一种对时装置及对时方法 |
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| 申请号 | CN202010961926.2 | 申请日 | 2020-09-14 | 公开(公告)号 | CN112083639B | 公开(公告)日 | 2022-04-08 |
| 申请人 | 南方科技大学; | 发明人 | 王宜志; 吴越楚; 黄信锋; 杨挺; 李芯芯; 刘丹; 刘楷; 尚正涛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 公开了一种对时装置及对时方法。对时装置包括：GPS对时模 块 、本地时钟模块、MCU模块和 电池 模块；MCU模块根据标准时钟信息对本地时钟模块进行时间同步；MCU模块还根据 位置 信息和本地时钟模块进行了时间同步的走时信息模拟生成NMEA格式数据，并对待授时设备进行授时和授予位置信息。本发明通过GPS模块获取标准时钟信息和位置信息，在无GPS 信号 时，将高 精度 的本地时钟模块的时钟信息和保存的位置信息授予待授时设备，解决在无GPS信号时，无法获得准确时钟信息和位置信息的问题，实现了对工作在无GPS信号环境中的待授时设备进行高精度的时钟同步和相对精确的位置信息授予的效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种对时装置，其特征在于，包括：GPS对时模块、本地时钟模块、MCU模块和电池模块； |
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| 说明书全文 | 一种对时装置及对时方法技术领域背景技术[0003] 目前采用的对时设备要么是在时钟同步时依赖于GPS、北斗等信号，要么是大型的对时专用设备。 [0004] 在一些室内或地下工事场所采用的对时设备可能接收不到GPS信号，而大型的对时专用设备不方便携带、操作复杂，且专用对时设备并不能授予位置信息，因此需要开发设计一种方便携带的，在没有GPS、北斗等信号的情况下能够对需要对时的仪器设备进行高精度的时钟同步和授予相对精确的位置信息的对时设备。 发明内容[0005] 本发明提供一种对时装置及对时方法，以实现对工作在无GPS信号的特殊环境中的待授时设备进行高精度的时钟同步和相对精确的位置信息授予。 [0007] 所述GPS对时模块用于获取标准时钟信息和位置信息； [0008] 所述MCU模块根据所述标准时钟信息对所述本地时钟模块进行时间同步；所述MCU模块还根据所述位置信息和所述本地时钟模块进行了时间同步的走时信息模拟生成NMEA格式数据，并对待授时设备进行授时和授予位置信息； [0009] 所述电池模块用于对所述对时装置进行供电。 [0010] 可选的，所述MCU模块还用于多次获取所述GPS对时模块提供的标准秒脉冲信号和标准时钟信息；并根据所述标准秒脉冲信号和所述标准时钟信息均为正确信号确定所述GPS对时模块稳定。 [0011] 可选的，还包括陀螺仪； [0012] 所述陀螺仪用于记录所述对时装置的运动参数；所述MCU模块根据所述运动参数计算所述对时装置的运动轨迹，并根据所述运动轨迹更新所述对时装置的位置信息。 [0013] 可选的，所述MCU模块在完成时间同步后，还用于关闭所述GPS对时模块。 [0015] 所述MCU模块通过所述接口模块对所述待授时设备进行授时和授予位置信息。 [0016] 第二方面，本发明实施例还提供了一种对时方法，包括： [0017] 通过GPS对时模块获取标准时钟信息和位置信息； [0018] 根据所述标准时钟信息对本地时钟模块进行时间同步； [0019] 根据保存的所述位置信息和所述本地时钟模块的进行了时间同步的走时信息模拟生成NMEA格式数据； [0020] 对待授时设备进行授时和授予所述位置信息。 [0021] 可选的，在所述根据所述标准时钟信息对本地时钟模块进行时间同步之前，还包括： [0022] MCU模块多次获取所述GPS对时模块提供的标准秒脉冲信号和标准时钟信息； [0023] 所述MCU模块根据多次获取的所述标准秒脉冲信号和所述标准时钟信息均为正确信号确定所述GPS模块稳定。 [0024] 可选的，所述根据所述标准时钟信息对本地时钟模块进行时间同步之后，还包括： [0025] 陀螺仪记录所述对时装置的运动轨迹；MCU模块根据所述运动轨迹更新所述位置信息。 [0026] 可选的，在所述根据所述GPS信号对本地时钟模块进行时间同步之后，还包括： [0027] MCU模块关闭所述GPS对时模块。 [0028] 可选的，还包括： [0029] MCU模块通过接口模块对所述待授时设备进行授时和授予位置信息。 [0030] 本发明通过在有GPS信号时，获取标准时钟信息和位置信息，并利用高精度的本地时钟模块进行走时，在无GPS信号时，将高精度的本地时钟模块的时钟信息和保存的位置信息授予待授时设备，解决在无GPS信号时，无法通过GPS对时模块对需要授时的设备进行授时的问题，以及无法授予位置信息的问题，实现了在无GPS信号时，对在特殊环境中工作的待授时设备进行高精度的时钟同步和相对精确的位置信息的授予的效果。附图说明 [0031] 图1为本发明实施例一提供的一种对时装置的结构示意图； [0032] 图2为本发明实施例二提供的一种对时装置的结构示意图； [0033] 图3为本发明实施例三提供的一种对时方法的流程图示意图； [0034] 图4为本发明实施例四提供的另一种对时方法的流程图示意图。 具体实施方式[0035] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。 [0036] 实施例一 [0037] 图1为本发明实施例一提供的一种对时装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种对时装置，包括：GPS对时模块10、本地时钟模块20、MCU模块30和电池模块40； [0038] GPS对时模块10用于获取标准时钟信息和位置信息； [0039] 在有GPS信号时，GPS对时模块10获取GPS信号和位置信息，其中，GPS信号包括世界时间信号，以世界时间信号为标准时钟信息；MCU模块30保存当前位置信息。 [0040] MCU模块30根据标准时钟信息对本地时钟模块20进行时间同步； [0041] 具体为MCU模块30根据GPS对时模块10获取的标准时钟信息对本地时钟模块20进行时间同步操作，MCU模块30根据GPS对时模块10提供的标准秒脉冲信号对本地时钟模块20进行校准操作，用以保证本地时钟模块20的时间信息与标准时钟信息误差在1毫秒内；经过时间同步后的本地时钟模块20开始走时。其中，本地时钟模块20为高精度时钟模块，可以选用TCXO(Temperature Compensate X'tal(crystal)Oscillator，温补型晶振)、OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator，恒温晶振)、低相噪硅晶振、飞秒晶振和铷钟等材质中的任意一种。 [0042] MCU模块30还根据位置信息和本地时钟模块20进行了时间同步的走时信息模拟生成NMEA(National Marine Electronics Association，美国国家海洋电子协会，现为GPS导航设备统一的标准协议)格式数据，并对待授时设备50进行授时和授予位置信息； [0043] 在待授时设备50处于有GPS信号的位置时，对时装置的MCU模块30可直接通过GPS对时模块10获取的标准时钟信息和位置信息对待授时设备50进行授时和授予位置信息； [0044] 在待授时设备50无GPS信号的位置时，例如流动台站，流动台站布设在山洞等一些没有GPS信号的地方时，GPS对时模块10无法获取标准时钟信息和位置信息用以授时，此时，对时装置的MCU模块30根据进行了时间同步的本地时钟模块20的走时信息和MCU模块30保存的位置信息模拟生成NMEA格式数据，通过高精度的本地时钟模块20进行守时，保证了时间信息的准确性；其中，NMEA格式数据为GPS设备统一的标准输出格式，适用于所有可通过GPS对时模块10进行授时的待授时设备50，MCU模块30使用生成的NMEA格式数据对待授时设备50进行授时和授予位置信息。 [0045] 电池模块40用于对对时装置进行供电。 [0046] 本发明实施例通过在有GPS信号时，获取标准时钟信息和位置信息，并利用高精度的本地时钟模块进行走时，在无GPS信号时，将高精度的本地时钟模块的时钟信息和保存的位置信息授予待授时设备，解决在无GPS信号时，无法通过GPS对时模块对需要授时的设备进行授时的问题，以及无法授予位置信息的问题，实现了在无GPS信号时，对在特殊环境中工作的待授时设备进行高精度的时钟同步和相对精确的位置信息的授予的效果。 [0047] 实施例二 [0048] 图2为本发明实施例二提供的一种对时装置的结构示意图，如图2所示，可选的，MCU模块30还用于多次获取GPS对时模块10提供的标准秒脉冲信号和标准时钟信息；并根据标准秒脉冲信号和标准时钟信息均为正确信号确定GPS对时模块10稳定。 [0049] 在采用GPS对时模块10获取的标准时钟信息和位置信息对高精度的本地时钟20进行时间同步和保存位置信息之前，需要校验GPS对时模块10是否稳定运行，即验证GPS对时模块10获取的信息是否准确；MCU模块30多次获取GPS对时模块10提供的标准秒脉冲信号和标准时钟信息，当获取的标准秒脉冲信号和标准时钟信息完整时，输出正确信号，MCU模块30根据标准秒脉冲信号和标准时钟信息均为正确信号确定GPS对时模块10为稳定状态，其中，多次为不少于10次；若MCU模块30判断GPS对时模块10不稳定时，GPS对时模块10继续获取标准时钟信息和位置信息，直至GPS对时模块10稳定运行。 [0050] 可选的，还包括陀螺仪60； [0051] 陀螺仪60用于记录对时装置的运动参数；MCU模块30根据运动参数计算对时装置的运动轨迹，并根据运动轨迹更新对时装置的位置信息。 [0052] 当对时装置对一些工作在特殊环境中的设备进行授时工作时，在无GPS信号情况下，无法通过GPS对时模块10获取位置信息进行位置信息更新，对时装备在无GPS信号时的移动会造成位置信息的不准确；增加陀螺仪60记录对时装置的运动参数，MCU模块30在无GPS信号后，根据运动参数计算对时装置的运动轨迹，并根据运动轨迹计算出对时装置新的位置信息，并更新保存对时装置的位置信息；使得对时装置在无GPS信号的特殊环境中移动时也能获得准确的位置信息。 [0053] 可选的，MCU模块30在完成时间同步后，还用于关闭GPS对时模块10。 [0054] 在MCU模块30完成对本地时钟模块20的时间同步后，可选择关闭GPS对时模块10，降低对时装置的能耗，延长对时装置的使用时长。 [0055] 可选的，还包括接口模块70； [0056] MCU模块30通过接口模块70对待授时设备50进行授时和授予位置信息。 [0057] 对时装置包括接口模块70，接口模块70上含有多个接口，MCU模块30通过接口模块70与待授时设备50连接，MCU模块30可以对多个待授时设备50进行授时和授予位置信息操作。 [0058] 实施例三 [0059] 图3为本发明实施例三提供的一种对时方法的流程图示意图，本实施例可适用于对工作在无GPS信号的特殊环境中的待授时设备进行高精度的时钟同步和相对精确的位置信息授予的情况，该方法可以由上述实施例中的一种对时装置来执行，具体包括如下步骤： [0060] 步骤310、通过GPS对时模块获取标准时钟信息和位置信息。 [0061] 在有GPS信号时，GPS对时模块获取GPS信号和位置信息，其中，GPS信号包括世界时间信号，以世界时间信号为标准时钟信息；MCU模块保存当前位置信息。 [0062] 步骤320、根据标准时钟信息对本地时钟模块进行时间同步。 [0063] 具体为MCU模块30根据GPS对时模块获取的标准时钟信息对本地时钟模块进行时间同步操作，MCU模块根据GPS对时模块提供的标准秒脉冲信号对本地时钟模块进行校准操作，用以保证本地时钟模块的时间信息与标准时钟信息误差在1毫秒内；经过时间同步后的本地时钟模块开始走时。 [0064] 步骤330、根据保存的位置信息和本地时钟模块的进行了时间同步的走时信息模拟生成NMEA格式数据。 [0065] 对时装置的MCU模块根据进行了时间同步的本地时钟模块的走时信息和MCU模块保存的位置信息模拟生成NMEA格式数据，通过高精度的本地时钟模块进行守时，保证了时间信息的准确性；其中，NMEA格式数据为GPS设备统一的标准输出格式，适用于所有可通过GPS对时模块进行授时的待授时设备。 [0066] 步骤340、对待授时设备进行授时和授予位置信息。 [0067] 在待授时设备处于有GPS信号的位置时，对时装置的MCU模块可直接通过GPS对时模块获取的标准时钟信息和位置信息对待授时设备进行授时和授予位置信息； [0068] 在待授时设备无GPS信号的位置时，GPS对时模块无法获取标准时钟信息和位置信息用以授时，此时，MCU模块使用生成的NMEA格式数据对待授时设备进行授时和授予位置信息。 [0069] 本发明实施例通过在有GPS信号时，获取标准时钟信息和位置信息，并利用高精度的本地时钟模块进行走时，在无GPS信号时，将高精度的本地时钟模块的时钟信息和保存的位置信息授予待授时设备，解决在无GPS信号时，无法通过GPS对时模块对需要授时的设备进行授时的问题，以及无法授予位置信息的问题，实现了在无GPS信号时，对在特殊环境中工作的待授时设备进行高精度的时钟同步和相对精确的位置信息的授予的效果。 [0070] 实施例四 [0071] 图4为本发明实施例四提供的另一种对时方法的流程图示意图，如图4所示，具体包括如下步骤： [0072] 步骤410、通过GPS对时模块获取标准时钟信息和位置信息。 [0073] 步骤420、MCU模块多次获取GPS对时模块提供的标准秒脉冲信号和标准时钟信息。 [0074] 在采用GPS对时模块获取的标准时钟信息和位置信息对高精度的本地时钟进行时间同步和保存位置信息之前，需要校验GPS对时模块是否稳定运行，即验证GPS对时模块获取的信息是否准确；MCU模块多次获取GPS对时模块提供的标准秒脉冲信号和标准时钟信息，其中，多次为不少于10次。 [0075] 步骤430、MCU模块根据多次获取的标准秒脉冲信号和标准时钟信息均为正确信号确定GPS模块稳定。 [0076] 当获取的标准秒脉冲信号和标准时钟信息完整时，输出正确信号，MCU模块根据标准秒脉冲信号和标准时钟信息均为正确信号确定GPS对时模块为稳定状态；若MCU模块判断GPS对时模块不稳定时，GPS对时模块继续获取标准时钟信息和位置信息，直至GPS对时模块稳定运行。 [0077] 步骤440、根据标准时钟信息对本地时钟模块进行时间同步。 [0078] 步骤450、陀螺仪记录对时装置的运动轨迹；MCU模块根据运动轨迹更新位置信息。 [0079] 当对时装置对一些工作在特殊环境中的设备进行授时工作时，在无GPS信号情况下，无法通过GPS对时模块获取位置信息进行位置信息更新，对时装备在无GPS信号时的移动会造成位置信息的不准确；增加陀螺仪记录对时装置的运动参数，MCU模块在无GPS信号后，根据运动参数计算对时装置的运动轨迹，并根据运动轨迹计算出对时装置新的位置信息，并更新保存对时装置的位置信息；使得对时装置在无GPS信号的特殊环境中移动时也能获得准确的位置信息。 [0080] 步骤460、根据保存的位置信息和本地时钟模块的进行了时间同步的走时信息模拟生成NMEA格式数据。 [0081] 步骤470、对待授时设备进行授时和授予位置信息。 [0082] 在执行步骤440后，还包括步骤480、MCU模块关闭GPS对时模块。 [0083] 在MCU模块完成对本地时钟模块的时间同步后，可选择关闭GPS对时模块，降低对时装置的能耗，延长对时装置的使用时长。 [0084] 可选的，对时装置包括接口模块，接口模块上含有多个接口，在授时装置对待授时设备授时时，通过授时装置上的接口模块连接多个待授时设备，可以对多个待授时设备进行授时和授予位置信息操作。 [0085] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。 |
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