CN104834209A - 一种带空气质量监测和卫星自动校时的计时装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了将空气质量监测与时间显示结合在一起的方法和装置，且具有卫星校时功能，可以充分利用原有的计时时钟，既便于安装，又降低了成本。装置由电源单元、外框单元、时间显示器、驱动电路、万年历芯片、调节按钮、接口电路、单片机系统、时间源、空气质量传感器和空气质量显示器组成。该发明的优点在于将空气质量传感器做在计时装置内部，单片机实现对万年历时间的更新和控制空气质量的检测和显示，单个装置即可实现空气质量的检测和时钟计数，安装方便，成本低，便于大规模推广。
Description
技术领域
本发明提出了一种带空气质量监测功能的计时装置,可以应用于各种需要时间显示和环境监测的场合，如家庭、政府机构、国防、学校、医院、交通、金融等部门。
背景技术
时间显示装置应用较为普及，目前许多公共场所、家庭里都安装有时间显示装置。专利号”201510156885.9”提出了一种带卫星自动校时的计时装置。目前随着科技的发展，人们已不满足计时装置仅显示时间信息。
由于目前空气质量较差,人们越来越关注每天的空气质量。目前有专门的空气质量监测仪，但需要单独放置。这样就给人们带来不便。本发明提出一种将环境监测与计时结合在一起的装置，只需安装一个这样的装置，即可显示时间，又可显示当前空气质量，将极大地便利人们的生活。
发明内容
为了便于安装，本发明提出了将空气质量监测与时间显示结合在一起的方法和装置，且具有卫星校时功能，可以充分利用原有的计时时钟，既便于安装，又降低了成本。
本发明的技术方案为：装置由电源单元、外框单元、时间显示器、驱动电路、万年历芯片、调节按钮、接口电路、单片机系统、时间源、空气质量传感器和空气质量显示器组成。电源单元为各部分提供电源，外框单元则组成装置的机械结构部分。万年历芯片输出接至驱动电路，驱动电路输出接至显示器，万年历芯片与调节按钮相连；当需要对计时装置进行时间调整时，通过人工对按钮进行操作即可。按钮与单片机控制的接口电路相连，时间源的输出与单片机相连。空气质量传感模块与单片机系统相连，空气质量显示器与单片机系统相连。时间源可以是：北斗接收机、GPS接收机、GALILEO接收机、GLONASS接收机、网络时间、电波接收机等，时间源与单片机的连接方式可以是：串口、SPI、I2C、无线、WIFI、网络接口等。
装置的工作过程如下：万年历芯片工作，进行计时，驱动时间显示起进行时间、日期显示；空气质量传感器工作，实时监测当前空气质量，传送给单片机系统，单片机控制空气质量显示器进行显示。
自动校时步骤如下：时间源得到基准时间后送给单片机，单片机得到该时间后，输出信号至接口电路，接口电路产生模拟人工校准信号，万年历芯片得到模拟人工校准信号后更新内部时间；时间更新后万年历开始计时，此时输出的时间即是同步后的时间。
该发明的优点在于将空气质量传感器做在计时装置内部，利用了计时装置通用的万年历芯片和显示部分，单片机实现对万年历时间的更新和控制空气质量的检测和显示，单个装置即可实现空气质量的检测和时钟计数，安装方便，成本低，便于大规模推广。
附图说明
图1为一种基本组成图，
图2为万年历、接口电路、单片机之间的连接关系,
图3为时间自动同步流程，
图4为脉冲调节时间原理，
图5为调整脉冲计算原理，
图6为空气质量自动监测流程。
具体实施方案
计时装置的组成如图1所示，计时装置由电源单元、外框单元、时间显示器、驱动电路、万年历芯片、调节按钮、接口电路、单片机、时间源、空气质量传感模块和空气质量显示器组成。电源单元将输入电源转换为各部分需要的电能形式，为各部分提供电源；外框单元则组成计时装置的机械结构部分，可以是铝合金边框组成的框架结构，也可以是将金属板材进行弯折构成盒体。万年历芯片是一种可自动进行时间计数，输出年月日、时分秒、星期等信息的芯片；驱动电路是一种功率放大电路，显示器可显示当前时间及日期，可以是数码管显示、LED管显示和液晶显示；万年历的输出接至驱动电路，驱动电路的输出接至显示器。接口电路受单片机的控制呈现高阻或短路状态，可采用三态门集成电路实现,也可采用继电器等方式实现，均在本专利的保护范围之内。接口电路有多个输出，调节按钮的管脚与接口电路的输出脚一一连接。
空气质量传感模块是一种可以检测空气中PM2.5或PM10或甲醛等空气中物质浓度的传感模块，空气质量传感模块与单片机相连，其连接方式可以是串口数据等数字方式，也可是脉冲宽度变化的信号，还可是幅度变化的模拟信号等表示空气物质浓度的电信号。
空气质量显示器采用数码管显示，单片机控制其显示，其控制方式有多种，为公知。
调节按钮是一组按钮，可以人工调节计时器的时间，目前市场销售的计时器均有，属于公知内容。万年历芯片与调节按钮相连；当需要对计时装置进行时间调整时，通过人工对按钮进行操作，可调制任意设定的时间。
万年历、接口电路、单片机之间的连接关系如图2所示，万年历芯片的两脚与调节按钮两脚相连，调节按钮的两脚与接口电路的两脚相连；单片机的输出与接口电路相连，接口电路在单片机的控制下可呈现高阻或短路状态。接口电路在单片机的控制下，可以模拟了人工控制调节按钮产生的信号，实现了对万年历芯片的时间调节.
单片机系统包括单片机、复位、振荡电路等部分，是公知内容。单片机的输入输出口与调节按钮的一端相连。时间源是指可以获得特定时间的装置，可以是：北斗接收机、GPS接收机、GALILEO接收机、GLONASS接收机、网络时间、电波接收机等，时间源获得特定时间后，将时间信息输出至单片机。时间源与单片机的连接方式可以是：串口、SPI、I2C、无线、WIFI、网络接口等。
计时装置的自动同步过程如图3所示，描述如下：
1、单片机执行程序，判别是否需要进行时间同步；
2、单片机与时间源通信，得到当前时间；
3、万年历具有一个初始时间，单片机根据初始时间和获取的时间源时间，计算出需要调整的时间，生成调节脉冲；
4、单片机输出信号初始化万年历，再输出调节脉冲，将万年历的时间更新为当前时间。
图4为脉冲调整时间原理，当输入切换脉冲，则当前调整设置在“年”，“月”，“日”，“时”，“分”，“秒”之间切换，如当前调整设置为“年”，则此时输入调整脉冲，则年值发生变化；
图5为调整脉冲数的计算原理，描述如下：
当前年与初始年相减，得到年调整脉冲；
当前月与初始月相减，得到月调整脉冲；
当前日与初始日相减，得到日调整脉冲；
当前时与初始时相减，得到时调整脉冲；
当前分与初始分相减，得到分调整脉冲；
当前秒与初始秒相减，再加上调整过程时间秒，得到秒调整脉冲。
调整过程时间秒是指万年历芯片从初始化到调整结束期间的总秒数，当万年历芯片仅支持整分钟调节时，可按预置的整分钟时间计算调整时间秒。
空气质量的监测过程如图6所示，描述如下：
1、单片机读取空气质量传感器的数值；
2、单片机进行数据处理；
3、单片机控制显示器显示；
4、单片机延时一段时间。
综上所述，本发明提出了一种带空气质量监测的计时装置，并采用了对万年历芯片进行更改实现时间同步，增加了计时装置的功能，便于安装，降低成本，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
尽管本发明的内容已经作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改与替代都将是显而易见的。因此本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种带空气质量监测功能的计时装置，由电源单元、外框单元、时间显示器、驱动电路、万年历芯片、调节按钮、接口电路、单片机系统、时间源、空气质量传感器和空气质量显示器组成；电源单元为各部分提供电源，外框单元则组成装置的机械结构部分；万年历芯片输出接至驱动电路，驱动电路输出接至显示器，万年历芯片与调节按钮相连；当需要对计时装置进行时间调整时，通过人工对按钮进行操作即可；按钮与单片机控制的接口电路相连，时间源的输出与单片机相连；空气质量传感模块与单片机系统相连，空气质量显示器与单片机系统相连；时间源可以是：北斗接收机、GPS接收机、GALILEO接收机、GLONASS接收机、网络时间、电波接收机等，时间源与单片机的连接方式可以是：串口、SPI、I2C、无线、WIFI、网络接口等；
空气质量传感模块是一种可以检测空气中PM2.5或PM10或甲醛等空气中物质浓度的传感模块，空气质量传感模块与单片机相连，其连接方式可以是串口数据等数字方式，也可是脉冲宽度变化的信号，还可是幅度变化的模拟信号等表示空气物质浓度的电信号；空气质量显示器采用数码管显示，单片机控制其显示；
装置的工作过程如下：万年历芯片工作，进行计时，驱动时间显示起进行时间、日期显示；空气质量传感器工作，实时监测当前空气质量，传送给单片机系统，单片机控制空气质量显示器进行显示；
自动校时步骤如下：时间源得到基准时间后送给单片机，单片机得到该时间后，输出信号至接口电路，接口电路产生模拟人工校准信号，万年历芯片得到模拟人工校准信号后更新内部时间；时间更新后万年历开始计时，此时输出的时间即是同步后的时间。
2.根据权利要求1所述的计时装置，其特征在于，空气质量传感器的输出接至单片机系统，单片机系统又与连接万年历芯片的接口电路相连。
3.根据权利要求1所述的计时装置，其特征在于，电源单元、外框单元、时间显示器、驱动电路、万年历芯片、调节按钮、接口电路、单片机、时间源、空气质量传感器和空气质量显示器由装在一个箱体内的电源供电。
4.根据权利要求1所述的计时装置，其特征在于，电源单元、外框单元、时间显示器、驱动电路、万年历芯片、调节按钮、接口电路、单片机、时间源、空气质量传感器和空气质量显示器装在一个箱体内。
5.根据权利要求1所述的计时装置，其特征在于，接口电路在单片机的控制下，模拟了人工控制调节按钮产生的信号，实现了对万年历芯片的时间调节。
6.根据权利要求1所述的计时装置，其特征在于，万年历芯片的两脚与调节按钮两脚相连，调节按钮的两脚与接口电路的两脚相连。
7.根据权利要求1所述的计时装置，其特征在于，单片机的输出与接口电路相连，接口电路在单片机的控制下可呈现高阻或短路状态。
8.根据权利要求1所述的计时装置，其特征在于其自动同步过程如下：
第一步，单片机执行程序，判别是否需要进行时间同步；
第二步，单片机与时间源通信，得到当前时间；
第三步，单片机根据万年历的初始时间和获取的时间源时间，计算出需要调整的时间，生成调节脉冲；
第四步，单片机输出信号初始化万年历，再输出调节脉冲，将万年历的时间更新为当前时间。
9.一种带空气质量监测功能的计时装置，其特征在于由电源单元、外框单元、时间显示器、驱动电路、万年历芯片、调节按钮、单片机、空气质量传感模块和空气质量显示器组成；电源单元将输入电源转换为各部分需要的电能形式，为各部分提供电源；外框单元则组成计时装置的机械结构部分，可以是铝合金边框组成的框架结构，也可以是将金属板材进行弯折构成盒体；万年历芯片是一种可自动进行时间计数，输出年月日、时分秒、星期等信息的芯片；驱动电路是一种功率放大电路，显示器可显示当前时间及日期，可以是数码管显示、LED管显示和液晶显示；万年历的输出接至驱动电路，驱动电路的输出接至显示器；空气质量传感模块与单片机系统相连，空气质量显示器与单片机系统相连。
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