一种用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法与流程

文档序号:11229595阅读:693来源:国知局
一种用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法与流程

本发明涉及时钟卫星授时系统领域,具体地,涉及一种用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法。



背景技术:

现在电子时钟大多为采用石英晶体提供走时频率的石英钟,由于石英晶体输出频率与环境温度的关系特性,使得石英钟走时精度较低,当电子时钟出现走时误差时需要用户手动调整时间,使用极不方便。随着现代授时技术的不断发展以及人们对计时精度要求的不断提高,普通石英钟最大每个月几十秒的守时误差已经不能满足人们对时间精度的要求。

目前的石英钟缺乏精确、稳定可靠、覆盖范围广的时间基准来源,对电子时钟系统的时间进行自动校准。为实现对电子时钟的自动授时,现有方案是通过卫星通信来获取卫星标准时间,然后根据卫星标准时间进行准确授时。但是对于室内时钟,由于布置场所的限制,无法接收到卫星信号及卫星标准时间,无法实现卫星授时的目的。



技术实现要素:

针对现有无法对室内时钟进行卫星授时的问题,本发明提供了一种用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法。

本发明采用的技术方案,提供了一种用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法,包括:

(1)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在预设的广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤发送主钟本地rtc时间:

s101.启动主钟无线通信;

s102.根据主钟本地rtc时间,在第i个单位时间t0的起始点,进入无线通信发送状态,并在第一发送时长tt1内持续发送广播授时前导码,其中,i为初始值为1的自然数,t0<tt1<1.5t0;

s103.进入无线通信休眠状态,直到第i+2个单位时间t0的起始点,再重新进入无线通信发送状态,并在第二发送时长tt2内发送包含主钟本地rtc时间的广播授时消息,其中,tt2<0.3t0;

s104.再次进入无线通信休眠状态,并在i+3≤3n-2时,设置i=i+3,然后返回执行步骤s102,其中,3n为在广播授时时间窗口中单位时间t0的个数;

s105.在预设的广播授时时间窗口完结时,停止主钟无线通信;

(2)对于室内外主从钟卫星授时系统中的且处于待校准状态的室内从钟,在预设的广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤更新从钟本地rtc时间:

s201.启动从钟无线通信;

s202.根据从钟本地rtc时间,以单位时间t0为周期,进行时长为第二侦听时长mt2的无线信号侦听,若在所述第二侦听时长mt2内接收到广播授时前导码,则执行步骤s203,否则在侦听结束后,进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,mt2<0.1t0;

s203.在侦听结束后,进入无线通信休眠状态,直到经过第一延迟时长dt1后,进入无线通信接收状态,若成功接收到包含主钟本地rtc时间的广播授时消息,则执行步骤s204,否则再次进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,dt1+mt2<t0,dt1+dt2+mt2>2t0;

s204.根据主钟本地rtc时间更新从钟本地rtc时间,同时将待校准状态更改为已校准状态,并停止从钟无线通信;

s205.在预设的广播授时时间窗口完结时,停止从钟无线通信。

优化的,还包括:

(3)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在预设的请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤发送主钟本地rtc时间:

s301.启动主钟无线通信;

s302.根据主钟本地rtc时间,以单位时间t0为周期,进行时长为第一侦听时长mt1的无线信号侦听,若在所述第一侦听时长mt1内接收到授时请求前导码,则执行步骤s303,否则在侦听结束后进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,mt1<0.1t0;

s303.在侦听结束后进入无线通信休眠状态,直到下一个单位时间t0的起始点,进入无线通信发送状态,并在第三发送时长tt3内发送包含主钟本地rtc时间的授时响应消息,然后再次进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,tt3<0.3t0;

s304.在预设的广播授时时间窗口完结时,停止主钟无线通信;

(4)对于室内外主从钟卫星授时系统中的且处于待校准状态的室内从钟,在预设的请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤更新从钟本地rtc时间:

s401.启动从钟无线通信;

s402.根据从钟本地rtc时间,进入无线通信发送状态,并在第四发送时长tt4内持续发送授时请求前导码,其中,t0<tt4<1.5t0;

s403.进入无线通信休眠状态,并在经过第三延迟时长dt3后,进入无线信号接收状态,若成功接收到包含主钟本地rtc时间的授时响应消息,则执行步骤s404,否则在经过第四延迟时长dt4后,返回执行步骤s402,其中,dt3+tt4<2t0,dt3+dt4+tt4>3t0;

s404.根据主钟本地rtc时间更新从钟本地rtc时间,同时将待校准状态更改为已校准状态,并停止从钟无线通信;

s405.在预设的请求授时时间窗口完结时,停止从钟无线通信。

优化的,还包括:

(5)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在预设的卫星通信时间窗口到达时,按照如下步骤更新主钟本地rtc时间:

s501.启动卫星通信;

s502.若收到卫星信号,并成功获取所述卫星信号中的卫星标准时间信息,则根据所述卫星标准时间信息更新主钟本地rtc时间,同时停止卫星通信,否则在卫星通信时间窗口完结时,停止卫星通信。

优化的,还包括:

(6)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在上电初始化后,开启一次具有无限时长的卫星通信时间窗口,并在完成主钟本地rtc时间的首次更新后,开启一次广播授时时间窗口。

优化的,还包括:

(7)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,在上电初始化后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具有无限时长的广播授时时间窗口。

优化的,还包括:

(8)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,在上电初始化后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具有无限时长的请求授时时间窗口。

优化的,所述广播授时时间窗口与所述请求授时时间窗口在主钟本地rtc时间上不重合,所述广播授时时间窗口与所述请求授时时间窗口在从钟本地rtc时间上也不重合。

优化的,在主钟本地rtc时间上的请求授时时间窗口中,室外主钟进入无线信号侦听的时段与进入无线通信发送状态的时段不重合。

优化的,还包括:

(9)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,若采用石英晶体为从钟本地rtc时间提供走时频率且内部配置温度传感器,则根据由温度传感器定期获取的即时温度值及石英晶体的频率/温度特性,累加计算自前一次更新从钟本地rtc时间以来因温度环境而造成的时间偏差值,并在所述时间偏差值超过最大时间偏差容忍阈值时,设置室外从钟处于待校准状态。

优化的,还包括:

(10)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,若内配有欠压检测模块和马达机芯模块,则在欠压检测模块检测出内部供电电压低于工作电压阈值时,使室内从钟持续停止无线通信,同时通过控制马达机芯模块,使秒针持续停摆,以便指示室内从钟处于欠电状态,直到欠压检测模块检测出内部供电电压恢复至工作电压阈值及以上。

综上,采用本发明所提供的用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法,具有如下有益效果:(1)针对包括室外主钟和室内从钟的室内外主从钟卫星授时系统,本发明提供了一种在室外主钟与室内从钟之间进行低功耗校时方法,不但可以使室内从钟能够通过无线通信方式,获取来自室外主钟的且能与卫星标准时间同步的主钟本地rtc时间,并根据该主钟本地rtc时间更新从钟本地rtc时间,实现对室内时钟的自动卫星授时,大大提高室内时钟的守时精度,还可以在满足及时进行卫星授时的基础上,减小室外主钟和室内从钟在整个卫星授时过程中的功耗开销,降低信息交互成本,利于室外主钟和室内从钟的长期无人值守布置;(2)所述低功耗校时方法还具有可主动/被动双模校时、校时速度快和易于实现等优点,便于实际推广和应用。

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是本发明提供的室内外主从钟卫星授时系统的系统结构示意图。

图2是本发明提供的室外主钟的卫星通信时序示意图。

图3是本发明提供的室外主钟和室内从钟的无线通信时序示意图。

上述附图中:1、室外主钟2、发电装置3、安装支架301、顶部支杆302、侧部支杆11、室内从钟21、通信卫星。

具体实施方式

以下将参照附图,通过实施例方式详细地描述本发明提供的用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法。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。

本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,a和/或b,可以表示:单独存在a,单独存在b,同时存在a和b三种情况,本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系,表示可以存在两种关系,例如,a/和b,可以表示:单独存在a,单独存在a和b两种情况,另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

图1示出了本发明提供的室内外主从钟卫星授时系统的系统结构示意图,图2示出了本发明提供的室外主钟的卫星通信时序示意图,图3示出了本发明提供的室外主钟和室内从钟的无线通信时序示意图。

本实施例提供的所述用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法,包括:

(1)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在预设的广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤发送主钟本地rtc时间:

s101.启动主钟无线通信;

s102.根据主钟本地rtc时间,在第i个单位时间t0的起始点,进入无线通信发送状态,并在第一发送时长tt1内持续发送广播授时前导码(在图3中用bpa表示),其中,i为初始值为1的自然数,t0<tt1<1.5t0;

s103.进入无线通信休眠状态,直到第i+2个单位时间t0的起始点,再重新进入无线通信发送状态,并在第二发送时长tt2内发送包含主钟本地rtc时间的广播授时消息(在图3中用bst表示),其中,tt2<0.3t0;

s104.再次进入无线通信休眠状态,并在i+3≤3n-2时,设置i=i+3,然后返回执行步骤s102,其中,3n为在广播授时时间窗口中单位时间t0的个数;

s105.在预设的广播授时时间窗口完结时,停止主钟无线通信;

(2)对于室内外主从钟卫星授时系统中的且处于待校准状态的室内从钟,在预设的广播授时时间窗口到达时,按照如下步骤更新从钟本地rtc时间:

s201.启动从钟无线通信;

s202.根据从钟本地rtc时间,以单位时间t0为周期,进行时长为第二侦听时长mt2的无线信号侦听(在图3中用上箭头表示),若在所述第二侦听时长mt2内接收到广播授时前导码,则执行步骤s203,否则在侦听结束后,进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,mt2<0.1t0;

s203.在侦听结束后,进入无线通信休眠状态,直到经过第一延迟时长dt1后,进入无线通信接收状态,若成功接收到包含主钟本地rtc时间的广播授时消息,则执行步骤s204,否则再次进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,dt1+mt2<t0,dt1+dt2+mt2>2t0;

s204.根据主钟本地rtc时间更新从钟本地rtc时间,同时将待校准状态更改为已校准状态,并停止从钟无线通信;

s205.在预设的广播授时时间窗口完结时,停止从钟无线通信。

如图1所示,在室内外主从钟卫星授时系统中,包含有一个室外主钟1和若干个室内从钟11,所述室外主钟1一方面可与通信卫星21进行卫星通信,以获取卫星标准时间,并据此更新主钟本地rtc时间,另一方面还可与各个室内从钟进行无线通信,将主钟本地rtc时间授予对应的室内从钟。在上述工作方法(1)和(2)中,提供了一种被动校时的通信方法,其中,两个广播授时时间窗口是分别相对于主钟本地rtc时间和从钟本地rtc时间而言,在室外主钟1与室内从钟11首次完成卫星授时,两个广播授时时间窗口将在卫星标准时间上相接近,从而可以实现在约定的时间段实现室内外通信,完成下一次校时。所述广播授时时间窗口,可以是周期性地开启:例如每隔4个小时开启一个,也可以是按照时间表进行的非周期性地开启:例如在环境温度变化幅度较大的时刻(比如凌晨3点或下午5点)开启一个。此外,所述室内从钟的待校准状态的设置可以是在自行检测后判定,也可以是定时设定,例如每隔1周自动设定为待校准状态。

通过前述方法(1)和(2),不但可以使室内从钟能够通过无线通信方式,获取来自室外主钟的且能与卫星标准时间同步的主钟本地rtc时间,并根据该主钟本地rtc时间更新从钟本地rtc时间,实现对室内时钟的自动卫星授时,大大提高室内时钟的守时精度,使它们从现有的每个月几十秒的累计误差提高到每个月1秒钟,还可以在满足及时进行卫星授时的基础上,减小室外主钟和室内从钟在整个卫星授时过程中的功耗开销,降低信息交互成本,利于室外主钟和室内从钟的长期无人值守布置。若所述单位时间t0为1秒,则可举例地设计tt1为1.2秒,tt2为0.16秒,mt2为0.05秒,dt1为0.7秒,dt2为1.3秒。

优化的,还包括:

(3)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在预设的请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤发送主钟本地rtc时间:

s301.启动主钟无线通信;

s302.根据主钟本地rtc时间,以单位时间t0为周期,进行时长为第一侦听时长mt1的无线信号侦听(在图3中用上箭头表示),若在所述第一侦听时长mt1内接收到授时请求前导码(在图3中用qpa表示),则执行步骤s303,否则在侦听结束后进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,mt1<0.1t0;

s303.在侦听结束后进入无线通信休眠状态,直到下一个单位时间t0的起始点,进入无线通信发送状态,并在第三发送时长tt3内发送包含主钟本地rtc时间的授时响应消息(在图3中用rst表示),然后再次进入无线通信休眠状态,直到进行下一次侦听,其中,tt3<0.3t0;

s304.在预设的广播授时时间窗口完结时,停止主钟无线通信;

(4)对于室内外主从钟卫星授时系统中的且处于待校准状态的室内从钟,在预设的请求授时时间窗口到达时,按照如下步骤更新从钟本地rtc时间:

s401.启动从钟无线通信;

s402.根据从钟本地rtc时间,进入无线通信发送状态,并在第四发送时长tt4内持续发送授时请求前导码,其中,t0<tt4<1.5t0;

s403.进入无线通信休眠状态,并在经过第三延迟时长dt3后,进入无线信号接收状态,若成功接收到包含主钟本地rtc时间的授时响应消息,则执行步骤s404,否则在经过第四延迟时长dt4后,返回执行步骤s402,其中,dt3+tt4<2t0,dt3+dt4+tt4>3t0;

s404.根据主钟本地rtc时间更新从钟本地rtc时间,同时将待校准状态更改为已校准状态,并停止从钟无线通信;

s405.在预设的请求授时时间窗口完结时,停止从钟无线通信。

在上述工作方法(3)和(4)中,还提供了一种主动校时的通信方法,其中,两个请求授时时间窗口是分别相对于主钟本地rtc时间和从钟本地rtc时间而言,在室外主钟1与室内从钟11首次完成卫星授时,两个请求授时时间窗口将在卫星标准时间上相接近,从而可以实现在约定的时间段实现室内外通信,完成下一次校时。所述请求授时时间窗口,可以是周期性地开启:例如每隔4个小时开启一个,也可以是按照时间表进行的非周期性地开启:例如在环境温度变化幅度较大的时刻(比如凌晨3点或下午5点)开启一个。优化的,为了避免在本地rtc时间上出现冲突,所述广播授时时间窗口与所述请求授时时间窗口在主钟本地rtc时间上不重合,所述广播授时时间窗口与所述请求授时时间窗口在从钟本地rtc时间上也不重合。此外,在所述单位时间t0为1秒时,则可举例地设计tt3为0.16秒,tt4为1.1秒,mt1为0.05秒,dt3为0.8秒,dt4为1.3秒。

优化的,还包括:

(5)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在预设的卫星通信时间窗口到达时,按照如下步骤更新主钟本地rtc时间:

s501.启动卫星通信;

s502.若收到卫星信号,并成功获取所述卫星信号中的卫星标准时间信息(在图2中用ss表示),则根据所述卫星标准时间信息更新主钟本地rtc时间,同时停止卫星通信,否则在卫星通信时间窗口完结时,停止卫星通信。

在前述工作方法(5)中,还提供了一种室外主钟与通信卫星通信并保持主钟本地rtc时间与卫星标准时间同步的方法,其中,卫星通信时间窗口是相对于主钟本地rtc时间而言的。所述卫星通信时间窗口,可以是周期性地开启:例如每隔4个小时开启一个,也可以是按照时间表进行的非周期性地开启:例如在环境温度变化幅度较大的时刻(比如凌晨3点或下午5点)开启一个。

优化的,还包括:

(6)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室外主钟,在上电初始化后,开启一次具有无限时长的卫星通信时间窗口,并在完成主钟本地rtc时间的首次更新后,开启一次广播授时时间窗口。

通过前述工作方法(6),还可以确保主钟本地rtc时间在初始化后能够及时的与卫星标准时间和与其关联下的从钟本体rtc时间维持基本同步。

优化的,还包括:

(7)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,在上电初始化后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具有无限时长的广播授时时间窗口。

通过前述工作方法(7),还可以确保从钟本地rtc时间在初始后及时地与主钟本地rtc时间维持基本同步。

优化的,还包括:

(8)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,在上电初始化后,设置从钟本体处于待校准状态,并开启一次具有无限时长的请求授时时间窗口。

通过前述工作方法(8),还可以确保从钟本地rtc时间在初始后进一步及时地与主钟本地rtc时间维持基本同步。

优化的,在主钟本地rtc时间上的请求授时时间窗口中,室外主钟进入无线信号侦听的时段与进入无线通信发送状态的时段不重合。由此在室外主钟中可以采用半双工模式的无线通信模块来实现整个工作方法,维持室外主钟的低设备成本和低通信资源需求的目的。

优化的,还包括:

(9)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,若采用石英晶体为从钟本地rtc时间提供走时频率且内部配置温度传感器,则根据由温度传感器定期获取的即时温度值及石英晶体的频率/温度特性,累加计算自前一次更新从钟本地rtc时间以来因温度环境而造成的时间偏差值,并在所述时间偏差值超过最大时间偏差容忍阈值时,设置室外从钟处于待校准状态。

通过前述工作方法(9),提供一种室内从钟自行检测是否需要校时的方法,可以精确判断是否需要校时,避免进行不必要的无线通信。所述温度传感器可优选设计在石英晶体的毗邻位置,以确保自行检测的高精度。此外,为了提高室内从钟的自守时精度,还可以根据所述即时温度值及石英晶体的频率/温度特性,对从钟本地rtc时间进行补偿校正。

优化的,还包括:

(10)对于室内外主从钟卫星授时系统中的室内从钟,若内配有欠压检测模块和马达机芯模块,则在欠压检测模块检测出内部供电电压低于工作电压阈值时,使室内从钟持续停止无线通信,同时通过控制马达机芯模块,使秒针持续停摆,以便指示室内从钟处于欠电状态,直到欠压检测模块检测出内部供电电压恢复至工作电压阈值及以上。

通过前述工作方法(10),不但可以使室内从钟在欠压状态下,停止卫星授时工作,以便维持最低能耗的休眠,还可以方便室内人员及时发现并更换室内从钟的电池模块。进一步优化的,还可在欠压检测模块检测出内部供电电压恢复至工作电压阈值及以上时,设置室内从钟处于待校准状态,并开启一次具有无限时长的广播授时时间窗口或授时请求时间窗口,以便及时进行守时。

本实施例提供的所述用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法,具有如下有益效果:(1)针对包括室外主钟和室内从钟的室内外主从钟卫星授时系统,本发明提供了一种在室外主钟与室内从钟之间进行低功耗校时方法,不但可以使室内从钟能够通过无线通信方式,获取来自室外主钟的且能与卫星标准时间同步的主钟本地rtc时间,并根据该主钟本地rtc时间更新从钟本地rtc时间,实现对室内时钟的自动卫星授时,大大提高室内时钟的守时精度,还可以在满足及时进行卫星授时的基础上,减小室外主钟和室内从钟在整个卫星授时过程中的功耗开销,降低信息交互成本,利于室外主钟和室内从钟的长期无人值守布置;(2)所述低功耗校时方法还具有可主动/被动双模校时、校时速度快和易于实现等优点,便于实际推广和应用。

如上所述,可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言,根据本发明的教导,设计出不同形式的用于室内外主从钟卫星授时系统的低功耗校时方法并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

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