一种区域时钟机芯的控制设计方法与流程

本发明涉及计时仪器技术领域，尤其涉及一种适用于区域安装、远距离控制和自动校准的区域时钟机芯的控制设计方法的技术领域。

背景技术：
伴随着城市建设日新月异的发展，尤其是新的现代的交通枢纽工程：车站、港口、机场、地铁、高铁的不断落成和开通，指针式时钟不仅为公共场所提供了装饰性的点缀，而更重要的是它在向流动的人们提供显示时间和报时服务，不断的提醒人们要珍惜时间、要加快步伐去争分夺秒的努力工作。作为指针式区域时钟的主要技术是时钟机芯的设计，特别是适用于实现联网、统一校准和远距离控制的智能型区域时钟机芯的设计和控制技术。为满足市场的需求，专利权人曾于2010年04月10日向国家知识产权局递交了“一种区域时钟机芯的控制设计方法”的发明专利申请号为：201110118907.4，经国家知识产权局专利局实质审查，于2013年04月17日颁布授权公布，授权公告号为：CN102323737B的发明专利就是其中一例。该发明专利说明书公开了在区域时钟机芯的电源供电设计是采取在220V主电源正常供电状态下设置有蓄电池和为蓄电池充电供电装置；在220V主电源断开的状态下，警报信息分析模块启动蓄电池供电并根据蓄电池可支配电量确定时钟保电时间以保证时钟继续运行和秒针整分零秒运行的技术方案，为智能型区域时钟机芯的终端向指针式时钟迈进起到了积极的作用，同时也为解决短时间内发生断电事故的条件下提供了一个供电的可靠的技术方案。但该机芯也存在有如下的技术缺陷，其一是所有的区域时钟共用一根连接线串联而成，串联ASCII码机芯信号反馈周期长，信号传输延时明显；其二是串联机芯信号相互干扰，功耗大；因此如何克服现有技术的不足，而提供一种主控板对每个机芯都能高效快速的传递信息和进行有效的控制、节省时间、降低功耗的区域时钟的控制设计方法，这对于本技术领域的技术人员来讲仍然是一个亟待解决的课题。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种主控板能够直接面对每个机芯进行高效快速的传递信息和有效控制、节省时间、降低功耗的区域时钟机芯的控制设计方法。为解决所要解决的技术问题，本发明是采用实施如下技术方案的：一种区域时钟机芯的控制设计方法，它包括对时钟机芯的电源供电、时基、时分针驱动、秒针驱动、告警信息反馈项目的控制设计，其特殊之处是所述的区域时钟机芯的控制设计是：设有一机芯控制板，机芯控制板上设有与主控板相一致的同步信号电路、机芯控制电路和与主控板相连接的连接点，所述的连接点设有3.3V电源接口、接地接口、系列输入接口TX、系列输出接口RX、ACT接口、复位接口6个连接点，分别通过排线与主控板之间进行连接，所有串联机芯共用系列输入接口TX与系列输出接口RX信号线进行发送与接收，每个机芯控制板与主控板之间设置一独立的ACT接口连线；主控板通过与机芯控制板之间的同步信号电路、机芯控制电路的通信协议对机芯控制板实施控制，机芯控制板对机芯内部进行控制和监督，并及时将机芯内部的运行状态向主控板进行告警信息反馈；所述机芯控制板对机芯时分针驱动、秒针驱动的控制和监督设计是：当接通电源，秒针单独转动一圈后，分针带动时针顺时针转至所有针归位到12时符，等待10秒；此时，如果钟针全部归位，则机芯在10秒后自动进入追时状态，机芯控制板接收主控板发送的时间信息，若成功接收了信息，机芯控制板检测指针状态，并调整时钟内部时间，然后给主控板发送反馈信息；10秒后，机芯自动追时，在追到与时钟内部时间同步后，进入正常走时状态；若没有成功接收到信息，则给主控板发送通讯要求，反馈异常状态信息。为进一步解决所要解决的技术问题，上述技术方案的优选方案是：上述所述时钟机芯进入正常走时状态的控制设计是：机芯控制板处于休眠状态，等待被主控板激活；主控板和机芯控制板之间用ACT激活；当主控板需要发送同步命令，就等待一个秒的开始用ACT接口向机芯控制板发送激活信号，这样就唤醒了与机芯控制板的对话窗口，机芯控制板等待着主控板的下一步指令，即同步信号；主控板发送了激活命令后开始用系列输入接口TX向机芯控制板传输同步信号，机芯控制板接收到同步信号后进行处理并用系列输出接口RX反馈自身的状态给主控板；主控板处理机芯控制板的反馈信息并等待下一个秒开始再次给机芯控制板传送同步信号；机芯控制板再次进行上述步骤。当主控板成功完成两次同步信号的传输，机芯控制板成功接收到同步信号后进行处理并两次反馈自身的状态给主控板，即可认定为一次有效的通信；等待下一个秒的开始关闭对话窗口，即通讯结束。若没有成功接收到信息，则机芯控制板给主控板发送通讯请求，反馈异常状态信息。上述所述时钟机芯若出现异常时的控制设计是：机芯控制板将通过ACT接口用二进制系列信号的形式发送1毫秒信号给主控板以请求被激活，主控板等待一个秒的开始用ACT接口向机芯控制板发送激活信号；机芯控制板通过系列输出接口RX用二进制系列信号的形式反馈信息警报，反馈信息包括走时状态及其原因；当机芯控制板接收同步信息，如果时间接收与指针显示时间不同，机芯控制板将进入追时或者等待状态；如果机芯控制板正在休眠，那么状态就会更换到休眠状态；如果机芯发生机械错误大于6分钟，所有的指针将回归12时符进入机械休眠，并且状态将改变到机械偏离，等待人工维修；当机芯控制板发现机械错误无法修复时，状态将改为机械错误，并且将进入休眠状态，等待人工维修。上述所述时钟机芯出现异常时告警信息反馈的设计是：当ACT激活或者时钟状态改变时，通信将开启；当指针回到12时符时，机芯控制板在重启状态，所有的指针必须在12时符停留10秒，以便检测指针的位置；如果重启是由于机械错误或者机械偏离，在开始重启前，必须做通讯请求。本发明所述的区域时钟机芯的控制设计方法与现有技术相比具有如下的突出的实质性特点和显著的进步：其一是本发明所述的区域时钟机芯的控制设计方法是将时钟机芯内部的运行状态设置有时分针驱动、秒针驱动、钟针不归位、机芯进入正常走时、机芯出现异常状态时的不同运行状态项目设置，当其接通电源后，秒针单独转动一圈，分针带动时针顺时针转至所有针归位到12时符，等待10秒；此时，如果钟针全部归位，机芯在10秒后自动进入追时状态；机芯自动追时到时钟内部时间后，进入正常走时状态的技术方案，这不仅为区域时钟机芯的时、分、秒三针做到所有针归位到12时符留有充足的时间，而且为主控板与控制板之间通信协议的实施提供了可靠的时间保障，这一技术方案在现有技术中是从未有过的技术方案，与现有技术相比具有突出的实质性特点。其二是本发明所述的区域时钟机芯的控制设计方法是在机芯内设有一控制板，通过控制板与主控板之间的通信协议对控制板实施控制，控制板对机芯内部进行控制和监督；通讯协议采用所有串联机芯共用TX与RX信号线进行发送与接收，同时每个机芯的控制板与主控板之间设立独立的ACT连线的技术方案；该技术方案中当机芯进入正常走时状态后时分针、秒针是按照时钟内部时间运行；控制板与主控板通过系列接口接收信号，主控板和控制板之间用ACT激活；在正常状态下，控制板处于休眠状态等待被主控板激活，控制板和主控板都可进入休眠状态。由于主控板通过控制板对每个机芯进行直接的独立控制，克服了现有技术传输协议中规定的所有串联在信号线上的机芯，必须对每一个信号进行接收并进行地址校验，达到以确定是否是发给自己的信号的处理技术，导致现有区域时钟共用一根连接线串联，串联ASCII码机芯信号反馈周期长、信号相互干扰，同步时间信号传输延时明显的技术缺陷，使本发明所述的独立ACT激活信号的设计，不仅可以双向激活唤醒主控板和时钟机芯，还可以在同步时间信号传输上去除信号传输所造成的延迟；时间同步以ACT线的高低电压变化为基点，让主控板与时钟机芯的校准误差小于100纳秒，比现有技术的误差20至30毫秒提高了20万倍，从而使每个区域时钟机芯不仅都具有进行高效、快速、准确的传递信息和进行准确有效的控制的突出的实质性特点，而且节省时间、降低功耗的突出的实质性特点和显著的进步。其三是本发明所述的区域时钟机芯的控制设计方法中若出现时钟机芯异常时，控制板将用二进制系列信号的形式发送1毫秒信号给主控板以请求被激活，主控板等待一个秒的开始向控制板发送激活信号；控制板用二进制系列信号的形式反馈信息警报的技术方案，使本发明所述的区域时钟机芯的设计方法通过激活方式建立连接，发送信息和反馈机芯运行状态，连接结束后，时钟进入自走时状态，无需实时通讯，从而大大的降低了区域时钟机芯的功耗，按照现有区域时钟机芯配备的蓄电池供电装置，可以实现蓄电池供电走时5年无需更换电池的显著进步，不仅为本发明所述的区域时钟机芯安装于无电源处提供了可靠的技术方案，而且为降低能源的消耗，加强环境保护提供了可靠的技术支持，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。附图说明所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入到本说明书中并构成本说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：图1为现有区域时钟机芯结构示意图。图2为依据本发明所述的区域时钟机芯的控制设计方法而设计的区域时钟机芯的控制结构示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明一种区域时钟机芯的控制设计方法和控制设计的具体结构细节及过程。实施例1：本发明实施例1的区域时钟机芯的控制设计方法，它是以适用于舰船、宾馆、车站、码头、机场等公共场所并在该区域范围统一进行控制使用的智能型子母钟系统所用现有区域时钟机芯为载体而设计改进的时钟机芯。该区域时钟机芯(参见图1)主要包括有：机芯的前夹板3、中夹板1构成时钟机芯齿轮传动轮系的支撑框架，步进电机2固定安装在中夹板1上，步进电机2的输出端的齿轮与齿轮减速传动组件4的大齿轮啮合连接，齿轮减速传动组件4的小齿轮直接与固定安装在分轮轴10上的分轮6啮合连接，此结构即为由步进电机2至分轮轴10的两级12：1的齿轮减速传动机构；固定安装在分轮轴10上的传动小齿轮8与齿轮减速传动组件5的大齿轮啮合连接，齿轮减速传动组件5的小齿轮与固定安装在时轮轴上的时轮7啮合连接，即此结构为分轮轴10至时轮轴的两级12：1的齿轮减速传动机构；时轮7与分轮6的相同部位上各设置有一个相同的圆形孔，并在两孔相重合的外端部位各设一时分光电开关9，以构成时针11、分针12按照标准时间进行智能化管理的光电控制系统。分轮轴10活动套装在时轮轴内腔，并通过时轮轴活动安装在前夹板3与中夹板1之间的中心部位，其伸出前夹板3的分轮轴10、时轮轴的端部分别固定套装有分针12、时针11。设一同步减速电机16并将其固定安装在中夹板1与后夹板14之间，同步减速电机16的输出端的小齿轮19直接与固定安装在秒轮轴17上的秒轮15相啮合连接，秒轮15上设置有一个方形孔，在方形孔的两端设有一个秒光电开关13，以构成秒针按照标准时间进行智能化管理的光电控制系统。秒轮轴17活动安装在分轮轴10的空腔内，且其伸出前夹板3的端部固定套装有秒针18；以上构成本发明实施例1的区域时钟机芯的静态结构。上述所述的区域时钟机芯的控制设计方法(参见图2)，它包括对时钟机芯的电源供电、时基、时分针驱动、秒针驱动、告警信息反馈项目的控制设计，其所述的区域时钟机芯的控制设计是：设有一机芯控制板20，机芯控制板20上设有与主控板22相一致的同步信号电路、机芯控制电路和与主控板相连接的连接点21，所述的连接点21为6个，分别为3.3V电源接口21-1、接地接口21-2、系列输入接口TX21-3、系列输出接口RX21-4、ACT接口21-5、复位接口21-6，并分别通过排线与主控板22之间进行连接，所有串联机芯共用系列输入接口TX21-3与系列输出接口RX21-4信号线进行发送与接收，每个机芯控制板20与主控板22之间设置一独立的ACT接口21-5连线；主控板22通过与机芯控制板20之间的同步信号电路、机芯控制电路的通信协议对机芯控制板20实施控制，机芯控制板20对机芯内部进行控制和监督，并及时将机芯内部的运行状态向主控，22进行告警信息反馈；所述机芯控制板20对机芯时分针驱动、秒针驱动的控制和监督设计是：当接通电源，秒针18单独转动一圈后，分针12带动时针11顺时针转至所有针归位到12时符，等待10秒；此时，如果钟针全部归位，则机芯在10秒后自动进入追时状态，机芯控制板20接收主控板22发送的时间信息，若成功接收了信息，机芯控制板20检测指针状态，并调整时钟内部时间，然后给主控板22发送反馈信息；10秒后，机芯自动追时，在追到与时钟内部时间同步后，进入正常走时状态；若没有成功接收到信息，则给主控板22发送通讯要求，反馈异常状态信息。上述所述时钟机芯进入正常走时状态的控制设计是：机芯控制板20处于休眠状态，等待被主控板22激活；主控板22和机芯控制板20之间用ACT激活；当主控板22需要发送同步命令，就等待一个秒的开始用ACT接口向机芯控制板20发送激活信号，这样就唤醒了与机芯控制板20的对话窗口，机芯控制板20等待着主控板22的下一步指令，即同步信号；主控板22发送了激活命令后开始用系列输入接口TX向机芯控制板20传输同步信号，机芯控制板20接收到同步信号后进行处理并用系列输出接口RX反馈自身的状态给主控板22；主控板22处理机芯控制板20的反馈信息并等待下一个秒开始再次给机芯控制板20传送同步信号；机芯控制板20再次进行上述步骤。当主控板22成功完成两次同步信号的传输，机芯控制板20成功接收到同步信号后进行处理并两次反馈自身的状态给主控板22，即可认定为一次有效的通信；等待下一个秒的开始关闭对话窗口，即通讯结束。若没有成功接收到信息，则机芯控制板20给主控板22发送通讯要求，反馈异常状态信息。上述所述时钟机芯若出现异常时的控制设计是：机芯控制板20将通过ACT接口用二进制系列信号的形式发送1毫秒信号给主控板22以请求被激活，主控板22等待一个秒的开始用ACT接口向机芯控制板20发送激活信号；机芯控制板20通过系列输出接口RX用二进制系列信号的形式反馈信息警报，反馈信息包括走时状态及其原因；当机芯控制板20接收同步信息，如果时间接收与指针显示时间不同，机芯控制板20将进入追时或者等待状态；如果机芯控制板20正在休眠，那么状态就会更换到休眠状态；如果机芯发生机械错误大于6分钟，所有的指针将回归12点进入机械休眠，并且状态将改变到机械偏离；当机芯控制板20发现机械错误无法修复时，状态将改为机械错误，并且将进入休眠状态，等待人工维修。上述所述时钟机芯若出现异常时告警信息反馈的设计是：当ACT激活或者时钟状态改变时，通信将开启；当机芯控制板20在重启状态，它也可以回答主控板22的请求，即当指针回到12点时；在重启到12点位置时，所有的指针必须停留10秒以便检测指针的位置；如果重启是由于机械错误或者机械偏离，在开始重启前，它必须做通讯请求。以上为本发明实施例1的一种区域时钟机芯的控制设计方法的静态结构。实施例2：本发明实施例2的区域时钟机芯(参见图1)的控制设计方法，它是以适用于机场、地铁、高铁等公共场所且在一定区域范围内使用的智能型子母钟系统所用机芯为载体而设计改进的时钟机芯。该机芯技术要求是：走时精度准确、时分针校核、快拨时不影响秒针运行、秒针为连续运针方式运行，秒针与分针之间为整分零秒运行。为此本实施例2所设置的技术方案除与本发明实施例1所述的技术方案完全相同外，还有如下不同之处：其一是为进一步达到本实施例的技术要求，所述的同步减速电机16为自带减速机构的同步减速电机，其输出轴的转速为1.2转/分，将同步减速电机16输出端的小齿轮19的齿数设定为61，秒轮15的齿数为73，二者实际传动比设定为1：1.1967，基本达到秒针与分针之间为整分零秒运行要求；以上构成本发明实施例2的区域时钟机芯的静态结构。上述所述的区域时钟机芯的控制设计方法(参见图2)，它包括对时钟机芯的电源供电、时基、时分针驱动、秒针驱动、告警信息反馈项目的控制设计，其所述的区域时钟机芯的控制设计是：设有一机芯控制板20，机芯控制板20上设有与主控板22相一致的同步信号电路、机芯控制电路和与主控板相连接的连接点21，所述的连接点21为6个，分别为3.3V电源接口21-1、接地接口21-2、系列输入接口TX21-3、系列输出接口RX21-4、ACT接口21-5、复位接口21-6，并分别通过排线与主控板22之间进行连接，所有串联机芯共用系列输入接口TX21-3与系列输出接口RX21-4信号线进行发送与接收，每个机芯控制板20与主控板22之间设置一独立的ACT接口21-5连线；主控板22通过与机芯控制板20之间的同步信号电路、机芯控制电路的通信协议对机芯控制板20实施控制，机芯控制板20对机芯内部进行控制和监督，并及时将机芯内部的运行状态向主控，22进行告警信息反馈；所述机芯控制板20对机芯时分针驱动、秒针驱动的控制和监督设计是：当接通电源，秒针18单独转动一圈后，分针12带动时针11顺时针转至所有针归位到12时符，等待10秒；此时，如果钟针全部归位，则机芯在10秒后自动进入追时状态，机芯控制板20接收主控板22发送的时间信息，若成功接收了信息，机芯控制板20检测指针状态，并调整时钟内部时间，然后给主控板22发送反馈信息；10秒后，机芯自动追时，在追到与时钟内部时间同步后，进入正常走时状态；若没有成功接收到信息，则给主控板22发送通讯要求，反馈异常状态信息。上述所述时钟机芯进入正常走时状态的控制设计是：机芯控制板20处于休眠状态，等待被主控板22激活；主控板22和机芯控制板20之间用ACT激活；当主控板22需要发送同步命令，就等待一个秒的开始用ACT接口向机芯控制板20发送激活信号，这样就唤醒了与机芯控制板20的对话窗口，机芯控制板20等待着主控板22的下一步指令，即同步信号；主控板22发送了激活命令后开始用系列输入接口TX向机芯控制板20传输同步信号，机芯控制板20接收到同步信号后进行处理并用系列输出接口RX反馈自身的状态给主控板22；主控板22处理机芯控制板20的反馈信息并等待下一个秒开始再次给机芯控制板20传送同步信号；机芯控制板20再次进行上述步骤。当主控板22成功完成两次同步信号的传输，机芯控制板20成功接收到同步信号后进行处理并两次反馈自身的状态给主控板22，即可认定为一次有效的通信；等待下一个秒的开始关闭对话窗口，即通讯结束。若没有成功接收到信息，则机芯控制板20给主控板22发送通讯要求，反馈异常状态信息。上述所述时钟机芯若出现异常时的控制设计是：机芯控制板20将通过ACT接口用二进制系列信号的形式发送1毫秒信号给主控板22以请求被激活，主控板22等待一个秒的开始用ACT接口向机芯控制板20发送激活信号；机芯控制板20通过系列输出接口RX用二进制系列信号的形式反馈信息警报，反馈信息包括走时状态及其原因；当机芯控制板20接收同步信息，如果时间接收与指针显示时间不同，机芯控制板20将进入追时或者等待状态；如果机芯控制板20正在休眠，那么状态就会更换到休眠状态；如果机芯发生机械错误大于6分钟，所有的指针将回归12点进入机械休眠，并且状态将改变到机械偏离；当机芯控制板20发现机械错误无法修复时，状态将改为机械错误，并且将进入休眠状态，等待人工维修。上述所述时钟机芯若出现异常时告警信息反馈的设计是：当ACT激活或者时钟状态改变时，通信将开启；当机芯控制板20在重启状态，它也可以回答主控板22的请求，即当指针回到12点时；在重启到12点位置时，所有的指针必须停留10秒以便检测指针的位置；如果重启是由于机械错误或者机械偏离，在开始重启前，它必须做通讯请求。以上为本发明实施例2的一种区域时钟机芯的控制设计方法的静态结构。