CN208432874U - 一种低功耗卫星授时手表 - Google Patents

Abstract

一种低功耗卫星授时手表，包括微处理器模块、卫星授时模块、显示模块和光电模块；卫星授时模块从卫星信号中提取卫星时钟信号并将卫星时钟信号转化成手表的时钟信号，微处理器模块根据该手表时钟信号进行运算；光电模块中的光能唤醒模块输出唤醒信号至微处理器唤醒控制端，唤醒信号的电压幅度随外界光强变化；唤醒信号电压幅度高于微处理器模块唤醒控制端所需唤醒电压门限，微处理器被唤醒。采用北斗卫星授时，时间信号准确，偏差小，可提供极精确的时间信号；独特的光能唤醒模块，使得手表能最大限度地在某些环境下进入深度低功耗状态；MIP低功耗显示屏进一步降低了手表的功耗。

Description

一种低功耗卫星授时手表

技术领域

本实用新型涉及手表，尤其涉及低功耗的卫星授时手表。

背景技术

现有技术中的电子手表通常是设置有内部晶体振荡器用于系统的时钟，手表的时间设置需要外部设置输入，并且由于晶体振荡器的累积运行误差，运行一段时间后，时间会发生偏差；发生偏差后需要人工介入或者连接到公共网络上通过其他不同的手段进行时间调整，以获得准确的时间信号。

现有技术中的手表，通常不具备深度的休眠模式，且因为要时常进行外部输入信号的轮询，且需要保持输出的实时性，且输出屏幕需要经常刷新，导致很难做到低功耗和超长时间待机。

随着我国北斗全球卫星导航系统的逐步建立完善，其技术先进、稳定可靠和覆盖全球的技术特点越来越受到世界的广泛关注，可为各行各业提供连续、稳定可靠的授时、导航、定位服务。

本实用新型基于北斗的授时服务提供一种具有很高的时间精度且可实现超低功耗的卫星授时手表。

名词解释：

1）北斗授时，地面设备接收北斗卫星发送的时间信息，在输出PPS信号的上升沿，对设备的时钟进行修正的一种方法。

PPS信号：PPS是Pulse Per Second的缩写，PPS信号是GPS秒脉冲信号

PPS EXTI秒信号：EXTI是external interrupt的缩写, PPS EXTI秒信号是秒脉冲外部中断信号)

2）MIP显示屏:MIP(Memory In pixel)即：记忆像素反射类型的液晶显示屏，可实现高反射性能超低功耗。在每个像素点上存有一位SRAM(Static random access memory),这样可以在不用信号的输入可以继续存储图像。

3）标准NMEA0183数据流：是National Marine Electronics Association 美国国家海洋电子协会）为海用电子设备制定的标准格式。目前业已成了GPS导航设备统一的标准协议。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，而提出一种低功耗卫星授时手表，包括用于手表主系统控制的微处理器模块、用于从卫星获得信号的卫星授时模块、用于显示手表运行信息的显示模块和用于感受环境光信号的光电模块；所述显示模块和微处理器模块电信号连接，并接受微处理器模块的控制；所述卫星授时模块和微处理器模块电信号连接；所述卫星授时模块，用于从卫星信号中提取卫星时钟信号并将卫星时钟信号转化成手表的时钟信号，微处理器模块根据该手表时钟信号进行运算；所述光电模块包括光能唤醒模块；该光能唤醒模块与所述微处理器模块的唤醒控制端电信号连接；所述光能唤醒模块输出唤醒信号至所述微处理器模块的唤醒控制端，所述唤醒信号的电压幅度随外界光强变化；所述唤醒信号电压幅度高于所述微处理器模块唤醒控制端所需唤醒电压门限，所述微处理器被唤醒。

所述卫星授时模块为北斗卫星授时模块；该北斗卫星授时模块用于接收北斗卫星发送的北斗卫星时钟触发沿信号，并将北斗卫星时钟触发沿信号转化成手表的时钟授时触发信号。

所述北斗卫星授时模块使用UART串口与微处理器模块电信号连接；所述北斗卫星授时模块输出标准NMEA0183数据流，并从该数据流中解析获得所需的北斗卫星时钟信号中的授时时间参数值，即北斗卫星时钟参数。

所述光能唤醒模块包括芯片BQ25504，所述芯片BQ25504第7管脚用于输出唤醒信号至微处理器模块的唤醒控制端。

所述低功耗卫星授时手表，还包括用于手表供电的电池模块；所述光电模块包括光电能量收集模块；所述光电能量收集模块与所述电池模块电信号连接，所述光电能量收集模块收集光能转化为电能；所述光电能量收集模块为所述电池模块充电。

所述低功耗卫星授时手表，还包括精密守时时钟模块；所述精密守时时钟模块与微处理器模块采用I2C总线连接；所述精密守时时钟模块与所述卫星授时模块秒信号同步；所述精密守时时钟模块保存卫星授时参数并输出PPS EXTI秒信号至微处理器模块；所述PPS EXTI秒信号作为微处理器模块的计时秒脉冲；所述PPS EXTI秒信号秒脉冲为微处理器模块低功耗状态下的秒唤醒触发信号。

所述显示模块包括MIP低功耗显示屏。

所述低功耗卫星授时手表，还包括用于外部控制信号输入的控制信号输入模块，所述控制信号输入模块和微处理器模块电信号连接，并接受微处理器模块的控制。

所述低功耗卫星授时手表，还包括电子罗盘模块；所述电子罗盘模块与微处理器模块电信号连接，用于获得地磁信号，并输送给微处理器模块解析显示。

所述低功耗卫星授时手表，还包括用于获得环境参数的环境参数传感模块；所述环境参数传感模块包括用于获取环境温度信息的温度传感器、用于获取环境湿度的湿度传感器和用于获取环境压力的压力传感器；所述环境参数传感模块与微处理器模块电信号连接，将获取包括温度、湿度、气压和海拔高度在内的环境信息传送至微处理器模块。通过气压数据还可以计算或者换算成海拔高度数据，海拔高度数据也可以用于显示和参与相关后续参数的计算。

同现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：1、采用北斗卫星授时，时间信号准确，偏差小，可提供极精确的时间信号；2、独特的光能唤醒模块，使得手表能最大限度地在某些环境下进入深度低功耗状态；3、MIP低功耗显示屏进一步降低了手表的功耗；4、电子罗盘和环境传感模块的设置，可以使手表具有全方位的环境信息收集能力，适合户外环境使用。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例之一的系统示意框图；

图2是本实用新型优选实施例之二的系统示意框图；

图3是本实用新型优选实施例之三的系统示意框图；

图4是本实用新型优选实施例之四的系统示意框图；

图5是本实用新型优选实施例之五的系统示意框图；

图6是本实用新型优选实施例之六的系统示意框图；

图7是本实用新型光能唤醒模块的电路原理图。

具体实施方式

以下结合各附图对本实用新型的实施方式做进一步详述。

如图2所示，一种低功耗卫星授时手表，包括：用于手表主系统控制的微处理器模块、用于从卫星获得卫星授时信号的卫星授时模块、用于显示手表运行信息的显示模块和用于感受环境光信号的光电模块；所述显示模块和微处理器模块电信号连接，并接受微处理器模块的控制；所述卫星授时模块和微处理器模块电信号连接；所述卫星授时模块，用于从卫星授时信号中提取卫星时钟信号并将卫星时钟信号转化成手表的时钟信号，微处理器模块根据该手表时钟信号进行运算；所述光电模块包括光能唤醒模块；该光能唤醒模块与所述微处理器模块的唤醒控制端电信号连接；所述光能唤醒模块输出唤醒信号至所述微处理器模块的唤醒控制端，所述唤醒信号的电压幅度随外界光强变化；所述唤醒信号电压幅度高于所述微处理器模块唤醒控制端所需唤醒电压门限，所述微处理器被唤醒。

现有技术中的常规光强测量采集电路，主控MCU都需要参与检测，因此主控MCU就需要不间断的周期地唤醒去检测，这就大大增加了电路的功耗。本实用新型采用了不同的方式，利用环境光本身的能量来触发微处理器模块，当光强超过设置的阀值时，唤醒深度睡眠中的主控MCU即微处理器模块，从而大大降低了电路整体功耗。

如图6所示，所述光能唤醒模块包括芯片BQ25504，所述芯片BQ25504第7管脚用于输出唤醒信号至微处理器模块的唤醒控制端。本实用新型采用环境光控制的功耗管理系统，用光强度来控制手表的工作模式和响应速度，最大限度的降低功率消耗。

本实用新型采用了芯片BQ25504以及相关辅助外围电路，在无需微处理器模块的条件下，只需要环境光足够强就能输出光电脉冲的特性，将该信号脉冲引入到微处理器模块的唤醒控制端，当光强超过设定的阀值时，可直接唤醒深度睡眠的微处理器模块，不需要微处理器模块参与检测。该信号脉冲的能量由外部环境光提供，无需主控电路负担。使得主控电路可以工作在深度睡眠状态，大大降低了消耗的电流。深度睡眠状态和正常工作模式所采用的时钟信号源和频率可以不同。采用检测环境光的变化来控制手表的工作状态和工作主频，实现功耗的最优管理，实现了手表的超长工作/待机时间。

具体的光控功耗管理方式包括多种形式，微控制器模块中可以设置专门的功耗管理模块，根据不同的环境参数和外部指令切换不同的工作模式、时钟源和频率，以使得系统能低功耗高效运行。其中光控功耗管理，是指的设备根据能量收集电路输出的光能量脉冲计数值，实时监测环境光强，并控制设备工作在最佳能耗模式的一种控制方法。环境光唤醒管理：在20:00~04:00（黑夜）时间段，若检测到光脉冲数>=10次，手表慢速工作１小时；在04:00~20:00（白天）时间段，若检测到光脉冲数>=10次，手表慢速工作２小时。人工唤醒管理：在任意时间段，人工按键唤醒后，手表先进入快速模式工作，３０秒后无按键自动降速工作。然后再进入环境光功耗管理模式。工作速度管理：有按键操作时，手表立即切换为快速模式，无按键操作超过３０秒，自动降速工作。待机功耗管理：手表长期不使用，使用深色包装盒遮光保存，因检测不到环境光脉冲，手表自动进入关屏待机模式。

系统还可以包括电源管理模块正常输出2.4VDC, 3.0VDC电源供微控制器和外围电路工作，微控制器模块中的微控制器通过PBDS,PLCM,PBUZ,BME280,BMC150五个GPIO分别独立控制外围电路供电，实现功耗最优管理。Mini-USB充电接口和自动充电控制电路，可以实现手表的充电自主控制，并输出充电状态信号, 微控制器模块通过检测该信号即可判断当前的充电进程。本实用新型的手表中，还可以包括蜂鸣器功能模块，由微控制器模块输出谐振频率为4KHZ左右的驱动信号，再由微控制器模块控制电源管理模块加电则输出蜂鸣音，调制电源控制端便可以控制蜂鸣音间断输出。

如图1所示的实施例中，所述卫星授时模块为北斗卫星授时模块；该北斗卫星授时模块用于接收北斗卫星发送的北斗卫星时钟信号，并将北斗卫星时钟信号转化成手表的时钟信号。所述北斗卫星授时模块使用UART串口与微处理器模块电信号连接，并从该电信号PPS中获得所需的北斗卫星时钟触发沿信号；所述北斗卫星授时模块输出标准NMEA0183数据流，并从该数据流中解析获得所需的北斗授时参数值，在PPS 信号上升沿实现精确授时。要实现北斗卫星授时服务，需要能接收卫星信号的陶瓷介质天线，以及能够接收放大并解码的北斗模块，本实用新型专利的北斗卫星授时模块采用的是天线模块一体结构，既缩小结构体积又提高信号抗干扰性。陶瓷天线的中心谐振频段调整到： B1：1561MHz±2MHz。本实用新型采用北斗卫星天线加模块的一体化设计，缩小了手表的体积，提高了手表的抗干扰性能。在一块PCB上集成了北斗卫星陶瓷接收天线、LNA低噪放大电路、北斗基带射频及解码模块；完成北斗信号接收、放大、解码、标准NMEA0183串口输出。

如图2至5所示，所述低功耗卫星授时手表，还包括用于手表供电的电池模块；所述光电模块包括光电能量收集模块；所述光电能量收集模块与所述电池模块电信号连接，所述光电能量收集模块收集光能转化为电能；所述光电能量收集模块为所述电池模块充电。本实用新型采用环境光能量采集电路，实现微瓦(uW)级的能量提取和变换电路，为手表提供能量补充功能。能量收集：接收环境光能量，变换成可供设备使用的电压的一种电路和方法。光电模块中的光电能量收集模块采集外部环境光能量，变换成系统需要的电压等级，给系统补充供电；同时光电模块中的光能唤醒模块，可以根据环境光照情况输出幅度可变的光脉冲信号Pulse EXTI, 当手表处于关屏睡眠状态时，可以用该脉冲信号唤醒。若连续两小时微控制器检测不到该光脉冲信号，则可控制手表进入关屏睡眠状态，节约无用功耗。

如图4至5所示的低功耗卫星授时手表实施例中，还包括精密守时时钟模块；所述精密守时时钟模块与微处理器模块采用I2C总线连接；所述精密守时时钟模块与所述卫星授时模块秒信号同步；所述精密守时时钟模块保存卫星授时参数并输出PPS EXTI秒信号至微处理器模块；所述PPS EXTI秒信号作为微处理器模块的计时秒脉冲；所述PPS EXTI秒信号秒脉冲为微处理器模块低功耗状态下的秒唤醒触发信号。精密守时时钟模块与微处理器模块采用I2C总线连接，保存授时参数，输出的秒信号PPS EXTI与北斗PPS同步后，作为微处理器模块的计时秒脉冲使用，同时该PPS EXTI秒脉冲还作为低功耗状态下的秒唤醒触发信号。

如图3至5所示的低功耗卫星授时手表实施例中，还包括用于外部控制信号输入的控制信号输入模块，所述控制信号输入模块和微处理器模块电信号连接，并接受微处理器模块的控制。

控制信号输入模块可以包括按键输入模组，使用四个GPIO来检测不同按键输入。低功耗待机时GPIO启动EXTI，使用按键来触发唤醒微处理器模块。

如图5所示的低功耗卫星授时手表实施例中，还包括电子罗盘模块；所述电子罗盘模块与微处理器模块电信号连接，用于获得地磁信号，并输送给微处理器模块解析显示。

如图5所示的低功耗卫星授时手表实施例中，还包括用于获得环境参数的环境参数传感模块；所述环境参数传感模块包括用于获取环境温度信息的温度传感器、用于获取环境湿度的湿度传感器和用于获取环境压力的压力传感器；所述环境参数传感模块与微处理器模块电信号连接，将获取包括温度、湿度、气压和海拔高度在内的环境信息传送至微处理器模块。通过气压数据还可以计算或者换算成海拔高度数据，海拔高度数据也可以用于显示和参与相关后续参数的计算。

环境参数传感模块和电子罗盘模块，由微处理器模块分别独立控制工作与否，分时公用I2C总线，分别读出测量的环境参数和方向参数。

如图1所示的低功耗卫星授时手表实施例中，所述显示模块包括MIP低功耗显示屏。采用极大降低功耗的夏普MIP液晶屏，显示静态图像时不需刷新，为保证本实用新型专利产品能长时间工作打下基础。MIP超低功耗显示屏模组，微控制器通过三线SPI总线驱动显示屏，实现图形、字符、图标的显示。

本实用新型利用北斗系统提供的精确授时功能，为用户提供一种自动后台授时服务的一款超低功耗的卫星授时手表。为特殊用户提供精确的时间服务。并且本实用新型专利采用了环境光补充电技术、采用了光控功耗管理、同时采用极大降低功耗的夏普MIP液晶屏，显示静态图像时不需刷新，为保证本实用新型专利产品能长时间工作打下基础，是一种具有超低功耗的卫星授时手表。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低功耗卫星授时手表，包括：

用于手表主系统控制的微处理器模块、用于从卫星获得信号的卫星授时模块、用于显示手表运行信息的显示模块和用于感受环境光信号的光电模块；

所述显示模块和微处理器模块电信号连接，并接受微处理器模块的控制；

所述卫星授时模块和微处理器模块电信号连接；所述卫星授时模块，用于从卫星信号中提取卫星时钟信号触发沿并将卫星时钟信号转化成手表的时钟信号，微处理器模块根据该手表时钟信号进行运算；

所述光电模块包括光能唤醒模块；该光能唤醒模块与所述微处理器模块的唤醒控制端电信号连接；

所述光能唤醒模块输出唤醒信号至所述微处理器模块的唤醒控制端，所述唤醒信号的电压幅度随外界光强变化；

所述唤醒信号电压幅度高于所述微处理器模块唤醒控制端所需唤醒电压门限，所述微处理器被唤醒。

2.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于：

所述卫星授时模块为北斗卫星授时模块；该北斗卫星授时模块用于接收北斗卫星发送的北斗卫星时钟信号触发沿信号，并将北斗卫星时钟信号触发沿信号转化成手表的时钟授时触发沿信号。

3.根据权利要求2所述低功耗卫星授时手表，其特征在于，

所述北斗卫星授时模块使用UART串口与微处理器模块电信号连接；所述北斗卫星授时模块输出标准NMEA0183数据流，并从该数据流中解析获得所需的北斗卫星时钟信号中的授时时间参数值。

4.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于，

所述光能唤醒模块包括芯片BQ25504，所述芯片BQ25504第7管脚用于输出唤醒信号至微处理器模块的唤醒控制端。

5.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于：

还包括用于手表供电的电池模块；

所述光电模块包括光电能量收集模块；

所述光电能量收集模块与所述电池模块电信号连接，所述光电能量收集模块收集光能转化为电能；所述光电能量收集模块为所述电池模块充电。

6.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于，

还包括精密守时时钟模块；

所述精密守时时钟模块与微处理器模块采用I2C总线连接；

所述精密守时时钟模块与所述卫星授时模块秒信号同步；所述精密守时时钟模块保存卫星授时参数并输出PPS EXTI秒信号至微处理器模块；

所述PPS EXTI秒信号作为微处理器模块的计时秒脉冲；

所述PPS EXTI秒信号秒脉冲为微处理器模块低功耗状态下的秒唤醒触发信号。

7.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于，

所述显示模块包括MIP低功耗显示屏。

8.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于，

还包括用于外部控制信号输入的控制信号输入模块，所述控制信号输入模块和微处理器模块电信号连接，并接受微处理器模块的控制。

9.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于，

还包括电子罗盘模块；所述电子罗盘模块与微处理器模块电信号连接，用于获得地磁信号，并输送给微处理器模块解析显示。

10.根据权利要求1所述低功耗卫星授时手表，其特征在于，

还包括用于获得环境参数的环境参数传感模块；

所述环境参数传感模块包括用于获取环境温度信息的温度传感器、用于获取环境湿度的湿度传感器和用于获取环境大气压力的气压传感器；

所述环境参数传感模块与微处理器模块电信号连接，将获取包括温度、湿度、气压在内的环境信息传送至微处理器模块。