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GPS智能塔钟控制系统的研究

发布时间:2020-07-21 17:30:18 阅读: 来源:帆布鞋厂家

摘要:本文研究的GPS自动校时塔钟控制系统是以STC89C51单片机为控制器,由GPS接收器、伺服电机、LED显示、语音报时等部分组成,具有自动校时、显示、报时等功能。通过GPS15XL-W接收芯片捕捉来自卫星的准确时间信息,以此为时钟源。利用单片机对接收到的时间信息进行提取和处理,并完成对单片机走时的校正。系统由单片机走时构成母钟,单片机向伺服电机发送脉冲驱动子钟走时。其优点是实现上电后的自动校时,改变了传统校时的不便,减少了机械误差,塔钟精度可达±1μs,没有累计误差。关键词:GPS;伺服电机;单片机;实时校时 随着经济社会的不断发展,人们生活的节奏逐步加快,人们对时间的精确度要求越来越高,尽管城市建筑物上的塔钟也越来越多,但大部分都是以传统塔钟为基础的传动、人工校时。传统的塔钟都是纯机械集成电路驱动控制的,走时极不稳定,需要人为周期地校时。现在的塔钟,一般由小规模集成电路控制步进电机走时,整个系统体积大、准确性不高。因此,设计可以实时校时的塔钟就成了研究的关键。1 国内外研究现状 古老的机械塔钟以重锤为动力源,通过机械传动带动走针机构指示时间,并通过敲打专门铸出的“钟”来报时。近现代的机电塔钟的走针系统为机械式,控制系统为子母钟形式。塔钟为子钟,它接收高精度母钟(一般为石英钟)定期发出的电脉冲信号,通过步进电机带动走针机构指示时间,并与母钟同步运行。报时的钟声或音乐由录音磁带或程序控制方式发出。 目前,对于GPS在授时方面的研究才刚刚起步,GPS的高精度授时不仅可以提供准确的时间,还可以使电力交通通讯等部门的网络实现时间同步,如Internet中的计算机、CDMA基站等,都需要与UTC时间同步。利用GPS-OEM接收板,进行二次研制开发实现时间同步,与传统授时方式相比,具有精度高、稳定性好、无累计误差,不受地域、气候等环境条件限制,性价比高和操作方便等特点。“GPS塔钟”2007年才出现,虽有GPS塔钟产品问世,但技术不成熟,许多问题有待进一步研究。伴随电子技术日新月异的发展,人们对时间同步要求越来越高,利用GPS实现时钟同步是大势所趋。2 系统的总体设计 本课题设计的GPS塔钟是采用具有高精度的GPS授时,微处理器控制系统为母钟形式,塔钟为子钟,它接收微处理器发送的脉冲,通过伺服电机带动指针走时,并与GPS时间同步,音乐报时通过专门的语音芯片完成。 本系统主要由以下几部分组成:系统控制模块、接收模块、显示模块、键盘模块、电机模块、语音模块,如图1所示。

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GPS授时模式采用GPS为标准时钟源,用单片机设计电路,由于使用软硬件结合方式,单片机作为核心控制器,大部分硬件电路被软件程序所取代,因此电路结构简单、调试方便、成本低、自动化程度高、可靠性高。3 硬件设计3.1 微处理器的选择 本设计选用的是STC89C51 RC单片机。它是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统的8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择,最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。加密性强、超低价。3.2 GPS接收器模块的选择 常见的GPS接收器有很多,如SiRF-starIIe、SiRF-starIII、Sony-single chip solution-CXD2951、Evermore、Garmin等等。通过比较,本设计选择美国GARMIN系列GPS15XI-W,它是经济卡的精品,并行12通道GPS接收机、可同时跟踪12颗卫星、定位精度高、功耗低。GPS实时差分精度3m~5m、支持WAAS功能。体积小巧、结构紧凑、易于应用、接受机信息可方便地显示于显示单元或PC机上。全屏蔽封装、具备优秀抗电磁干扰特性。用户无需初始化,安装完毕,接受机即可自动传送导航数据;有较强的抗遮挡能力、性能极其稳定可靠。3.3 电机的选择 对常见的步进电机与伺服电机的比较可知,伺服电机主要优点:良好的速度控制特性,在整个速度区内可实现平滑控制,几乎无振荡;高效率,90%以上,不发热;高速控制;高精确位置控制(取决于何种编码器);额定运行区域内,实现恒力矩;低噪音;没有电刷的磨损,免维护;不产生磨损颗粒、没有火花,适用于无尘间、易爆环境。 因此,本设计选用的伺服电机型号为日本安川生产的SGMAH-04AAA4C,功率400W,电压200V,电流2.8A,3000r/m。3.4 语音模块的选择 ISD4002系列工作电压3V,单片录放时间4min~8min,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。伺服电机相关文章:伺服电机工作原理

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