本实用新型涉及实时时钟领域，特别涉及一种无线时钟设备。
背景技术：
现有的实时时钟设备(Real Time Clock,简称“RTC设备”)一般都需要人工手动校时，校时完之后再次安装到设备，或者是与本地另外一个时钟源进行参考校时，尤其涉及到需要多设备始终同时保持精准走时的场合，上述校时方式不仅操作不方便，而且累计误差较大，很难保证多台设备同时保持相同的精准走时。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为校时方便并且校时精准度高的实时时钟设备提供硬件基础，提出一种无线时钟设备。
本实用新型的无线时钟设备，包括无线校时电路、内部MCU、晶振和RTC芯片；所述晶振与所述RTC芯片通信连接，用于驱动所述RTC芯片在校时前后的精准走时；所述无线校时电路和所述RTC芯片分别与所述内部MCU通信连接；所述内部MCU与外部MCU，或者与手机APP/PC客户端通信连接；所述无线校时电路与路由器无线连接，并通过所述路由器连接NTP服务器以获取标准UTC时间。
在优选的实施方式中，所述无线校时电路为WiFi、蓝牙、红外、Zigbee校时电路中的任意一种或者任意组合。
在优选的实施方式中，当所述无线校时电路为WiFi校时电路时，所述无线校时电路包括WiFi天线和WiFi芯片；当所述无线校时电路为蓝牙校时电路时，所述无线校时电路包括蓝牙天线和蓝牙芯片；当所述无线校时电路为红外校时电路时，所述无线校时电路包括红外芯片；当所述无线校时电路为Zigbee校时电路时，所述无线校时电路包括Zigbee天线和Zigbee芯片。
在优选的实施方式中，当所述无线校时电路为WiFi校时电路时，所述WiFi 芯片通过UART总线、SPI总线或者IIC总线与所述内部MCU连接。
在优选的实施方式中，所述RTC芯片通过IIC总线或者SPI总线与内部MCU 通信连接。
在优选的实施方式中，所述无线校时电路与路由器无线连接，所述路由器与所述NTP服务器通过网线连接，所述无线校时电路通过所述路由器连接并访问所述NTP服务器以获取标准UTC时间。
在优选的实施方式中，当所述内部MCU与所述外部MCU通信连接时，所述内部MCU通过SPI总线、IIC总线或者UART总线与所述外部MCU通信连接；当所述内部MCU与所述手机APP/PC客户端通信连接时，所述内部MCU与所述手机APP/PC客户端通过TCP通信连接。
在优选的实施方式中，当所述内部MCU通过IIC总线与所述外部MCU通信连接时，需要连接的引脚包括SCL、SDA和BUSY引脚，所述SCL、SDA引脚表示所述内部MCU通过所述IIC总线与所述外部MCU相连；所述BUSY引脚为IIC忙信号指示引脚。
在优选的实施方式中，当所述内部MCU通过所述IIC总线与所述外部MCU 通信连接时，需要连接的引脚还包括DA_REC引脚，所述DA_REC引脚为所述无线时钟设备接收网络数据的信号指示引脚，用于使得所述无线时钟设备进行网络数据传输。
在优选的实施方式中，所述的无线时钟设备，还包括充电电池和/或电源管理电路，所述充电电池与所述RTC芯片电连接，用于在断电后向RTC芯片供电；所述电源管理电路与所述无线校时电路电连接，用于转换电压，使得所述无线时钟设备能够适应宽电压范围的外部电源。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：
本实用新型的无线时钟设备，通过无线校时电路实现对RTC芯片的校时操作，改进了此前RTC校时需要人工拆卸下设备，校时完成后再安装的方式，或者是需要以本地时钟源为基准复制时间的方式，为校时方便并且校时精准度高的实时时钟设备提供了硬件基础，消除了其他校时方案中本地时间走时过程中因自身精度带来的累计误差，使得校时过程更方便快捷，并且校时精准度更高。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例中无线时钟设备的内部结构示意图。
图2是本实用新型一个实施例中无线时钟设备的内部结构及其与外部的连接关系示意图。
图3是本实用新型一个实施例中无线时钟设备与外部MCU的连接关系示意图。
图4是本实用新型一个实施例中无线时钟设备与手机APP/PC客户端的连接关系示意图。
图5是本实用新型另一个实施例中无线时钟设备的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
在一个实施例中,本实用新型的无线时钟设备1，如图1所示，包括无线校时电路11、内部MCU12、晶振13和RTC芯片14，其中，无线校时电路11和RTC 芯片14分别与内部MCU12通信连接；晶振13与RTC芯片14通信连接，用于驱动RTC芯片14在校时前后的精准走时。内部MCU12用于接收用户的校时指令，并根据该校时指令控制无线校时电路11获取标准UTC时间，然后根据该标准UTC 时间对RTC芯片14进行校时；无线校时电路11用于在内部MCU12的控制作用下访问外部NTP(Net Time Protocol，网络时间协议，简称“NTP”)服务器并获得标准UTC时间。在优选的实施例中，为了减小体积，晶振13与RTC芯片14 可以集成在一起。
在本实用新型的一个具体的实施例中，无线时钟设备1的内部构造及其与外部的连接关系如图2所示。在图2中可以看到，在本实施例中，无线校时电路 11具体为WiFi校时电路，包括WiFi天线111和WiFi芯片112，其中，WiFi天线111和WiFi芯片112之间通过射频天线连接，WiFi芯片112与内部MCU12通过UART总线连接，具体地通过接收线路RX和发送线路TX连接；另外，RTC芯片与内部MCU通过IIC总线连接，具体地通过信号传输线路SCL和数据传输线路 SDA连接。在本具体实施例中，WiFi天线111与路由器2无线连接，而路由器2 又与NTP服务器3通过网线连接，从而，本实施例的WiFi天线111可通过路由器2访问远端NTP服务器，并利用TCP/IP协议获取标准UTC时间。
在其他变形实施例中，WiFi芯片112还可以通过IIC或者SPI等其他总线与内部MCU12通信连接；RTC芯片还可以通过SPI总线与内部MCU通信连接，均属于对本案的简单变形或变换，落入本案的保护范围。
在其他变形实施例中，无线校时电路11还可以为蓝牙、红外、Zigbee校时电路中的任意一种或者任意组合，或者无线校时电路11还可以为蓝牙、红外、 Zigbee校时电路与上述WiFi校时电路的任意组合，来达到资源互补的效果，提高无线连接的可靠性。当无线校时电路11为蓝牙校时电路时，无线校时电路11 包括蓝牙天线和蓝牙芯片；当无线校时电路11为红外校时电路时，无线校时电路11包括红外芯片；当无线校时电路11为Zigbee校时电路时，无线校时电路 11包括Zigbee天线和Zigbee芯片。具体地，当无线校时电路11为红外校时电路时，此时需要外部连接的路由器也具备红外接收和发送功能，来自NTP服务器的时间信息数据将转化为红外线编码数据，并带有约定的数据头，本实用新型无线时钟设备内部的红外校时电路则一直接收红外信息，当识别到带有时间信息的红外有效数据格式时，把此信息发送给红外芯片，内部MCU则通过对红外芯片进行数据读取，同样可以实现对内部RTC芯片进行校时。当把路由器与时钟设备中红外芯片换成zigbee芯片或蓝牙芯片时，均同样可以实现上述校时功能，在此不再赘述。
在以下的说明中，将以WiFi校时电路为例进行说明，但是并不意味着本实用新型的无线校时电路仅仅为WiFi这一种方式，其他任何能够与路由器建立无线连接的校时电路，如上所述的蓝牙、红外、Zigbee等校时电路，均属于对本案的简单变形或变换，落入本案的保护范围。
本实用新型的无线时钟设备(在后文中简称“时钟设备”或者“设备”)进行无线校时的过程为，首先无线校时电路与路由器建立无线连接。具体地，当本实用新型的无线时钟设备上电后内部MCU启动，会首先自动判断局域网内WiFi 名称及密码与内部MCU程序中默认设置的WiFi名称及密码是否相符，并检查端口连接情况，相一致则可以进行连接，否则休眠等待，内部MCU程序中默认的 WiFi名称及密码可以通过外部MCU进行指令更改。
当无线校时电路与路由器建立无线连接后，内部MCU接收校时指令并与其内部预存的校时指令相比较，当二者一致时，内部MCU将该校时指令发送给无线校时电路中WiFi芯片，否则内部MCU一直休眠等待相应指令触发。
当内部MCU将校时指令发送给WiFi芯片后，WiFi芯片接收该校时指令，并通过路由器访问NTP服务器，获得标准UTC时间，然后将该标准UTC时间传输到内部MCU。具体地，WiFi芯片通过连接NTP服务器的Daytime端口获得标准UTC 时间，Daytime服务是基于TCP的应用，服务器在TCP端口号13侦听，一旦有连接建立就返回ASCII形式的日期和时间数据，在传送完之后关闭连接。
当WiFi芯片将标准UTC时间传输到内部MCU后，内部MCU接收该标准UTC 时间数据，并检测字符串是否有“UTC”以判断时间格式是否准确，然后将该时间信息转换成RTC芯片识别的格式(主要提取时钟信息，然后进行计算转化，根据时区加减，例如，中国东8区，即加8个小时)，然后对设备内部的RTC芯片进行校时。
本实用新型的无线时钟设备在应用时，可以通过以下两种途径接收用户的校时指令，分别如图3和图4所示。在图3中，本实用新型无线时钟设备的内部 MCU与外围MCU相连，需要连接的引脚为SCL、SDA、BUSY引脚，如果要进行网络数据传输，则还要连接DA_REC引脚，其中，SCL、SDA引脚表示内部 MCU通过IIC总线与外围MCU相连；BUSY引脚连接到内部MCU的IO脚， BUSY引脚为IIC忙信号指示引脚。在本实施例中，定义BUSY引脚为“1”时表示空闲状态，此时可以通过外部MCU操作IIC总线向内部MCU传输信号或数据；BUSY引脚为“0”时为忙状态，此时禁止通过外部MCU操作IIC总线向内部MCU传输信号或数据。在通过外部MCU对IIC总线进行操作前必须先读 BUSY引脚的状态，为闲状态时才能进行下一步的操作。
在本实施例中，时钟设备的内部MCU芯片具备IIC通信的主设备与从设备功能，当设备上电后，内部MCU初始化，并检测是否连接上路由器，设备内部MCU 默认设置为从设备功能，此时等待外部MCU的指令，当没有来自外部MCU的指令时，设备进入休眠等待状态。当内部MCU接收到外部MCU的校时指令后，BUSY 引脚的状态就会由“1”变为“0”，此时内部MCU具有主设备功能，能够控制 WiFi芯片获取标准UTC时间，并根据该标准UTC时间对RTC芯片进行校时。在本实施例中，用户可以通过外部MCU、内部MCU以及RTC芯片之间的IIC总线，来间接读取RTC芯片中的时间数据信息或者控制RTC芯片。在其他的变形实施例中，如图3所示，外部MCU还可以通过IIC总线直接与RTC芯片连接，此时用户可以直接通过外部MCU读取RTC芯片中的时间数据信息或者控制RTC芯片。
在本实施例中，DA_REC引脚为无线时钟设备接收网络数据的信号指示引脚，为“1”时表示空闲状态，即没有接收到网络数据，为“0”时表示忙状态，即无线时钟设备已经接收到来自PC/APP的网络数据，此时再直接通过外部MCU使用 IIC方式直接读取数据就可以了。
本实用新型的无线时钟设备具有数据传输功能，例如，设备发送数据给PC 客户端，首先在手机APP/PC客户端上打开网络调试助手，网络协议选择为 TCP Client模式，先通过指令使设备连接上路由器，然后通过网络访问路由器设置界面可以查询到已连接的设备IP地址，如设备地址为192.168.0.2，或者直接通过指令读取设备的IP地址，然后把获取的设备IP地址填入网络调试助手菜单选项服务器IP框，服务器端口号为8080，查看手机APP/PC客户端本地的 IP地址，如手机APP/PC客户端IP地址为192.168.0.3，然后外部MCU通过IIC 指令打开设备的网络传输功能，设置设备传输类型为TCP方式，并向其传输手机 APP/PC客户端的IP地址192.168.0.3和端口号8080，然后外部MCU发送需求数据信息给内部MCU，此时就可以在电脑网络调试助手接收框中看到时钟设备发送的响应数据信息了。
再例如，设备接收手机APP/PC客户端发出的数据，首先打开手机APP/PC客户端的网络调试助手，网络协议选择为TCP Server模式，分别填写手机APP/PC 客户端本地IP地址192.168.0.3和本地端口号8080，点击连接，此时外部MCU 判断DA_REC引脚的值是否为“0”，如果为“0”，则表示设备已经接收到来自手机APP/PC客户端的网络数据，然后再使用IIC方式直接读取SDA数据线上的值就是PC客户端发给设备的数据值，为“1”则继续等待，等待时间超过5分钟则内部单片机休眠，并断开网络连接。
由上述可知，在图3所示的实施例中，用户只需使用IIC通信就可以完成所有操作，IIC通信操作简单、占用资源少，用户只需要使用几个简单的IIC操作指令，就可以使本实用新型的无线时钟设备实现复杂的网络校时及数据传输功能，用户无需深入了解网络知识，也能轻松获取有用网络信息。
本实用新型的无线时钟设备在应用时，可以通过手机APP/PC客户端接收用户的校时指令，如图4所示。在图4中，手机APP/PC客户端与设备的内部MCU 通过TCP通讯连接，当用户想要通过手机APP/PC客户端向设备的内部MCU发送校时指令时，首先打开手机APP/PC客户端的网络调试助手，网络协议选择为 TCP Server模式，分别填写手机APP/PC客户端本地IP地址，例如192.168.0.3 和本地端口号，例如8080，点击连接，此后就可以通过手机APP/PC客户端向内部MCU发送校时指令了。MCU接收到该校时指令后，就可以控制WiFi芯片获取标准UTC时间了，具体的校时过程与图3所示的无线时钟设备类似，在此不再赘述。在本实施例中，利用手机APP/PC客户端使用TCP通信对时钟设备进行校时，不需要设备通过SPI、IIC、UART等总线与外部MCU相连接，进一步简化了时钟设备的校时过程。
在优选的实施例中，本实用新型的无线时钟设备，如图5所示，还可以包括充电电池15和/或电源管理电路16，其中，充电电池15与RTC芯片电连接，用于在断电后向RTC芯片供电，使得本实用新型的无线时钟设备在长时间断电后也可以保证走时不错乱，计时过程不受外界的干扰，保持较高的可靠性；电源管理电路16与无线校时电路11电连接，用于转换电压，扩大用户的电压选择范围。例如，在一个实施例中，WiFi芯片和内部MCU的工作电压为3.3v，通过电源管理电路16，设备可以在外部电源3v-5.5v宽压范围内正常工作。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分组合成新的部件，以实现本实用新型的目的，均属于对本案的简单变形或变换，落入本案的保护范围。
本实用新型的无线时钟设备，通过无线校时电路实现对RTC芯片的校时操作，改进了此前RTC校时需要人工拆卸下设备，校时完成后再安装的方式，或者是需要以本地时钟源为基准复制时间的方式，简化了操作步骤，具有自动化、可编程、实用、精准等特点，消除了其他校时方案中本地时间走时过程中因自身精度带来的累计误差，使得校时过程更方便快捷，并且校时精准度更高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。