模擬石英計(jì)時器及其時間校正方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了模擬石英計(jì)時器，該模擬石英計(jì)時器包括外殼；一個或多個指針，繞著放置于該外殼中的鐘盤連續(xù)地旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動機(jī)件，包括與上述指針相關(guān)的齒輪和驅(qū)動電動機(jī)以進(jìn)行計(jì)時；位置傳感器，包括光發(fā)射器與光接收器，該光發(fā)射器與該光接收器被放置以限定該鐘盤上的反射區(qū)域，在該反射區(qū)域該光發(fā)射器發(fā)射一束光至經(jīng)過該反射區(qū)域任何一個指針，而該光接收器接收從該經(jīng)過的指針反射的光；以及處理器，與上述驅(qū)動機(jī)件和上述位置傳感器連接，上述處理器被編程以相應(yīng)于來自該指針的光的反射來確定該反射區(qū)域中的經(jīng)過的指針的位置，并響應(yīng)該確定的位置來驅(qū)動機(jī)件將該指針移動到正確的時間位置。本發(fā)明還涉及提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法。根據(jù)本發(fā)明，可以以非常低的成本快速對計(jì)時器的各指針進(jìn)行時間校正。
【專利說明】模擬石英計(jì)時器及其時間校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及計(jì)時器的領(lǐng)域，并且特別涉及允許以非常低的加工成本快速進(jìn)行時間校正的模擬石英計(jì)時器，和提供該類時間校正的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，石英計(jì)時器如石英時鐘使用電子振蕩器，該電子振蕩器由石英晶體調(diào)節(jié)以進(jìn)行計(jì)時。該晶體振蕩器以非常精確的頻率產(chǎn)生信號，從而該石英時鐘是至少與機(jī)械鐘在同一個數(shù)量級并且比機(jī)械鐘更準(zhǔn)確。一般地，數(shù)字邏輯對該信號的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，并提供以小時、分鐘和秒為格式的數(shù)字時間顯示。在可用的鐘表與記錄時間的計(jì)算機(jī)和其他器具中，石英計(jì)時器是最為常見的計(jì)時技術(shù)。
[0003]無線電控制(RC)時鐘是由時間碼的比特流來進(jìn)行同步的類型，該時間碼的比特流由連接于時間標(biāo)準(zhǔn)如原子時鐘的無線電發(fā)射器來發(fā)射。該RC時鐘可以被同步于單個發(fā)射器發(fā)送的時間，單個發(fā)射器如許多國家或地區(qū)的時間發(fā)射器，或可以使用多個發(fā)射器，如全球定位系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以用來設(shè)置計(jì)算機(jī)時鐘或時鐘裝置以便于人們看時間或需要準(zhǔn)確時間的任何其他目的。同步于地面時間信號的RC時鐘與時間標(biāo)準(zhǔn)相比可精確到大約I毫秒，但是通常受到無線電傳播中不確定性和可變性的限制。
[0004]一般地，時鐘可以通過模擬時鐘顯示器、數(shù)字時鐘顯示器或兩者來顯示時間。該模擬時鐘顯示器包括時針、分針和秒針以顯示時間。該數(shù)字時鐘顯示器以數(shù)字方式顯示時間。在顯示器上可以包括某些標(biāo)志或標(biāo)簽來例如指示該時鐘是無線電控制的。模擬時鐘顯示器具有類似于傳統(tǒng)機(jī)械時鐘的鐘面，對于某些人來說比數(shù)字顯示器更受歡迎。
[0005]具有模擬顯示器的RC時鐘一般包括接收天線、接收電路、MCU或CPU處理器、驅(qū)動電動機(jī)、齒輪和指針對準(zhǔn)裝置，該驅(qū)動電動機(jī)包括秒針電動機(jī)、時針電動機(jī)和分針電動機(jī)，該齒輪包括秒針齒輪、分針齒輪和時針齒輪，該指針對準(zhǔn)裝置包括由該CPU處理器控制的光電發(fā)射器和光電接收器，其分別被布置于該秒針齒輪之上和該時針齒輪之下。為了時間校正，在每一個秒針齒輪、分針齒輪和時針齒輪上都形成有定位孔。
[0006]在同步過程中，特別是當(dāng)該時鐘第一次通電時，模擬RC時鐘對齊所有指針于12點(diǎn)，通過其接收天線和接收電路從具有匹配頻率的指定的RCC站接收RCC(無線電控制時鐘)信號，由MCU/CPU解碼該信號以得到正確的時間，然后將各指針從12點(diǎn)移至指示該正確時間的各位置。為了對各指針進(jìn)行時間校正，必須將所有指針放置于“12”點(diǎn)處，并且在各齒輪上形成的定位孔應(yīng)相互對齊直到該對準(zhǔn)裝置成功完成同步。也就是說，由光電發(fā)射器發(fā)出的光必須同時穿過各齒輪上的所有定位孔并被光電接收器接收。
[0007]由于各電動機(jī)通過不同的齒輪來驅(qū)動該模擬RC時鐘的各指針，各指針返回到12點(diǎn)處以進(jìn)行時間校正所需要的時間和各指針去到各自正確的位置所需要的時間都相當(dāng)長，因而完成同步過程需要非常長的時間，需花費(fèi)大約幾分鐘。因此，如果可以減少時間同步或時間校正將會是有利的。而且，由于昂貴的組件如齒輪和驅(qū)動線圈需要進(jìn)行精確加工，對該模擬RC時鐘的機(jī)件進(jìn)行加工的成本很高。[0008]在某些場合下，不需要同時對秒針、分針和時針進(jìn)行時間校正，可能只有秒針的位置需要進(jìn)行校正。
[0009]因此，需要提供一種對模擬石英計(jì)時器進(jìn)行時間校正的方法，該方法不昂貴、不依賴齒輪，并且通過該方法可以分別校正秒針、分針和/或時針。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明是為了滿足上述需要而開發(fā)的，因此其主要目的在于提供一種模擬石英計(jì)時器，該模擬石英計(jì)時器通過使用不同指針的光反射來進(jìn)行時間校正。
[0011]本發(fā)明的另一個目的是提供一種模擬石英計(jì)時器，該模擬石英計(jì)時器比現(xiàn)有技術(shù)中可用的計(jì)時器明顯地更經(jīng)濟(jì)、更方便地進(jìn)行時間校正。
[0012]本發(fā)明的還有一個目的是提供一種模擬石英計(jì)時器，該模擬石英計(jì)時器能夠分別校正各指針的位置。
[0013]為了滿足本發(fā)明的這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)，提供一種模擬石英計(jì)時器，該模擬石英計(jì)時器包括:
[0014]外殼；
[0015]一個或多個指針，該一個或多個指針繞著放置于所述外殼中的鐘盤連續(xù)地旋轉(zhuǎn)；
[0016]驅(qū)動機(jī)件，該驅(qū)動機(jī)件包括與所述指針相關(guān)的齒輪和驅(qū)動電動機(jī)以進(jìn)行計(jì)時；
[0017]位置傳感器，該位置傳感器包括光發(fā)射器和光接收器，該光發(fā)射器和該光接收器被放置以限定所述鐘盤上的反射區(qū)域，在該反射區(qū)域中所述光發(fā)射器發(fā)射一束光至經(jīng)過所述反射區(qū)域的任何一個指針，而所述光接收器接收從經(jīng)過的指針反射的光；以及
[0018]處理器，該處理器與所述驅(qū)動機(jī)件和所述位置傳感器連接，所述處理器被編程以相應(yīng)于來自所述指針的光的反射來確定在所述反射區(qū)域中的經(jīng)過的指針的位置，并響應(yīng)于所確定的位置來驅(qū)動機(jī)件將所述指針移動到正確的時間位置。
[0019]優(yōu)選地，沿所述鐘盤的徑向或沿所述鐘盤的順時針方向?qū)⑺龉獍l(fā)射器和所述光接收器布置于3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)或12點(diǎn)處。在一個特定的實(shí)施例中，沿所述鐘盤的徑向?qū)⑺龉獍l(fā)射器和所述光接收器布置于6點(diǎn)處以限定所述反射區(qū)域，所述反射區(qū)域以+/-6度的角度范圍進(jìn)行劃界來緊密覆蓋第29個到第31個指示標(biāo)志。在該情況下，根據(jù)以下方程式來確定所述經(jīng)過的指針的位置:
[0020]公式:C=布爾運(yùn)算[(Te-Ts) /2]
[0021]如果C=I, Sp=30+C=在第31個指示標(biāo)志處的位置，
[0022]如果C=O, Sp=30+C=在第30個指示標(biāo)志處的位置，
[0023]其中，Ts =所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及
[0024]Te =所述指針從所述反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)；
[0025]Sp =所述指針的位置。
[0026]通常，所述指針包括秒針、分針和時針。如果需要，所述指針還可以包括指示日歷、鬧鐘定時、月相、時間計(jì)數(shù)器、溫度、氣壓、紫外線(UV)和/或濕度的指針。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)所有指針在所述反射區(qū)域的同一位置重疊時，所述處理器通過各指針旋轉(zhuǎn)一周的速度來識別各指針。
[0028]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述光發(fā)射器是紅外LED，而所述光接收器是紅外光電晶體管。
[0029]由于對各指針的時間校正獨(dú)立于驅(qū)動機(jī)件的齒輪，可以將所述處理器和所述位置傳感器安裝于所述驅(qū)動機(jī)件的外面以靈活地安裝該計(jì)時器的各種組件。
[0030]該計(jì)時器可以包括用作時間基準(zhǔn)的石英晶體以進(jìn)行時間校正，或與所述處理器連接的天線以經(jīng)由英特網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)等等接收用作時間基準(zhǔn)的預(yù)設(shè)全球時間或無線電控制信號以進(jìn)行時間校正。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解，所述計(jì)時器還可以包括與所述處理器連接的數(shù)字顯示器，該數(shù)字顯示器以數(shù)字方式顯示時間。
[0032]所述處理器可以是能被編程以控制驅(qū)動機(jī)件來進(jìn)行計(jì)時和開啟時間校正過程的任何類型，例如微處理器控制單元(MCU)或選自TM8725、TM8726，以及CME6005或UE6011那樣的無線電控制接收器的集成電路。
[0033]為了對該計(jì)時器提供更多功能，該計(jì)時器還可以包括與所述處理器連接的一個或多個電路，這些電路可以是選自如下的一個或多個電路:蜂鳴電路、背光源電路和低電壓檢測電路。
[0034]本發(fā)明的另一方面提供了用于提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，該方法包括以下步驟:
[0035]提供位置傳感器，該位置傳感器包括光發(fā)射器和光接收器，該光發(fā)射器和該光接收器被放置以限定所述計(jì)時器的鐘盤上的反射區(qū)域，在該反射區(qū)域中所述光發(fā)射器發(fā)射一束光至經(jīng)過所述反射區(qū)域的一個或多個指針，而所述光接收器接收從經(jīng)過的指針反射的光;
[0036]識別來自所述經(jīng)過的指針的光的反射以確定在所述反射區(qū)域中的該指針的位置；
[0037]比較所述指針的所確定的位置與由時間基準(zhǔn)提供的正確的時間位置；
[0038]基于不等比較以驅(qū)動所述計(jì)時器的驅(qū)動機(jī)件來將所述指針移動到正確的時間位置。
[0039]確定所述經(jīng)過的指針的位置的步驟包括檢測從起始點(diǎn)到結(jié)束點(diǎn)的光的反射，在該起始點(diǎn)所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域，在該結(jié)束點(diǎn)所述指針從所述反射區(qū)域出來。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，將所述光發(fā)射器和所述光接收器布置于6點(diǎn)處以限定所述反射區(qū)域，所述反射區(qū)域以+/-6度的角度范圍進(jìn)行劃界來緊密覆蓋第29個到第31個指示標(biāo)志，而所述指針的位置根據(jù)以下方程式來確定:
[0040]公式:C=布爾運(yùn)算[(Te-Ts) /2]
[0041]如果C=I, Sp=30+C=在第31個指示標(biāo)志處的位置，
[0042]如果C=O, Sp=30+C=在第30個指示標(biāo)志處的位置，
[0043]其中，Ts =所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及
[0044]Te =所述指針從所述反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)；
[0045]Sp =所述指針的位置。
[0046]本發(fā)明的方法還包括以下步驟:當(dāng)所有指針在所述反射區(qū)域的同一位置重疊時，通過各指針旋轉(zhuǎn)一周的速度來識別各指針。優(yōu)選地，該識別步驟包括確定起始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)之間的持續(xù)時間，在該起始點(diǎn)所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域，在該結(jié)束點(diǎn)所述指針從所述反射區(qū)域出來，以根據(jù)以下來識別所述指針:
[0047]情況(A):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts] >時針[Hs]的平均速度，則忽略重疊；
[0048]情況(B):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts]=秒針[Ss]的平均速度〈min (分針，時針)，則該指針被識別為秒針；
[0049]情況(C):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts] = max[秒針]〈分針[Ms]的平均速度〈min (時針)，則指針被識別為分針；
[0050]情況(D):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts]=時針的平均速度，則該指針被識別為時針；
[0051]其中Ts =該指針進(jìn)入該反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及
[0052]Te =該指針從該反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)
[0053]所述時間基準(zhǔn)包括石英晶體、無線電控制信號或存儲于所述計(jì)時器中的預(yù)載時間。
[0054]相比于現(xiàn)有技術(shù)中可用的模擬石英計(jì)時器，本發(fā)明的計(jì)時器采用光反射來分別確定各指針的位置，各指針的位置由一角度范圍劃界，相應(yīng)地能夠獨(dú)立于各齒輪對各指針的位置進(jìn)行校正。因此，本發(fā)明不再需要所有指針返回零點(diǎn)(12點(diǎn))，并提供了比現(xiàn)有技術(shù)快大約50%的速度來對指針進(jìn)行定位以校正時間?？梢詫⒈景l(fā)明的處理器和位置傳感器安裝于驅(qū)動機(jī)件的外面，使各組件靈活地與IXD/LED顯示器集成。
[0055]由于已排除了昂貴的組件如形成有精確定位孔和大驅(qū)動線圈的齒輪，加工本發(fā)明的計(jì)時器的成本比現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)時器更低。此外，不需要開發(fā)驅(qū)動機(jī)件的復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)和構(gòu)建齒輪上的精確孔洞。因此，整個系統(tǒng)成本更少并且有望得到更佳的計(jì)時。
[0056]為了更好地理解本發(fā)明，結(jié)合附圖參照以下對本發(fā)明及其中的各實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]圖1是以模擬和數(shù)字方式顯示時間的無線電控制時鐘。
[0058]圖2是無線電控制時鐘的框圖的示意圖。
[0059]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的時鐘的鐘盤和驅(qū)動機(jī)件的示意圖。
[0060]圖3B是圖3A的鐘盤和機(jī)件的剖視圖。
[0061 ]圖4是本發(fā)明的一個實(shí)施例中使用的時鐘的電路。
[0062]圖5A是本發(fā)明的一個實(shí)施例中使用的位置傳感器的電路。
[0063]圖5B是本發(fā)明的一個實(shí)施例中使用的無線電控制時鐘接收器電路。
[0064]圖6A、6B和6C是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的加入該時鐘的附加電路。
[0065]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例操作該時鐘的流程圖。
[0066]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例校正該時鐘的指針位置的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0067]雖然在各優(yōu)選實(shí)施例中對本發(fā)明進(jìn)行說明和描述，但在許多不同構(gòu)造、尺寸、形式和材料中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0068]現(xiàn)參照附圖，圖1示出了無線電控制(RC)時鐘1，該RC時鐘I顯示模擬時間和數(shù)字時間。本發(fā)明的發(fā)明概念將參照該RC時鐘I進(jìn)行描述。需注意的是，該時鐘I可以是任何類型的模擬石英鐘表，該模擬石英鐘表包括一個或多個指針和可選的更多個中的一個數(shù)字顯不器。
[0069]如圖所示，該RC時鐘I包括外殼，在該外殼中布置了鐘盤5和包括秒針2、分針3和時針4的三個指針以及數(shù)字顯示器。該鐘盤5和三個指針形成模擬鐘面。在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)，該時鐘可以只包括兩個指針(即分針和時針)，或包括指示日期、月相、星期等等的附加指針。該鐘盤5用數(shù)字指示標(biāo)志或非數(shù)字指示標(biāo)志來指示時間?？蛇x地將數(shù)字顯示器加入該模擬計(jì)時器中。
[0070]如圖2所示，該RC時鐘I包括向該時鐘供電的電池10、提供振蕩信號的石英振蕩器20、接收無線電控制同步信號的天線30、控制該時鐘的驅(qū)動機(jī)件以進(jìn)行計(jì)時的微處理器控制單元(MCU)40。該驅(qū)動機(jī)件包括一個或多個電動機(jī)50以驅(qū)動與各指針70相關(guān)的各齒輪60。各指針70是指如圖1所示的秒針2、分針3和時針4。
[0071]除了使用天線30夕卜，為了時間校正，MCU40也可以包括預(yù)載時間或石英晶體用作時間基準(zhǔn)。
[0072]如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的RC時鐘包括光發(fā)射器和光接收器，將該光發(fā)射器和光接收器裝于機(jī)件內(nèi)以使形成于各齒輪上的各孔對齊來將所有指針70對齊于12點(diǎn)處。本發(fā)明的改進(jìn)之一是配置位置傳感器，該位置傳感器包括紅外光發(fā)射器8和紅外光接收器7，其可以分別由紅外LED(發(fā)光二極管)和光電晶體管來實(shí)現(xiàn)。尤其是，該光發(fā)射器8和光接收器7被布置于該時鐘的鐘盤5后面并被放置以限定該鐘盤5上的反射區(qū)域，在該反射區(qū)域該光發(fā)射器發(fā)射一束光至經(jīng)過該反射區(qū)域的任何一個指針70，而該光接收器接收從該經(jīng)過的指針反射的光。與由于固有的齒輪構(gòu)造而只在12點(diǎn)的位置處實(shí)施時間校正過程的現(xiàn)有技術(shù)相反，可以將本發(fā)明的光發(fā)射器8和光接收器7安裝于該鐘盤5的任何位置，例如3點(diǎn)、6點(diǎn)或9點(diǎn)的位置處。
[0073]圖3A和圖3B提供了鐘盤5和本發(fā)明的驅(qū)動機(jī)件6的示例。如圖所示，沿該鐘盤的徑向?qū)⒃摴獍l(fā)射器8和該光接收器7布置于6點(diǎn)處?？蛇x地，可以沿該鐘盤的順時針方向布置該光發(fā)射器8和該光接收器7。在本實(shí)施例中，該光發(fā)射器(Tx)8和該光接收器(Rx)7分別傾斜于相對于其間的中央線的30度處以限定該反射區(qū)域。該反射區(qū)域準(zhǔn)確地以+/-6度的角度范圍進(jìn)行劃界來覆蓋第29個到第31個指示標(biāo)志。由該光發(fā)射器(Tx)S發(fā)射的紅外光束將被經(jīng)過該檢測區(qū)域C的指針的底面反射向該光接收器(Rx) 7。
[0074]參照圖3A，具有該光發(fā)射器8位于中心的圓圈代表可以由該光發(fā)射器照射的區(qū)域，具有該光接收器7位于中心的圓圈代表可以被該光接收器檢測的區(qū)域，以及陰影區(qū)域B代表反射區(qū)域，在該反射區(qū)域由該光發(fā)射器8發(fā)射的光可以被各指針2、3和4反射并由該光接收器7接收。該陰影區(qū)域B的寬度表示為“A”。需注意的是，上述兩個圓圈和陰影區(qū)域供于示例性的目的，并不顯示于該時鐘的鐘盤上。該光發(fā)射器8和該光接收器7可以被嵌于該鐘盤5內(nèi)，因此是不可見的。
[0075]現(xiàn)將秒針2作為例子來說明本發(fā)明的時間校正過程。
[0076]正常情況下，秒針2沿順時針方向繞著該鐘盤5旋轉(zhuǎn)，并由電動機(jī)和與該秒針相關(guān)的齒輪驅(qū)動以每秒跳動一次。在圖3A中，限定該反射區(qū)域B以相對于第30個指示標(biāo)志+/-6度的角度進(jìn)行劃界來緊密覆蓋第29個到第31個指示標(biāo)志。對該反射區(qū)域B的劃界可以通過將該發(fā)射器(Tx)S和該接收器(Rx)7布置于相對于其間的中央線大約+/-30度處來實(shí)現(xiàn)，從而限定了如圖3B所示的檢測區(qū)域C。
[0077]當(dāng)秒針2從第29個指示標(biāo)志跳動到第30個指示標(biāo)志時，它進(jìn)入該反射區(qū)域B ;當(dāng)該秒針2從第31個指示標(biāo)志跳動到第32個指示標(biāo)志時，它從該反射區(qū)域B出來。由于安排了紅外光由該發(fā)射器8發(fā)射并被該接收器7接收，可以檢測該秒針是否在該反射區(qū)域B中和檢測當(dāng)它進(jìn)入該反射區(qū)域B時的起始時間點(diǎn)和當(dāng)它從該反射區(qū)域B出來時的結(jié)束時間點(diǎn)?？梢允褂靡韵鹿絹泶_定秒針(Sp)的位置:
[0078]公式:C=布爾運(yùn)算[(Te-Ts)/2] (I)
[0079]如果C=I, Sp=30+C=在第31個指示標(biāo)志處的位置，(2)
[0080]如果C=O, Sp=30+C=在第30個指示標(biāo)志處的位置，(3)
[0081]其中，Ts =該指針進(jìn)入該反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及
[0082]Te =該指針從該反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)；
[0083]Sp =該指針的位置。
[0084]需注意的是，秒針2需要兩秒來通過該反射區(qū)域B，該反射區(qū)域B覆蓋從第29個指示標(biāo)志到第31個指示標(biāo)志的區(qū)域，分針3這樣做需要兩分鐘，而時針4這樣做需要兩小時。如果各指針2、3、4中的任何一個出現(xiàn)于該反射區(qū)域B，由該發(fā)射器8發(fā)射的光被該指針反射，然后由該接收器7接收。如果沒有指針經(jīng)過該反射區(qū)域B，不發(fā)生光反射。從該接收器7開始檢測到光反射的起始點(diǎn)到該接收器7接收不到光反射的結(jié)束點(diǎn)的持續(xù)時間與所檢測的指針通過該反射區(qū)域的持續(xù)時間相等。獲取該持續(xù)時間能夠計(jì)算所檢測的指針的速度，相應(yīng)地允許確定所檢測的指針的位置。在該持續(xù)時間的中點(diǎn)，所檢測的指針應(yīng)位于第30個指示標(biāo)志處。根據(jù)上述持續(xù)時間，MCU40可以確定所檢測的指針的實(shí)際位置。
[0085]所有指針可能在該反射區(qū)域中的同一位置處重疊，例如，當(dāng)檢測秒針2時，分針3和秒針2可能在第30個指示標(biāo)志處重疊。為了解決該重疊問題，僅使用一個位置傳感器可以取各指針的不同速度來識別各指針。特別是，參照圖3A可以根據(jù)以下來識別各指針:
[0086]情況(A):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts] >時針[Hs]的平均速度，則忽略重疊；
[0087]情況(B):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts]=秒針[Ss]的平均速度〈min (分針，時針)，則該指針被識別為秒針；
[0088]情況(C):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts] = max[秒針]〈分針[Ms]的平均速度〈min (時針)，則該指針被識別為分針；
[0089]情況(D):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts]=時針的平均速度，則該指針被識別為時針；
[0090]其中Ts=該指針進(jìn)入該反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及
[0091]Te =該指針從該反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)。
[0092]該指針的寬度Ht可以根據(jù)該反射區(qū)域B的覆蓋范圍和該光發(fā)射器8至該光接收器7的相對角度而改變。一般地，為了更好地檢測，該指針的寬度Ht小于等于該反射區(qū)域B的寬度A的一半。
[0093]應(yīng)當(dāng)理解，該時鐘I可以包括指示日期、鬧鐘定時、月相、星期等等的附加指針。這些附加指針的位置可以以相同的方式進(jìn)行檢測和確定，而MCU40可以如上述來實(shí)施類似的計(jì)時和時間校正操作。
[0094]如現(xiàn)有技術(shù)那樣，本發(fā)明的該時鐘I使用時間基準(zhǔn)來進(jìn)行時間校正。該時間基準(zhǔn)可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型，例如石英晶體、RCC信號或存儲于MCU40中的預(yù)載時間。[0095]當(dāng)由MCU40接收、解碼并識別光反射信號時，該MCU40可以根據(jù)上述持續(xù)時間來確定所檢測的指針的實(shí)際位置。用所檢測的指針的實(shí)際位置，MCU40然后可以確定所檢測的指針的時間是否正確，即所檢測的指針的時間是否與該時間基準(zhǔn)同步。在時間不正確的情況下，MCU40起動與所檢測的指針相關(guān)的驅(qū)動機(jī)件的各齒輪以將所檢測的指針移動至正確的位置。
[0096]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的MCU40的電路，而圖5A顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的位置傳感器的電路，兩個電路形成了本發(fā)明的模擬石英時鐘的基本電子電路。圖5B、6A、6B和6C顯示了可以加入該時鐘以增強(qiáng)各種功能的各附加電路。
[0097]如圖4所不，該MCU40由十速科技有限公司(Tenx Technology Inc.)的稱為TM8725 或 TM8726 的集成電路，或 C-MAX 公司、HKW-Elektronik 有限公司的 CME6005、UE6011等等來實(shí)現(xiàn)。該MCU40被設(shè)計(jì)成從與天線連接的各端RC_in、RC_pwr和RC40/60接收RCC信號。該MCU40經(jīng)由該時鐘的各J2端來控制驅(qū)動機(jī)件以進(jìn)行計(jì)時和時間校正。該MCU40還可以傳遞信號給LCD或LED顯示屏來以數(shù)字方式顯示時間。連接該MCU40以從Jl的各端接收英特網(wǎng)時間，Jl的各端在出廠或銷售前接收預(yù)設(shè)時間。
[0098]圖5A顯示了包括光發(fā)射器8和光接收器7的位置傳感器的一個示例性的電子電路。紅外LED D6相當(dāng)于該光發(fā)射器8，而光電晶體管Q7相當(dāng)于該光接收器7。該圖中的各端 SENS0R_CTRL、SENS0R_PWR 和 SENS0R_IN 與該 MCU40 的各端連接。
[0099]圖5B顯示了一個示例性的無線電控制時鐘接收器電路，該無線電控制時鐘接收器電路加入到本發(fā)明的該時鐘中。圖4、圖5A和圖5B的各電路形成了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例構(gòu)建的無線電控制時鐘。該RC IC不是本發(fā)明的重點(diǎn)并且在本領(lǐng)域中是公知的，而因此不在此詳述。
[0100]圖6A是蜂鳴電路，該蜂鳴電路具有與MCU40的BUZ_0UT端連接的輸入端。圖6B是適用于該時鐘的背光源電路，該背光源電路具有與MCU40的BACKLIGHT_0UT端連接的輸入端。圖6C是該時鐘的低電壓檢測電路，用以檢測電池是否處于低能量狀態(tài)，該低電壓檢測電路具有與MCU40的BATTERY_L0W端連接的輸入端。
[0101]根據(jù)本發(fā)明，1.5V或3V的直流電(DC)可以用作電源，并以兩節(jié)“AA”或“AAA”型電池來供應(yīng)，每節(jié)電池輸出1.5VDC。
[0102]圖7是顯示該時鐘的操作的流程圖。圖7的操作過程對應(yīng)于包括圖4、5和6A-6C的所有電路的時鐘。
[0103]該時鐘的操作從步驟701開始。在步驟702中，將該時鐘通電或重置，然后在步驟703中，該時鐘接收無線電控制時鐘(RCC)信號，或手動設(shè)置時間，或讀取存儲于MCU40中的預(yù)載時間，將其用作時間基準(zhǔn)以進(jìn)行時間校正。如果在步驟703中，該時鐘未能獲取正確的時間，在步驟704中將該時鐘設(shè)置為默認(rèn)時間例如12點(diǎn)。
[0104]如果該時鐘在步驟703中得到正確的時間并且該時鐘包括IXD顯示器，該操作進(jìn)入到步驟705以使該IXD顯示數(shù)字時間。然后該操作進(jìn)入到步驟706以根據(jù)該IXD上顯示的正確的時間來將指針移動到正確的位置。然后在步驟707中，開啟光發(fā)射器8和接收器7來檢測繞鐘盤5旋轉(zhuǎn)的各指針2、3、4的位置。
[0105]在步驟708中，該時鐘將根據(jù)所檢測的指針旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)速度來識別在反射區(qū)域中重疊的所檢測的各指針。如果步驟708未能識別出該三個指針的任何一個，將在該LCD上顯示信號“Err”來指示有識別指針的錯誤。如果在步驟708中確定了該三個指針的各自的實(shí)際位置，在步驟710中該MCU40將起動該時鐘的驅(qū)動機(jī)件以基于不等比較來進(jìn)行時間校正，例如使各指針的模擬時間與顯示于該LCD上的時間同步。在時間校正過程后，在步驟711中將關(guān)閉光發(fā)射器8和接收器7，并且該MCU恢復(fù)正常的計(jì)時操作。
[0106]步驟714表示低電池/電壓檢測、鬧鐘、LED背光源、掃描等附加功能。步驟712將檢測該時間是否改變，如果改變了，進(jìn)入步驟706以恢復(fù)時間校正過程；如果沒改變，進(jìn)入步驟713以檢查是否是時候定期(例如每日或每周)接收RCC信號。在步驟713中如果是時候接收RCC信號，進(jìn)入步驟706 ;如果不是，回到步驟711。在步驟715中該時鐘的操作結(jié)束。
[0107]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例校正該時鐘的指針位置的流程圖，參照圖3A和3B可以更容易理解。從步驟801開始，接著在步驟802中存儲正確的時間，該正確的時間相應(yīng)于各指針的各目標(biāo)位置。在步驟803中，秒針和分針以不同的速度快速地移動，然后啟用紅外光發(fā)射器8和接收器7。在步驟804中，檢測經(jīng)過反射區(qū)域B (參見圖3A)的所檢測的指針的起始時間點(diǎn)(Ts )和結(jié)束時間點(diǎn)(Te )。在步驟805中，計(jì)算Ts與Te之間的持續(xù)時間并將其與所檢測的指針的正確的持續(xù)時間比較。
[0108]如果步驟805的比較結(jié)果是情況A，回到步驟803，而如果步驟805的比較結(jié)果是情況B、C和D，進(jìn)入步驟806以報(bào)告所檢測的指針的實(shí)際位置，然后計(jì)算并比較相應(yīng)于該實(shí)際位置的實(shí)際時間與所存儲時間之間的偏差，其中各情況A、B、C和D被指定為上面討論的各情況，以確定是否有任何指針重疊。如果上述比較結(jié)果是不相等，該MCU將開啟在本文上面所討論的時間校正過程。
[0109]在步驟807中將該指針移動至正確的位置然后使之停下。在步驟808中，重復(fù)該時間校正過程直到將所有指針移動到各自正確的位置。如果在步驟808中不是所有指針的位置被校正，回到步驟803 ;否則進(jìn)入步驟809以保持所有指針的正常旋轉(zhuǎn)。步驟810將打開光發(fā)射器8和接收器7以定期(例如，每日或每周)檢測并校正各指針的位置。在步驟810中如果打開光發(fā)射器8和接收器7，進(jìn)入步驟809，否則進(jìn)入步驟806。在步驟811中，校正指針位置的操作結(jié)束。
[0110]因此，本發(fā)明提供了模擬石英計(jì)時器，在該模擬石英計(jì)時器中包括采用光反射的時間校正過程。本發(fā)明的時間校正過程能夠使用一個光學(xué)位置傳感器以非?？斓乃俣葯z測并校正該計(jì)時器的所有指針的位置。由于該位置傳感器和MCU獨(dú)立于驅(qū)動機(jī)件進(jìn)行操作，并且可以被安裝于該驅(qū)動機(jī)件外面，不需要對精確機(jī)械齒輪和相關(guān)昂貴組件的加工，本發(fā)明的計(jì)時器的加工成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)。
[0111]本文所描述的各實(shí)施例意欲作為示例的模擬計(jì)時器，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所述的各實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將不偏離本發(fā)明范圍而借助于技術(shù)人員的公知常識來設(shè)想出許多其他可能的變更和修飾，然而，這類變更和修飾應(yīng)落入本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬石英計(jì)時器，包括: 外殼; 一個或多個指針，該一個或多個指針繞著放置于所述外殼中的鐘盤連續(xù)地旋轉(zhuǎn)； 驅(qū)動機(jī)件，該驅(qū)動機(jī)件包括與所述指針相關(guān)的齒輪和驅(qū)動電動機(jī)以進(jìn)行計(jì)時； 位置傳感器，該位置傳感器包括光發(fā)射器和光接收器，該光發(fā)射器和該光接收器被放置以限定所述鐘盤上的反射區(qū)域，在該反射區(qū)域中所述光發(fā)射器發(fā)射一束光至經(jīng)過所述反射區(qū)域的任何一個指針，而所述光接收器接收從經(jīng)過的指針反射的光；以及 處理器，該處理器與所述驅(qū)動機(jī)件和所述位置傳感器連接，所述處理器被編程以相應(yīng)于來自所述指針的光的反射來確定在所述反射區(qū)域中的經(jīng)過的指針的位置，并響應(yīng)于所確定的位置來驅(qū)動機(jī)件將所述指針移動到正確的時間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，沿所述鐘盤的徑向或沿所述鐘盤的順時針或逆時針方向?qū)⑺龉獍l(fā)射器和所述光接收器布置于3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)或12點(diǎn)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，沿所述鐘盤的徑向?qū)⑺龉獍l(fā)射器和所述光接收器布置于6點(diǎn)處以限定所述反射區(qū)域，所述反射區(qū)域以+/-6度的角度范圍進(jìn)行劃界來緊密覆蓋第29個到第31個指示標(biāo)志。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬石英計(jì)時器，根據(jù)以下方程式來確定所述經(jīng)過的指針的位置: 公式:C =布爾運(yùn)算[(Te-Ts) /2] 如果C=I, Sp=30+C=在第31個指示標(biāo)志處的位置， 如果C=0，Sp=30+C=在第30個指示標(biāo)志處的位置， 其中，Ts =所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及 Te =所述指針從所述反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)； Sp =所述指針的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述指針包括秒針、分針和時針。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述指針還包括指示日歷、鬧鐘定時、月相、時間計(jì)數(shù)器、溫度、氣壓、紫外線和/或濕度的指針。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，當(dāng)所有指針在所述反射區(qū)域的同一位置重疊時，所述處理器通過各指針旋轉(zhuǎn)一周的速度來識別各指針。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述光發(fā)射器是紅外LED，而所述光接收器是紅外光電晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，將所述處理器和所述位置傳感器安裝于所述驅(qū)動機(jī)件的外面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述計(jì)時器包括石英晶體，該石英晶體用作時間基準(zhǔn)以進(jìn)行時間校正。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述計(jì)時器包括與所述處理器連接的天線以經(jīng)由英特網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)接收預(yù)設(shè)全球時間或無線電控制信號，該預(yù)設(shè)全球時間或無線電控制信號用作時間基準(zhǔn)以進(jìn)行時間校正。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述計(jì)時器還包括與所述處理器連接的一個或多個數(shù)字顯示器以數(shù)字方式顯示有關(guān)日歷、鬧鐘定時、月相、時間計(jì)數(shù)器、溫度、氣壓、紫外線和/或濕度的信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述處理器是微處理器控制單元(MCU)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述處理器是選自TM8725、TM8726、CME6005 或 UE6011 的集成電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬石英計(jì)時器，其特征在于，所述計(jì)時器還包括與所述處理器連接的一個或多個電路，該一個或多個電路是選自于如下的一個或多個電路:蜂鳴電路、背光源電路和低電壓檢測電路。
16.一種提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，包括以下步驟: 提供位置傳感器，該位置傳感器包括光發(fā)射器和光接收器，該光發(fā)射器和該光接收器被放置以限定所述計(jì)時器的鐘盤上的反射區(qū)域，在該反射區(qū)域中所述光發(fā)射器發(fā)射一束光至經(jīng)過所述反射區(qū)域的一個或多個指針，而所述光接收器接收從經(jīng)過的指針反射的光； 識別來自所述經(jīng)過的指針的光的反射以確定在所述反射區(qū)域中的該指針的位置； 比較所述指針的所確定的位置與由時間基準(zhǔn)提供的正確的時間位置； 基于不等比較以驅(qū)動所述計(jì)時器的驅(qū)動機(jī)件來將所述指針移動到正確的時間位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，其特征在于，確定所述經(jīng)過的指針的位置包括檢測從起始點(diǎn)到結(jié)束點(diǎn)的光的反射，在該起始點(diǎn)所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域，在該結(jié)束點(diǎn)所述指針從所述反射區(qū)域出來。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，其特征在于，將所述光發(fā)射器和所述光接收器布置于6點(diǎn)處以限定所述反射區(qū)域，所述反射區(qū)域以+/-6度的角度范圍進(jìn)行劃界來緊密覆蓋第29個到第31個指示標(biāo)志，而所述指針的位置根據(jù)以下方程式來確定: 公式:C =布爾運(yùn)算[(Te-Ts) /2] 如果C=I, Sp=30+C=在第31個指示標(biāo)志處的位置， 如果C=0，Sp=30+C=在第30個指示標(biāo)志處的位置， 其中，Ts =所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及 Te =所述指針從所述反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)； Sp =所述指針的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟: 當(dāng)所有指針在所述反射區(qū)域的同一位置重疊時，通過各指針旋轉(zhuǎn)一周的速度來識別所述指針。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，其特征在于，該識別步驟包括確定起始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)之間的持續(xù)時間，在該起始點(diǎn)所述指針進(jìn)入所述反射區(qū)域，在該結(jié)束點(diǎn)所述指針從所述反射區(qū)域出來，以根據(jù)以下來識別所述指針: 情況(A):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts]>時針[Hs]的平均速度，則忽略重疊； 情況(B):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts]=秒針[Ss]的平均速度〈min (分針，時針)，則該指針被識別為秒針； 情況(C):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts] = max[秒針]〈分針[Ms]的平均速度〈min (時針),則指針被識別為分針； 情況(D):如果指針?biāo)俣萚Te-Ts]=時針的平均速度，則該指針被識別為時針； 其中Ts=該指針進(jìn)入該反射區(qū)域的起始點(diǎn)；以及 Te =該指針從該反射區(qū)域出來的結(jié)束點(diǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，其特征在于，所述光發(fā)射器是紅外LED，而所述光接收器是紅外光電晶體管。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的提供模擬石英計(jì)時器時間校正的方法，其特征在于，所述時間基準(zhǔn)包括石英晶體、無線電控制信號或存儲于所述計(jì)時器中的預(yù)載時間。
【文檔編號】G04C3/00GK103718117SQ201180071256
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月1日
【發(fā)明者】馮威棠 申請人:馮威棠