一种区域时钟机芯及控制设计方法.pdf

本发明公开了一种区域时钟机芯及控制设计方法，属计时仪器技术领域。本发明所述的区域时钟机芯包括机芯夹板、步进电机、钟针组件和齿轮减速传动机构，其特殊之处是所述的区域时钟机芯包括设置一同步减速电机，其输出端的齿轮直接与固定安装在秒轮轴上的秒轮啮合连接，秒轮上设一孔并在其两端设一光电开关。所述的控制设计方法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设置于控制。本发明与现有技术相比具有秒针连续运针，在220V主电源断开后仍能保证时钟运行3小时等待接通主电源；在仍不能得到主电源供电时，时分针自动归位12点位置，已达到给旅客发出时钟有故障，请注意告警信息，不要因此而耽误旅行等突出的实质性特点和显著的进步。

1.  一种区域时钟机芯，包括机芯夹板、步进电机、钟针组件和齿轮减速传动机构，其特征是所述的区域时钟机芯包括设置一同步减速电机，其输出端的齿轮直接与固定安装在秒轮轴上的秒轮啮合连接，秒轮上设一孔并在其两端设一光电开关。

2.  根据权利要求1所述的区域时钟机芯，其特征是所述的同步减速电机自带减速机构，其输出轴的转速为1.2转/分，输出端的齿轮齿数为61，秒轮的齿数为73，二者传动比为1∶1.1967。

3.  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、告警信息反馈项目设置与控制，其特征是所述电源供电项目设有蓄电池供电装置，在220V主电源正常供电状态下设置有为蓄电池充电的充电器；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，以保证步进电机带动分、时针继续运行3小时；3小时之内220V主电源接通，时钟自动切换到由220V主电源供电。

4.  根据权利要求3所述的区域时钟机芯的控制设计方法，其特征是所述蓄电池供电装置包括警报信息分析模块根据蓄电池可支配电量保电运行3小时仍不能接通220V主电源时，启动有关程序并保证时、分针在蓄电池耗尽电量之前自动归位12点位置。

5.  根据权利要求3或4所述的区域时钟机芯的控制设计方法，其特征是所述的蓄电池为高容量电容，以其放电时间足够长，以达到使时钟在主电源断开后能及时发出警报信息。

一种区域时钟机芯及控制设计方法
技术领域
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及控制设计方法。
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如：车站、港口、机场、地铁的不断落成，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。中国国家知识产权局2000年3月1日授权公告的公告号为：CN2366873Y，公开的发明创造名称为一种带自动控制功能的子钟的实用新型专利就是其中一例。该实用新型专利说明书公开的技术方案是：在时轮片上和安装在分轮轴上的检测盘设置光电传感器。该时钟机芯作为智能型区域时钟的终端子钟机芯，为指针式时钟向区域时钟迈进起到了积极的作用，但也存在有较明显的技术缺陷，其一是在分轮轴上设置光电检测盘造成光电检测盘在分轮轴上与分轮片重复设置，不仅增加分轮轴的运载负荷而且还浪费材料、增加成本；其二是无秒针传动装置，而国内外公开使用的现有秒针传动是秒轮轴通过两级齿轮减速传动机构与步进电机啮合连接，不仅减速传动机构复杂，而且步进电机的驱动带动秒针的是跳针运行，其视觉效果不好；其三是现有使用的区域时钟都采用220V主电源直接供电，一旦发生主电源断开事故，终端时钟将全部停止，特别容易给旅客造成一种错觉而发生延误时机的事件；因此如何克服现有技术的不足，仍然是本技术领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
本发明的发明目的旨在克服现有技术的不足，而提供一种结构简单可靠、节省材料和生产工艺、技术方案新颖并可实现校准时间短、远距离控制可靠，秒针连续运针并实现整分零秒运行的远距离控制的区域时钟机芯。
本发明的另一发明目的在于提供一种能够在主电源断开事故发生后，启动蓄电池供电的方案，保证时钟在一定时间内时分针正常运行，并在蓄电池可支配电量耗尽前自动归位12点位置，达到能给旅客发布本时钟停止运行，请注意不要耽误旅行的警告信息的区域时钟及控制设计方法。
为实现本发明的上述发明目的，本发明是采用实施如下技术方案的：一种区域时钟机芯，包括机芯夹板、步进电机、钟针组件和齿轮减速传动机构，其特殊之处是所述的区域时钟机芯包括设置一同步减速电机，其输出端的齿轮直接与固定安装在秒轮轴上的秒轮啮合连接，秒轮上设一孔并在其两端设一光电开关。
为进一步实现本发明的上述发明目的，上述技术方案的优选方案是：
上述所述的同步减速电机自带减速机构，其输出轴的转速为1.2转/分，输出端的齿轮齿数为61，秒轮的齿数为73，二者传动比为1∶1.1967。
为进一步实现本发明的上述发明目的，本发明还采取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、告警信息反馈项目设置与控制，其特殊之处是所述电源供电项目设有蓄电池供电装置，在220V主电源正常供电状态下设置有为蓄电池充电的充电器；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，以保证步进电机带动分、时针继续运行3小时；3小时之内220V主电源接通，时钟自动切换到由220V主电源供电。
为进一步实现本发明的上述发明目的，上述技术方案优选方案是：
上述所述蓄电池供电装置包括警报信息分析模块根据蓄电池可支配电量保电运行3小时仍不能接通220V主电源时，启动有关程序并保证时、分针在蓄电池耗尽电量之前自动归位12点位置。
上述所述的蓄电池为高容量电容，以其放电时间足够长，以达到使时钟在主电源断开后能及时发出报警信息。
本发明与现有技术相比具有如下突出的实质性特点和显著的进步：其一是本发明所述的方案中采取在时轮片、分轮片上分别设置一相同的孔，并在两孔相重合的外端部各设置一光电开关的技术方案，这一技术方案不仅达到了时、分针在12点位置时的标准设置，便于自动校准，而且也省去了现有技术中设置光电检测盘，减少了光电检测盘给分轮轴所造成的运载负荷，提高了走时精度，也节省了材料和生产工艺，降低了生产成本，提高经济效益；其二是本发明采取用秒轮与同步减速电机输出端的齿轮直接啮合连接的技术方案，不仅将现有技术的两级齿轮减速传动机构变成一级齿轮减速传动机构，直接简化了传动机构的设置，节省了零部件的加工过程和材料费用，降低了产品成本，提高了经济效益，而且克服了现有技术中采用步进电机带动秒针呈现跳动运针的弊端，使本发明所述的秒针具有连续平稳运针的显著特点；其三是本发明采取限定同步减速电机输出轴的转速为1.2转/分，输出端的齿轮齿数为61，秒轮的齿数为73，二者传动比为1∶1.1967，可达到秒针运行时间比标准时间每分钟快约100ms，基本上与整分零秒的要求已经很接近，为此再采取在秒轮片上设一孔并在其两端设一光电开关的技术方案，当秒针运行至12点位置时，秒轮上的孔正与光电开关所对应，此时电控部分得到指令，同步减速电机停转，待标准时间为整分零秒时启动同步减速电机，这样就不仅达到秒针与分针为整分零秒运行的要求，而且也达到了周而复始的实现了秒针与标准时间的同步。同时也保证了在标准时间的12时0分0秒时，时针、分针、秒针三针相重合，这较现有技术相比确有突出的实质性特点；其四是本发明所述的控制设计方法中增设一蓄电池供电装置和警报信息分析模块控制系统，在220V主电源供电状态下为蓄电池充电；当220V主电源断开状态下自动切换到蓄电池给步进电机供电，确保时针、分针继续运行，在保电时间3小时内，220V主电源接通时，便自动切换到由220V主电源供电，这较现有技术相比，克服了现有技术因220V主电源断开而带来的时钟停止运行的弊病，而使本发明所述的区域时钟机芯保持区域时钟单机不停、继续运行，这一技术方案与现有技术相比确有显著的进步；其五是本发明所述的控制设计方法还设有蓄电池供电保电3小时后仍不能接通220V主电源时，警报信息分析模块根据蓄电池可支配电量在蓄电池耗尽电量之前启动有关程序并保证时、分针自动归位并重合在12点位置。当一旦接通220V主电源时，警报信息分析模块会快速校准、将时针、分针快速拨至当前标准时间，恢复区域时钟正常的显示时间和报时功能，这与现有技术相比，不仅弥补了现有技术的缺陷，校准时间短、启动时间快；而且能给旅客发出告警的信息，告诫旅客时钟有故障、显示时间不对，不要因此而延误旅行和其他工作，这与现有技术相比，确有突出的实质性特点。
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为本发明实施例的区域时钟机芯结构示意图。
图2为本发明所述的区域时钟机芯控制设计方框图。
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具体结构细节及控制设计方法和安装使用过程。
实施例1：
本发明实施例1的区域时钟机芯(参见图1)，它是以适用于舰船、宾馆车站、码头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三针子钟所用机芯为载体而设计改进的时钟机芯。该区域时钟机芯主要包括有：机芯的前夹板3、中夹板1构成时钟机芯齿轮轮系传动轴的支撑框架，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的大齿轮相啮合连接，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相啮合连接，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的大齿轮相啮合连接，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相啮合连接，即此结构为由分轮轴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(也可以方形孔)，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、分针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。
实施例2：
本发明实施例2的区域时钟机芯(参见图1)，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三针子钟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；其三是时轮7和分轮6的相同部位上各设置有一个相同的矩形孔。以上构成本发明实施例2的区域时钟机芯的静态结构。
本发明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设置与控制。所述电源供电设置是在现有技术的交流电源1为变电器并产生12伏的电压用于步进电机10驱动的基础上，增设产生12伏电压的充电器作为新设的蓄电池4的充电电源；同时产生24VAC直流电用于同步减速电机20的驱动电源。设置主电源检测模块2，以检测主电源是否可用并将电源信息发送给警报信息分析模块15；设置电源切换模块3以接收主电源检测模块2发出的指令，在220V主电源断开时及时切换到蓄电池供电；所述的蓄电池4为蓄电池装置(也可为高容量电容)，以其放电时间足够长，以达到使时钟在220V主电源断开后能及时发出警报信息。设置调整器模块5为其它不同模块提供电源。
所述电源供电控制包括有：在220V主电源供电下，蓄电池4充电，警报信息分析模块15根据主电源检测模块2提供的信息计算充电及放电的时间，确定蓄电池4可支配电量；在220V主电源断开由蓄电池4供电时，警报信息分析模块15根据蓄电池4可支配电量确定时钟保电时间，并在蓄电池4耗尽电量之前保留充裕电量将时分针归位至12点位置。当蓄电池4充电量达到最大时，保电时间为3小时；供电期结束时，警报信息分析模块15向分电机驱动模块9传递快脉冲信号，步进电机10快速运行至时分针12归位至12点位置，并直到方位控制模块14被启动，脉冲信号中断，区域时钟全部停止运行，直到220V主电源重新恢复。在蓄电池4供电运行的状态下，秒针23仍停留在220V主电源断开时的位置。
所述的时基、时分针驱动、告警信息反馈的设置与控制与现有技术相同。其中所述的时基设置主要通过1R1G-B/AFNOR调解器6生产各种信号，以使时钟显示时间与同步输入的时间相符；时基模块7配有微控制器，由TCXO晶振8进行校准，使得在暂时失去同步信号的情况下将时基的偏差控制在最小。所述的时分针驱动是由分电机驱动9实现时基7和驱动时分针的步进电机10之间的通讯，步进电机10先带动分针齿轮11转动，然后由分针齿轮11带动另一级齿轮带动时针、分针12转动；方位探测模块13的作用是辨别分针齿轮缝隙及时针齿轮缝隙的一致性，以鉴定时针归位在12点。方位控制界面14的作用是将上述信息传输到时基7及警报信息分析模块15.所述的告警信息反馈是有警报信息分析模块15确定要反馈的告警信息：主电源断开、失去同步信号及无法探测到12点位置的情况，FSK调制/解调模块16产生及接受FSK信号，地址开关17用于选择时钟自身地址，比较器18以FSK接入探测到时钟地址，然后通过调制/解调模块16以FSK信号输出产生时钟状态。
所述的秒针驱动的设置是由时基7控制的秒电机驱动开关19，起到停止或启动同步电机20的作用。同步电机20使秒针23运行速度略高于正常，这样秒针23能提前到达12点位置，并被方位探测模块21测到，方位控制界面22能将此信息传到时基和警报信息分析模块15所述的秒针驱动的控制室指每分钟秒针在整分时被同步，同步电机20由交流电源1提供24VAC电源供电，并由三端双向可控制开关组成的秒电机驱动19控制。同步电机20带动秒针23以比正常略快的速度运行，从而使秒针23在整分提前一点到达12点位置，并停留0.2秒的时间。当方位探测模块21探测到12点位置时，秒电机驱动19转为开路，从而停止秒同步电机20的运行；当时基7的分针经过时，秒电机驱动19回到闭路，重新启动秒同步电机20的运行并直至下一次秒针23再次回到12点位置；周而复始，秒针23即可完成整分零秒启动并运行，达到与分针同步的设计要求。