芯片的控制信号输入端连接中心处理器，驱动控制端连接第一电机或第二电机，所述第一电机及第二电机均采用步进电机。

在一个可能的设计中，所述中心处理器采用SC92L8535型MCU芯片。

有益效果：本发明通过MCU芯片和电机驱动电路控制相应电机进行转动，进而带动第一归零结构的丝杠及第二归零结构的共轴反转轴芯转动，就可以简单、高效地实现计时码表功能，无需凸轮归零装置的复杂结构和精密零部件，整体制作成本低，生成组装难度小，且计时显示的方式新颖独特，可以有效提升用户体验，适于推广使用。

附图说明

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。

图1为本发明实施例中计时码表机芯的结构示意图；

图2为本发明实施例中第二归零结构的示意图；

图3为本发明实施例中外套筒挡光端盖和内滚轮挡光片的第一状态示意图；

图4为本发明实施例中外套筒挡光端盖和内滚轮挡光片的第二状态示意图；

图5为本发明实施例中MCU芯片的示意图；

图6为本发明实施例中电源模块的部分电路示意图；

图7为本发明实施例中充电电路的示意图；

图8为本发明实施例中锂电池保护电路的示意图；

图9为本发明实施例中状态指示灯的示意图；

图10为本发明实施例中LED驱动电路和LED灯的示意图；

图11为本发明实施例中传感器控制电路的示意图；

图12为本发明实施例中电机驱动电路的示意图。

图中包括：机芯架1、指示面板2、丝杠3、指针滑块4、归零触点5、外套筒6、外套筒挡光端盖7、共轴反转轴芯8、内滚轮9、内滚轮挡光片10、第一通光口11、第二通光口12和步进电机13。

具体实施方式

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。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。

在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得实施例不清楚。

实施例：

本实施例提供了一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，如图1至图4所示，包括机芯架1，所述机芯架1上集成有第一归零结构、第二归零结构、指示面板2、中心处理器、编码器、反射式光电传感器、第一电机、第二电机和电机驱动电路，所述第一归零结构包括丝杠3、指针滑块4和归零触点5，所述指示面板上设有刻度线和第一计时数字，所述丝杠3与指示面板2平行设置，所述指针滑块4套设在丝杠3上与丝杠3螺纹连接，用于相对丝杠3移动，并指向指示面板2上的刻度线，所述丝杠3的一端设有与中心处理器连接的归零触点5，所述归零触点5用于在被指针滑块4触碰时向中心处理器发送反馈信号，所述丝杠3由第一电机驱动旋转，所述第二归零结构包括外套筒6、外套筒挡光端盖7、共轴反转轴芯8、内滚轮9和内滚轮挡光片10，所述共轴反转轴芯8设于外套筒6内，由第二电机驱动旋转，所述外套筒挡光端盖7和内滚轮挡光片10安装在共轴反转轴芯8上，外套筒挡光端盖7和内滚轮挡光片10由共轴反转轴芯8驱动进行反向转动，所述内滚轮9与内滚轮挡光片10连接，在内滚轮9上设有第二计时数字，所述外套筒6上设有用于显露第二计时数字的展示窗口，所述外套筒挡光端盖7上设有第一通光口11，所述内滚轮挡光片10上设有第二通光口12，所述第一通光口11和第二通光口12用于穿过反射式光电传感器的光信号，所述中心处理器分别与编码器、反射式光电传感器和电机驱动电路连接，所述电机驱动电路与第一电机和第二电机连接，所述编码器用于向中心处理器发送调整信号，所述反射式光电传感器用于根据光信号生成归零信号，并将归零信号发送至中心处理器，所述中心处理器用于根据调整信号及归零信号生成相应的电机控制信号，并将电机控制信号传输至电机驱动电路，所述电机驱动电路用于根据电机控制信号控制第一电机和第二电机的工作状态。

具体实施时，编码器与计时码表的功能键对接，用于感应功能键的动作，当用户对计时码表的功能键进行相应计时操作时，编码器感应生成相应的调整信号传输至中心处理器，以开启码表计时功能。在开启码表计时功能后，中心处理器将相应电机控制信号传输至电机驱动电路，电机驱动电路控制第一电机工作，第一电机可通过相应的齿轮组带动丝杠3转动，丝杠3上的指针滑块4向零点刻度线方向移动，当触碰到零点刻度线对应的归零触点5停下(计时秒针零点)，并产生反馈信号至中心处理器，中心处理器将相应电机控制信号传输至电机驱动电路，电机驱动电路控制第二电机工作，第二电机可通过相应的齿轮组带动共轴反转轴芯8转动，进而使安装在共轴反转轴芯8上的外套筒挡光端盖7和内滚轮挡光片10相互反向转动，中心处理器控制反射式光电传感器工作，发出相应的光信号，如图3所示，当光信号传到外套筒挡光端盖7或内滚轮挡光片10上被反射回反射式光电传感器时，反射式光电传感器接收反射光，不产生归零信号，而如图4所示，当外套筒挡光端盖7和内滚轮挡光片10转动至第一通光口11、第二通光口12和反射式光电传感器三点一线时，反射式光电传感器发出的光信号穿过第一通光口11和第二通光口12，无反射光，此时，反射式光电传感器产生归零信号，并将归零信号传输至中心处理器，且指针滑块4指向零点刻度线，外套筒6上的展示窗口内显露相应的第二计时数字(计时分钟零点)。然后，用户对计时码表的功能键再次进行相应操作，编码器感应生成相应信号传输至中心处理器，中心处理器将相应电机控制信号传输至电机驱动电路，电机驱动电路控制第一电机工作，第一电机可通过相应的齿轮组带动丝杠3转动，丝杠3上的指针滑块4向60秒刻度线方向移动，第一电机转动720度推动指针滑块4前进1个刻度，当指针滑块4指到60秒刻度线时，完成60秒计时，中心处理器控制第一电机反向转动，使指针滑块4返回到零点刻度线触碰归零触点5进行信号反馈，然后再控制第一电机正转使指针滑块4进行走时移动。与此同时，中心处理器将相应电机控制信号传输至电机驱动电路，电机驱动电路控制第二电机工作，第二电机可通过相应的齿轮组带动共轴反转轴芯8转动，进而使内滚轮9转动，在指针滑块4完成60秒走时后，内滚轮9上的第二计时数字1出现在展示窗口内，表征1分钟，第二电机每转动900度，展示窗口内就转动更替一个第二计时数字，第一电机与第二电机的同步走时控制实现计时，以此循环累计。当需要退出计时功能时，用户再次对计时码表的功能键进行相应操作，编码器生成相应信号传输至中心处理器，中心处理器再分别控制第一电机与第二电机的工作状态，使指针滑块4指向相应刻度线，展示窗口内显露相应数字，回到常态的时间模式。

进一步地，如图5所示，所述中心处理器可采用SC92L8535型MCU芯片U6，MCU芯片U6上连接晶体振荡器Y1，晶体振荡器Y1采用32.768KHZ频率晶体振荡器，用于为MCU芯片提供稳定的时钟信号。所述编码器采用E5A5-2.35S10-12B15-F200型编码器，所述反射式光电传感器采用红外光电反射式传感器，用于发出红外光信号。所述第一电机及第二电机均采用步进电机13。

进一步地，如图6和图7所示，所述机芯还包括电源模块和充电电路，所述电源模块包括可充电锂电池和HS7333型低压差线性稳压器U2，所述低压差线性稳压器U2的输入端连接可充电锂电池，输出端连接MCU芯片U6的9号引脚，用于将可充电锂电池的输出电源降压后(如降压为3V)供电给中心处理器U6，且低压差线性稳压器U2的输出端可连接分压电阻R8和R9来组成分压电路来检测可充电锂电池的电压，由MCU芯片U6的30号引脚来读取可充电锂电池的电压。所述充电电路包括LP4054型充电芯片U1，所述充电芯片U1的充电输入端连接充电接口，充电输出端连接可充电锂电池，状态输出端连接中心处理器U6的10号引脚，用于从充电接口接入外部电源(如5V电源)来为可充电锂电池充电，并监测可充电锂电池的充电状态，生成充电状态信号来传输至中心处理器U6，中心处理器U6根据充电状态信号判断可充电锂电池是正在充电还是充满电。如图8所示，所述机芯还包括锂电池保护电路，所述锂电池保护电路连接在可充电锂电池的供电输出端，采用XB5353A型电池保护芯片来监测可充电锂电池的工作状态，并在监测到可充电锂电池状态异常(如过充、过放、短路等)时，切断可充电锂电池的输出供电，对各电路器件进行保护。

进一步地，如图9至和10所示，所述机芯还包括LED驱动电路、若干LED灯以及若干状态指示灯，所述状态指示灯与中心处理器U6的高低电平输出端电性连接，中心处理器U6可根据充电状态信号来控制相应状态指示灯的工作状态，如根据充电状态信号判断可充电锂电池在充电时，控制红色LED指示灯点亮，根据充电状态信号判断可充电锂电池充满电时，控制绿色LED指示灯点亮。所述LED驱动电路包括NPN三极管Q2，三极管Q2的基极与中心处理器U6的连接，发射极接地，集电极与各LED灯连接，用于接收中心处理器U6的灯控制信号，并根据灯控制信号控制各LED灯的工作状态，进行电量指示、工作状态指示等。

进一步地，如图11所示，所述计时码表机芯还包括传感器控制电路，所述传感器控制电路分别与中心处理器和反射式光电传感器电性连接，用于接收中心处理器的传感器控制信号，并根据传感器控制信号控制反射式光电传感器的工作状态，所述传感器控制电路包括NPN三极管Q1，所述NPN三极管Q1的基极连接中心处理器，发射极接地，集电极连接反射式光电传感器，反射式光电传感器可通过连接端子与三极管Q1及中心处理器连接。

进一步地，如图12所示，所述电机驱动电路包括PT5139型电机驱动芯片U4和U5，所述PT5139型电机驱动芯片的控制信号输入端连接中心处理器U6，驱动控制端连接对应的步进电机，控制步进电机完成设定动作。通过设置两路电机驱动芯片来分别控制两个步进电机工作，进而分别驱动两组齿轮组转动来使丝杠3及共轴反转轴芯8转动，完成相应的计时功能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，包括机芯架，所述机芯架上集成有第一归零结构、第二归零结构、指示面板、中心处理器、编码器、反射式光电传感器、第一电机、第二电机和电机驱动电路，所述第一归零结构包括丝杠、指针滑块和归零触点，所述指示面板上设有刻度线和第一计时数字，所述丝杠与指示面板平行设置，所述指针滑块套设在丝杠上与丝杠螺纹连接，用于相对丝杠移动，并指向指示面板上的刻度线，所述丝杠的一端设有与中心处理器连接的归零触点，所述归零触点用于在被指针滑块触碰时向中心处理器发送反馈信号，所述丝杠由第一电机驱动旋转，所述第二归零结构包括外套筒、外套筒挡光端盖、共轴反转轴芯、内滚轮和内滚轮挡光片，所述共轴反转轴芯设于外套筒内，由第二电机驱动旋转，所述外套筒挡光端盖和内滚轮挡光片安装在共轴反转轴芯上，外套筒挡光端盖和内滚轮挡光片由共轴反转轴芯驱动进行反向转动，所述内滚轮与内滚轮挡光片连接，在内滚轮上设有第二计时数字，所述外套筒上设有用于显露第二计时数字的展示窗口，所述外套筒挡光端盖上设有第一通光口，所述内滚轮挡光片上设有第二通光口，所述第一通光口和第二通光口用于穿过反射式光电传感器的光信号，所述中心处理器分别与编码器、反射式光电传感器和电机驱动电路连接，所述电机驱动电路与第一电机和第二电机连接，所述编码器用于向中心处理器发送调整信号，所述反射式光电传感器用于根据光信号生成归零信号，并将归零信号发送至中心处理器，所述中心处理器用于根据调整信号及归零信号生成相应的电机控制信号，并将电机控制信号传输至电机驱动电路，所述电机驱动电路用于根据电机控制信号控制第一电机和第二电机的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述计时码表机芯还包括电源模块和充电电路，所述电源模块用于提供电源，所述电源模块包括可充电锂电池和低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器的输入端连接可充电锂电池，输出端输出电源，用于将可充电锂电池的输出电源降压后进行供电，所述充电电路包括充电芯片，所述充电芯片的充电输入端连接充电接口，充电输出端连接可充电锂电池，状态输出端连接中心处理器，用于从充电接口接入外部电源为可充电锂电池充电，并监测可充电锂电池的充电状态，生成充电状态信号，将充电状态信号传输至中心处理器。

3.根据权利要求2所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述计时码表机芯还包括锂电池保护电路，所述锂电池保护电路连接在可充电锂电池的供电输出端，用于监测可充电锂电池的工作状态，并在监测到可充电锂电池状态异常时，断开可充电锂电池的输出供电。

4.根据权利要求2所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述计时码表机芯还包括若干状态指示灯，所述状态指示灯与中心处理器电性连接，所述中心处理器还用于根据充电状态信号来控制相应状态指示灯的工作状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述计时码表机芯还包括LED驱动电路和若干LED灯，所述LED驱动电路分别与中心处理器和各LED灯连接，用于接收中心处理器的灯控信号，并根据灯控信号控制各LED灯的工作状态。

6.根据权利要求1所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述计时码表机芯还包括传感器控制电路，所述传感器控制电路分别与中心处理器和反射式光电传感器电性连接，用于接收中心处理器的传感器控制信号，并根据传感器控制信号控制反射式光电传感器的工作状态。

7.根据权利要求6所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述传感器控制电路包括NPN三极管，所述NPN三极管的基极连接中心处理器，发射极接地，集电极连接反射式光电传感器。

8.根据权利要求6所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述反射式光电传感器采用红外光电反射式传感器。

9.根据权利要求1所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述电机驱动电路包括两个PT5139型电机驱动芯片，所述PT5139型电机驱动芯片的控制信号输入端连接中心处理器，驱动控制端连接第一电机或第二电机，所述第一电机及第二电机均采用步进电机。

10.根据权利要求1所述的一种基于MCU芯片控制的计时码表机芯，其特征在于，所述中心处理器采用SC92L8535型MCU芯片。