CN203673286U - 一种低功耗、高精度守时装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低功耗、高精度守时装置，包括主控单元、与主控单元连接的显示单元和CAN控制器，所述CAN控制器与CAN收发器连接，晶振电路向主控单元提供工作频率；电源及切换电路向主控单元、CAN控制器、CAN收发器和晶振电路提供工作电源；主控单元通过URAT口接受GPS数据最后由CAN收发器通过CAN总线与外部通信；本实用新型具有系统电路精简，能可靠地实现授时、软件守时功能，系统低功耗，外部授时状态下，输出时间误差优于100ns；装置自身守时情况下，守时精度为1小时秒漂优于1.5ms，能满足大多数用户对授时精度的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及时钟控制领域，特别是涉及一种低功耗、高精度守时装置。
背景技术
精确、统一的时间系统不仅是现代科学研究中一个重要的组成部分，而且在实时通信系统、电力资源调配、铁路车辆调度等日常工作中也得到了广泛的应用，时间的应用已从基础研究领域发展到了许多工程技术领域，而且对时间信息的精确度要求也越来越高。
CAN总线是一种串行数据通信协议，CAN总线以其可靠性高、通信速率快、稳定性好、抗干扰能力强等特点，成为消费电子、工控领域中最佳的选择。
本设计可以广泛应用于需要精确、统一时间的各类通信系统中，涵盖通信、消费类电子及工业控制等诸多领域。
目前，通常的授时终端，基本采用分离元件和小规模集成电路，结构复杂、集成度低、精度不高、可靠性差、通用性和可维护性也较差。
实用新型内容
本实用新型通过对GPS时间信息提取方法进行了相关研究，在此基础上，设计出相应的电路模块，保证系统输出时间误差优于100ns，能够满足绝大多数系统对时间精度的要求。
本实用新型以MCU为硬件单元的主控制器，通过接收外部GPS定位、导航数据信息，以GPS接收机1pps输出为授时标准，以具有温度补偿功能的高稳定度石英晶体振荡器作为短期守时的组合式时间同步装置实现方案。利用MCU来提取相应时间数据、完成授时、软件守时工作，并把实时时间、位置数据通过CAN总线来对外传输。其中，CAN总线是利用MCU和独立CAN控制器MCP2515来实现的。
本实用新型采用如下技术方案：一种低功耗、高精度守时装置，包括主控单元、与主控单元连接的显示单元和CAN控制器，所述CAN控制器与CAN收发器连接,晶振电路向主控单元提供工作频率；电源及切换电路向主控单元、CAN控制器、CAN收发器和晶振电路提供工作电源；主控单元通过URAT口接受GPS数据最后由CAN收发器通过CAN总线与外部通信。
在上述技术方案中，所述显示单元通过并口与主控单元连接，所述CAN控制器通过SPI口与主控单元连接。
在上述技术方案中，所述电源及切换电路输出的电源电压为3.3V。
在上述技术方案中，所述晶振电路输出频率为3.2MHZ。
本实用新型中，主控制器采用TI公司生产的单片机MSP430F168，它能够在1.8～3.6V电压条件下运行，该单片机输入端口的漏电流最大为50nA，远低于其他系列单片机的1～10μA。本实用新型中所涉及的MSP430F168功能模块的利用：2个串行通信接口（USART0/1）、2个16位的定时器(TimerA/B)、I/O口的一般I/O功能和P1和P2口的I/O中断功能。
本实用新型中，电源输入及电源切换电路的内、外电源切换硬件电路的具体实现采用两个D1、D2为低压降的二极管，1K阻值的R1，其作用是当输入电源中的一方断电时，确保另外一方不对断电方提供漏电压。输入电压经过DC/DC芯片TPS76033变换后，产生3.3V电压（com_3.3v），对MCU和晶体电路进行供电。其它电路部分分别由外部输入的3.3V和5V供电。
本实用新型中，CAN控制器选用MCP2515，该芯片完全支持CAN V2.0B技术规范，能收、发标准数据帧以及扩展数据帧，最高通信速率为1Mb/s；采用低功耗的COMS设计技术；灵活的中断管理功能，方便数据的组织和信息的管理；使得MCU对于CAN总线的操作变得更方便、高效。
本实用新型中，显示单元采用的液晶模块，该液晶模块供电电压的典型值为5V，可显示范围为112×16点阵。采用该显示模块，能对外部授时阶段获取的GPS时间、位置信息和外部通信命令等信息进行显示。
本实用新型具有如下优点：
1）系统低功耗设计（在电池工作守时状态时，系统功耗为10mW）；
2）系统电路精简，能可靠地实现授时、软件守时功能；
3）外部授时状态下，输出时间误差优于100ns；装置自身守时情况下，守时精度为1小时秒漂优于1.5ms，能满足大多数用户对授时精度的要求；
4）软件编程简单，便于后期维护和程序移植。
附图说明
本实用新型将通过实施例并参照附图的方式说明，其中：
图1是本实用新型的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述的装置包括主控单元、CAN控制器、CAN收发器、晶振电路、电源及切换电路和显示单元，每个模块之间通过各种接口连接，整个装置的工作是在本实用新型结构基础上进行软件控制的。
本装置中主控单元MCU通过内在的GPS单元和URAT接口接受外部的GPS数据，主控单元MCU对接受到的GPS数据进行分析并数据同步，然后通过SPI口将数据传输给CAN控制器，最后由CAN收发器将数据通过CAN总线与外部设备进行数据通信。
在本装置中，显示单元通过与主控单元MCU连接可以实时监控装置内部的数据工作状态。
本实用新型中，低功耗功能，主要体现在以下几个方面：选用自身功耗比较小的主控单元和CAN总线控制器；通过对对外接口芯片以及显示模块等进行电源管理，即：守时阶段由板上电池仅对MCU、晶体电路和CAN收发器进行供电，MCP2515进入待机模式、显示单元不工作。非守时阶段，即装置正常工作时，所有功能模块均由外部电源供电，电池不工作；软件编制中，对该装置电源管理方面进行相应优化设计：守时阶段，控制MCP2515进入休眠模式（旁路电流仅1μA），只有晶振电路和MCU工作，来完成装置的高精度守时任务，当有外部CAN通信命令要求装置对外授时时，数据经过CAN收发器接收后，会把MCP2515从休眠模式唤醒，进入正常的数据收发状态。
本实用新型中，高精度授时、守时方面主要体现在以下几个方面：装置使用MCU自带的UART接口接收GPS的NMEA协议信息，解析出UTC时间，采用外部中断引脚接收GPS秒脉冲信号（1PPS）来实时修正内部时间。装置内的系统时间由GPS模块和MCU内部320μs的定时器计数单元共同提供，授时情况下实时利用GPS秒脉冲校准内部时间。本装置采用频率稳定度为±0.3ppm的温度补偿晶振，为MCU提供高稳定度的工作频率基准。
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低功耗、高精度守时装置，其特征为包括主控单元、与主控单元连接的显示单元和CAN控制器，所述CAN控制器与CAN收发器连接,晶振电路与主控单元连接；电源及切换电路分别主控单元、CAN控制器、CAN收发器和晶振电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗、高精度守时装置，其特征为所述显示单元通过并口与主控单元连接，所述CAN控制器通过SPI口与主控单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗、高精度守时装置，其特征为所述电源及切换电路输出的电源电压为3.3V。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗、高精度守时装置，其特征为所述晶振电路输出频率为3.2MHZ。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104410400A (zh) * | 2014-09-26 | 2015-03-11 | 惠州市亿能电子有限公司 | 一种电池管理系统实时时钟同步电路及其方法 |
| CN112083639A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | 南方科技大学 | 一种对时装置及对时方法 |
| CN113934257A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-14 | 广州极飞科技股份有限公司 | 系统时间计算方法、装置、设备及存储介质 |
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2013
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| CN104410400B (zh) * | 2014-09-26 | 2017-10-27 | 惠州市亿能电子有限公司 | 一种电池管理系统实时时钟同步电路及其方法 |
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| CN112083639B (zh) * | 2020-09-14 | 2022-04-08 | 南方科技大学 | 一种对时装置及对时方法 |
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