本发明涉及大型钟表控制领域，尤其涉及一种塔钟控制系统及塔钟掉电追时方法。
背景技术：
塔钟是公共生活中的重要角色，其作为公共场所(例如，车站，广场、机场等)的公共设施，为人民的生活提供了便利。随着经济的发展，城市建筑物的塔钟越来越多，然而，现有的塔钟，大部分采用小规模集成电路控制步进电机进行追时，整个系统体积大，准确性不高。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种塔钟控制系统及塔钟掉电追时方法，采用GPS授时、RTC芯片授时、控制装置自带时钟授时、基于外部按键输入授时、基于GSM输入授时中的至少两中授时方式对塔钟进行授时，以提高授时精准度，且根据塔钟掉电时的具体情况进行追时类型判断，并根据追时类型确定追时方案，且在根据追时方案进行追时的具体追时过程中，采用霍尔传感器进行指针位置判断，实现精确追时。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种塔钟控制系统，包括：
控制装置，授时系统，钟芯驱动器，钟芯电机，霍尔传感器，时钟机芯，GSM无线通讯装置，接口电路；
控制装置分别连接于授时系统、钟芯驱动器、GSM无线通讯装置和接口电路；
钟芯电机分别连接于钟芯驱动器、霍尔传感器和时钟机芯。
进一步地，授时系统包括，GPS授时系统和RTC授时系统。
进一步地，授时系统包括，GPS授时、RTC芯片授时、控制装置自带时钟授时、基于外部按键输入授时、基于GSM输入授时中的至少两种授时方式；其中，
GPS授时的优先级为第一优先级；
RTC芯片授时的优先级为第二优先级；
控制装置自带时钟授时的优先级为第三优先级；
基于外部按键输入授时的优先级为第四优先级；
基于GSM输入授时的优先级为第五优先级。
进一步地，钟芯电机的传动比为1:200；时钟机芯的传动比为1:240。
进一步地，RTC芯片的型号为DS3231。
进一步地，控制装置为型号为STM32F407的微控制处理器。
进一步地，还包括：照明装置，用于在设定时间区域内进行照明；照明装置连接于控制装置。
进一步地，还包括：整点报时装置，用于在设定时间点进行音频报时；整点报时装置包括，音频处理器，音乐存储器，功放设备，扬声器，GSM无线通讯装置，接口电路；
其中，音频处理器分别连接于控制装置、音乐存储器和功放设备；扬声器连接于功放设备。
第二方面，本发明实施例提供了一种塔钟掉电追时方法，应用于第一方面实施例提供的塔钟控制系统，包括：
检测到系统上电时，从RTC芯片中获取塔钟最近一次的掉电时间信息，以及从钟芯驱动器获取掉电调时记录信息；
根据掉电时间信息和掉电调时记录信息，判断追时类型；
根据追时类型，确定相适应的追时方案进行追时。
进一步地，追时方案包括，追时时长，追时时长内的驱动步数，追时方向。
本发明实施例提供的塔钟控制系统及塔钟掉电追时方法，采用GPS授时、RTC芯片授时、控制装置自带时钟授时、基于外部按键输入授时、基于GSM输入授时中的至少两中授时方式对塔钟进行授时，以提高授时精准度，且根据塔钟掉电时的具体情况进行追时类型判断，并根据追时类型确定追时方案，且在根据追时方案进行追时的具体追时过程中，采用霍尔传感器进行指针位置判断，实现精确追时。
本发明的有益效果为：
1)采用高性价比的微控制处理器作为控制装置，降低了成本；
2)具有GPS授时和RTC授时双授时系统，同时增加了备份机，提高了授时精准度，同时也提高了钟芯控制的精准度；
3)采用了基于接口电路的以太网通讯和基于GSM技术的GPRS通讯两种通讯方式，有效的提高了设备的远程操作性能与通讯可靠度；
4)在驱动钟芯的算法上，采用冗余修正与反馈修正两种算法，极大的提高了对钟芯的控制精度；
5)内部系统能完成自检功能，能有效对重要部件实现状态监控与报警；
6)附件功能完备，具有照明装置、整点报时装置，极大地提高了产品附加价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的塔钟控制系统的框图；
图2是本发明实施例提供的塔钟控制系统的另一框图；
图3是本发明实施例提供的塔钟控制系统的又一框图；
图4是本发明实施例提供的通讯控制流程图；
图5是本发明实施例提供的基于短信远程调时控制流程图；
图6是本发明实施例提供的塔钟掉电追时方法的流程图；
图7是本发明实施例提供的追时类型为正常运行时的掉电追时对应的控制流程图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
实施例一
本实施例中，各附图标记的含义为：1、控制装置；2、授时系统；3、GSM无线通讯装置；4、接口电路；5、钟芯驱动器；6、钟芯电机；7、霍尔传感器；8、时钟机芯；9、照明装置；10、音频处理器；11、音乐存储器；12、功放设备；13、扬声器。
结合图1，本实施例提供的塔钟控制系统，包括：
控制装置1，授时系统2，钟芯驱动器5，钟芯电机6，霍尔传感器7，时钟机芯8，GSM无线通讯装置3，接口电路4；
控制装置1分别连接于授时系统2、钟芯驱动器5、GSM无线通讯装置3和接口电路4；
钟芯电机6分别连接于钟芯驱动器5、霍尔传感器7和时钟机芯8。
本发明实施例提供的塔钟控制系统，采用GPS授时、RTC芯片授时、控制装置1自带时钟授时、基于外部按键输入授时、基于GSM输入授时中的至少两中授时方式对塔钟进行授时，以提高授时精准度，且根据塔钟掉电时的具体情况进行追时类型判断，并根据追时类型确定追时方案，且在根据追时方案进行追时的具体追时过程中，采用霍尔传感器7进行指针位置判断，实现精确追时。
优选地，授时系统2包括，GPS授时系统和RTC授时系统。本实施例中，GPS授时、RTC芯片授时是两种必备的授时方式，且具体为，采用GPS授时系统进行授时，且在外部无GPS信号时，启动RTC授时系统进行授时，双授时机制，精度更高。
进一步优选地，授时系统2包括，GPS授时、RTC芯片授时、控制装置1自带时钟授时、基于外部按键输入授时、基于GSM输入授时中的至少两种授时方式；其中，
GPS授时的优先级为第一优先级；
RTC芯片授时的优先级为第二优先级；
控制装置1自带时钟授时的优先级为第三优先级；
基于外部按键输入授时的优先级为第四优先级；
基于GSM输入授时的优先级为第五优先级。
本实施例中，可以不仅仅限于是GPS授时、RTC芯片授时两种授时方式，还可以是更多的授时方式的结合，以提高授时精准度。更加具体地，各授时方式说明如下：
1)GPS授时。塔钟装置最基本的授时方式，塔钟正常运行过程当中，不断从卫星上面获取准确的时间，作为塔钟装置运行的基准时间。
2)RTC芯片授时。塔钟装置正常运行的时候，会将当前的时间，包括年、月、日、小时、分钟、秒钟写入外部RTC时钟芯片DS3231，等发生因为断电系统重启的情况的时候，装置将外部RTC时钟芯片的数据读取出来，作为当前塔钟装置的目标时间，来校准塔钟装置因为掉电而产生的时间误差，可解决塔钟因为掉电而产生钟表面时间和当前时间不符合的现象，掉电追时可以精确到秒。
3)控制装置1自带时钟授时。微控制处理器自带时钟维持系统稳定，同时对外发出警报。
4)基于外部按键输入授时。当发生钟表面时间无法通过1)和2)两种方式调整到准确时间的时候，可以通过人为调整按键的方式来调整钟表面的时间，调整的时间可以精确到秒。
5)基于GSM输入授时。该方式方便快捷，通过手机端向塔钟装置发送带有准确时间的命令来完成远程控制塔钟装置调时。
优选地，钟芯电机6的传动比为1:200；时钟机芯8的传动比为1:240。本实施例中，时钟机芯8采用1:240的传动比方案，驱动电机采用1:200的传动比方案，则其最终的传动比为1:4800。时钟机芯8没有秒针，其直接驱动分针，则一小时60分钟完成对外4800次驱动，合计每秒1.6666667次驱动，为了避免这种无限循环小数导致的误差，采用每15秒一次驱动20次。
在进行时间调整的过程之中，设定驱动方式为每秒驱动20次，则时间调整的速率是正常运行速率的15倍。其中考虑调整过程所耗费的时间，对调整时间进行递减或递增即可。此外，在时钟机芯8的电机反馈轴上装有霍尔传感器7，在每驱动200次的时候，即驱动电机旋转一周，即可获得一个冲击信号，根据这个信号可以对时钟指针的位置进行判断，并修正时钟指针位置。
更加具体地，本实施例中，时钟机芯8控制方法如下：
(1)检查RUN标志位，RUN标志位有三种状态，即NORMAL和FAST以及PAUSE。当标志位为NORMAL时，时钟为正常驱动模式。当标志位为FAST时，时钟处于调时模式。当标志位为PAUSE时，时钟电机为暂停模式。
(2)当RUN标志位为NORMAL时，每15秒对电机进行20次驱动，并且记录驱动次数
(3)当检测到反馈的冲击信号，检查驱动次数，如果驱动次数等于200次，则证明驱动无误。如果小于200次，则在下一个驱动周期多驱动相应的步数。如果大于200次，则计算多驱动的步数，并在下一次少驱动相应的步数。这样就可以保证对钟表机芯的驱动在150秒内，是绝对准确的数值。
(4)当RUN标志位为FAST时，计算程序要求调整的时间值，调整的同时在中断里计算出调整所耗费的时间以及对应的电机驱动步数，并确定调整方向，对原来计算出的电机调整步数进行修正以确保调时准确。
(5)当RUN标志位为PAUSE时,停止对相应的电机进行驱动，以便进行时间设定和调整。
(6)每次收到反馈的冲击信号之后，驱动步数计数清零。
优选地，RTC芯片的型号为DS3231。本实施例中，需要说明的是，传统的钟表行业所设计的“掉电追时”大部分都是采用UPS备用电源的方式，这种方式需要采用一块容量大的电池，不仅增加了产品的体积还提高了产品的成本。本实施例中，利用DS3231时钟芯片的空余寄存器作为掉电数据存储区将掉电数据记录下来，并在系统上电时，根据所记录的数据进行追时，可避免采用大容量UPS电源供电。
进一步优选地，控制装置1为型号为STM32F407的微控制处理器。本实施例中，基于微控制处理器STM32F407能够在掉电时自动追时，追时过程中掉电后再重新准确追时。
优选地，如图2所示地，还包括：照明装置9，用于在设定时间区域内进行照明；照明装置9连接于控制装置1。本实施例中，照明装置9在天黑时自动开启照明，便于人们观看。
进一步优选地，如图3所示地，还包括：整点报时装置，用于在设定时间点进行音频报时；整点报时装置包括，音频处理器10，音乐存储器11，功放设备12，扬声器13，GSM无线通讯装置3，接口电路4；
其中，音频处理器10分别连接于控制装置1、音乐存储器11和功放设备12；扬声器13连接于功放设备12。本实施例中，整点报时装置在设定时间点以设定音频进行播报。且具体地，播报的音频可以进行设定，设定方式包括，控制装置1预存控制指令，通过接口电路4接收本地塔钟控制柜中输入的控制指令，也可以通过GSM无线通讯装置3接收指定手机号码的手机发出的控制指令，三种方式均可实现对音频进行播报设置，控制方便灵活，且造价成本低。
需要说明的是，本实施例中，可以基于接口电路4通过以太网通讯接收本地塔钟控制柜中输入的控制指令，也可以基于GSM技术的GPRS通讯接收指定手机号码的手机发出的控制指令，且控制指令所指向的操作可以是开启照明功能，可以是开启音频播报功能，也可以是开启调时功能。且具体地，如图4所示地，通讯流程为：
(1)通讯以以太网为最高优先级；
(2)当以太网收到信息判断信息的类别是调时信息或是问询和设置信息；
(3)当以太网收到调时信息时，计算需要调整的时间，并驱动电机进行相应的调整；
(4)当以太网收到问询和设置信息时，回复相应的信息并进行相应的设置更改；
(5)通讯以GPRS为次要优先级；
(6)当GPRS收到信息判断信息类型是调时信息或是问询和设置信息；
(7)当GPRS收到调时信息是，计算需要调整的时间，并驱动电机进行相应的调整；
(8)当GPRS收到问询和设置信息是，会服务相应的信息并进行相应的设置更改；
(9)系统以每30分钟进行一次系统故障自检，如果发现故障信息，通过以太网发送报警信息；
(10)系统以每30分钟进行一次系统故障自检，如果发现故障信息，通过GPRS发送报警信息。
此外，针对基于短信远程调时，如图5所示地，其处理流程如下：
(1)当GSM模块收到短信，判断是否是管理员手机号；
(2)如果不是管理员手机号，则丢弃该信息；
(3)如果是管理员手机号，则判断该信息类型是问询信息还是调时信息；
(4)若该信息是问询信息，则通过短信返回相应的参数；
(5)若该信息是调时信息，则判断信息中包含的是调整的哪一个子钟；
(6)确定调整子钟，计算需要调整的时间；
(7)更改驱动模式为FAST，驱动电机进行调时；
(8)判断调时是否结束，若未结束，对反馈信号进行检测；
(9)根据反馈信号结果，对调时过程之中的误差进行修正，继续调整时间；
(10)若调时结束，更高驱动模式为NORMAL，正常驱动时钟运行；
(11)向管理员手机号回复“设置成功”；
(12)结束。
实施例二
结合图6，本发明实施例提供的塔钟掉电追时方法，应用于实施例一提供的塔钟控制系统，包括：
步骤S1，检测到系统上电时，从RTC芯片中获取塔钟最近一次的掉电时间信息，以及从钟芯驱动器获取掉电调时记录信息；
步骤S2，根据掉电时间信息和掉电调时记录信息，判断追时类型；
步骤S3，根据追时类型，确定相适应的追时方案进行追时。
本发明实施例提供的塔钟掉电追时方法，采用GPS授时、RTC芯片授时、控制装置自带时钟授时、基于外部按键输入授时、基于GSM输入授时中的至少两中授时方式对塔钟进行授时，以提高授时精准度，且根据塔钟掉电时的具体情况进行追时类型判断，并根据追时类型确定追时方案，且在根据追时方案进行追时的具体追时过程中，采用霍尔传感器进行指针位置判断，实现精确追时。
本实施例中，追时类型包括：塔钟正常运行时的掉电追时和塔钟在追时过程中的掉电追时。其中，
追时类型为塔钟正常运行时的掉电追时：塔钟在运行过程中控制装置会实时地检测系统是否断电，并将重要的数据写入DS3231的空闲寄存器。当系统发生断电时，数据会保存下来。等到再次上电以后，控制装置将保存下来的数据读出来，计算出系统掉电时长，驱动塔钟四个面对应的四个子钟进行追时。
追时类型为塔钟在追时过程中的掉电追时：塔钟在安装过程中，会进行初始的调时校准工作，由于安装工地供电不稳定，经常会出现断电事故。若在塔钟进行追时的过程中出现掉电，则控制装置会把调时结束时驱动器转的步数记录下来，待上电后求出驱动器未执行完的步数，继续执行。另一方面控制装置也会根据掉电时刻和上电时刻求出掉电时长，并计算出需要驱动的步数，让电机执行。
综上，本实施例针对追时过程中掉电的不同情况，进行了分类型处理。此外，针对塔钟的四个子钟，可以进行单独控制也可以进行统一控制，且具体地，四个子钟所处的追时类型可以相同，也可以不同，本实施例的系统可以单独记录各个子钟的运行情况，且进行上电后的驱动工作。
具体地，追时方案包括，追时时长，追时时长内的驱动步数，追时方向。
更加具体地，本实施例中，如图7所示地，追时类型为正常运行时的掉电追时对应的控制流程为：
(1)系统正常运行时会每秒将标准时间和钟表面时间写入DS3231时钟芯片的空闲寄存器一次；
(2)若是系统突然掉电，则在重新上电时，系统主控制器会从DS3231芯片中读出上次存储的系统标准时间和钟表时间；
(3)主控器利用当前的标准时间减去从DS3231中读出的标准时间得出系统的掉电时长，并计算出需要驱动电机运行的步数；
(4)主控器驱动电机进行追时，追时的过程中会采用中断的方式将追时花费时间对应的电机驱动步数和(3)中计算出来的步数进行叠加；
(5)最终系统标准时间和子钟表面时间相一致。
四面子钟同时追时的掉电追时对应的控制方法为：
(1)在四个子钟同时进行追时的过程中系统会将当前系统标准时间和子钟表面时间写入DS3231时钟芯片的空闲寄存器(每秒一次)；
(2)若追时还未完成，系统突然掉电。则在下次上电时，系统会从DS3231芯片中读出上次存储的系统标准时间和钟表时间；
(3)主控器利用当前的标准时间减去从DS3231中读出的标准时间得出系统的掉电时长，并计算出需要驱动电机运行的步数；
(4)主控制器利用从DS3231中读出的标准时间减去从DS3231中读出的子钟表面时间计算出上次追时未完成的时长部分，并进一步求出其所需的驱动步数；
(5)主控制器将(3)和(4)所求出的电机驱动步数进行求和，得出电机需要被驱动的总步数；
(6)主控器驱动电机进行追时，追时的过程中会通过中断将追时所花费时间对应的电机驱动步数和(5)中计算出来的总步数进行叠加；
(7)最终系统标准时间和子钟表面时间相一致。
四面子钟单独追时的掉电追时对应的控制流程为：
(1)若某个子钟追时，其余子钟正常运行或者追时节奏不同时，主控制器会将单个子钟的表面时间和标准时间进行分别记录(每秒一次)；
(2)若追时还未完成，系统突然掉电。则在下次上电时，系统会从DS3231芯片中分别读出记录的四面子钟的表面时间和标准时间；
(3)主控器利用当前的标准时间减去从DS3231中读出的标准时间得出系统的掉电时长，并计算出需要驱动电机运行的步数。四面子钟的掉电时长是相同的，因此计算出的电机步数也相同；
(4)主控制器利用从DS3231中读出的标准时间减去从DS3231中读出的各个子钟表面时间逐一计算出每一面子钟上次追时未完成的时长部分，并进一步求出其所需的驱动步数；
(5)主控制器对每一面子钟所求出的(4)中电机驱动步数和(3)中电机驱动步数进行求和，得出每一面子钟电机需要被驱动的总步数；
(6)主控器驱动电机进行追时，追时的过程中会通过中断将追时所花费时间对应的电机驱动步数和(5)中计算出来的总步数进行叠加，由于每一面子钟的驱动总步数不同因此其上电后的追时时间也不同，对应追时时长计算出的步数也不同；
(7)最终系统标准时间和子钟表面时间相一致。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。