基于GPS自動(dòng)授時(shí)的無線智能控制器的設(shè)計(jì)

　　摘要：本文設(shè)計(jì)了一種利用GPS模塊對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行授時(shí)的無線智能控制裝置。單片機(jī)通過串行口接收GPS模塊采集的標(biāo)準(zhǔn)北京時(shí)間，完成對(duì)時(shí)鐘芯片的授時(shí)。單片機(jī)可根據(jù)使用者通過紅外搖控器設(shè)置的時(shí)間，通過2.4GHz無線模塊準(zhǔn)確驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)端的電鈴、家用電器等負(fù)載工作;單片機(jī)還可利用各種傳感器采集的信息，通過2.4GHz無線模塊驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)端語(yǔ)音模塊進(jìn)行報(bào)警。

　　引言

　　GPS是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，但是，在我國(guó)，民用產(chǎn)品開發(fā)方面還不算非常普及，主要集中在導(dǎo)航設(shè)備中。在學(xué)校，老師工作、學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間安排等信息往往是通過打鈴儀進(jìn)行傳播的。學(xué)?，F(xiàn)有的打鈴儀一般采用時(shí)控開關(guān)進(jìn)行控制，時(shí)控開關(guān)內(nèi)部由單片機(jī)作為主控芯片，走時(shí)系統(tǒng)主要依賴于里面的時(shí)鐘芯片，時(shí)鐘芯片的精度很大程度上取決于外接的晶振，晶振的精度總會(huì)存在誤差，時(shí)間長(zhǎng)了，誤差累計(jì)，系統(tǒng)計(jì)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。比如，一個(gè)月后，時(shí)鐘總是會(huì)快或者慢1到2分鐘。隨著時(shí)間的推移，誤差會(huì)越來越大。所以，每隔一段時(shí)間必須通過人工進(jìn)行維護(hù)校準(zhǔn)。當(dāng)學(xué)校面積較大時(shí)，可能需要用到多個(gè)時(shí)控開關(guān)，而這些時(shí)控開關(guān)各自的精度也不一定一樣。這樣，勢(shì)必會(huì)造成作息鈴聲不同步，并且普通的時(shí)控開關(guān)與打鈴儀之間的連接是通過電線來實(shí)現(xiàn)的，中間的線路老化問題也不可避免。通過GPS授時(shí)來實(shí)現(xiàn)打鈴控制，可以做到時(shí)間準(zhǔn)確無誤，無需人工校準(zhǔn)。通過無線模塊進(jìn)行傳輸控制信息，可能做到強(qiáng)電與弱電分離，省去控制設(shè)備與被控制設(shè)備中間電線。線路簡(jiǎn)潔，更加安全可靠。對(duì)于學(xué)校、企事業(yè)單位、工廠、部隊(duì)等需要用來做作息打鈴和時(shí)間控制等場(chǎng)合來說，具有非常良好的應(yīng)用前景。

　　1 設(shè)計(jì)思路與方案

　　要解決現(xiàn)有學(xué)校打鈴設(shè)備打鈴時(shí)間不準(zhǔn)的問題，必須要有一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)系統(tǒng)和一個(gè)可靠的控制打鈴的設(shè)備，兩者缺一不可。如果只有計(jì)時(shí)系統(tǒng)準(zhǔn)確，而控制打鈴的設(shè)備不能可靠地執(zhí)行，或者控制打鈴的設(shè)備能可靠地執(zhí)行，而計(jì)時(shí)系統(tǒng)不準(zhǔn)。這樣都無法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)打鈴。

　　針對(duì)上述問題，解決的思路是這樣的：一是利用衛(wèi)星授時(shí)，可以做到高準(zhǔn)確性，程序里可以設(shè)置每5S鐘校準(zhǔn)一次。也就是說幾乎每時(shí)每刻都能保持與國(guó)家授時(shí)中心的時(shí)間一致。二是在被控設(shè)備上，采用的是無線驅(qū)動(dòng)，即控制系統(tǒng)通過2.4GHz的無線電信號(hào)來控制我們的打鈴等設(shè)備。

　　具體的做法是：利用GPS模塊接收衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，通過串行通信傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)將信號(hào)解調(diào)出來，完成對(duì)時(shí)鐘模塊的校時(shí)。操作者可通過紅外遙控器進(jìn)行設(shè)置(打鈴時(shí)間、鬧鐘等)。系統(tǒng)可以根據(jù)操作者設(shè)置的時(shí)間，通過無線模塊將指令傳輸給遠(yuǎn)端繼電器模塊，并通過繼電器模塊驅(qū)動(dòng)各種控制設(shè)備從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。系統(tǒng)功能框圖見圖1，顯示界面見圖2。

　　該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)以下功能：GPS自動(dòng)授時(shí)，接收衛(wèi)星時(shí)間，完成對(duì)時(shí)鐘芯片的授時(shí);無線傳輸控制信號(hào)，控制打鈴設(shè)備與家用電器或者學(xué)校電器設(shè)備的工作;定時(shí)打鈴功能，可對(duì)打鈴設(shè)備進(jìn)行定時(shí)打鈴，并可對(duì)家用電器或者學(xué)校電器設(shè)備進(jìn)行定時(shí)開機(jī)與關(guān)機(jī);消防、地震警報(bào)，在出現(xiàn)火災(zāi)或地震來臨時(shí)報(bào)警，自動(dòng)或是手動(dòng)觸發(fā)警報(bào)裝置;萬年歷顯示，在液晶屏上顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，農(nóng)歷、溫度和24節(jié)氣;生日提醒與節(jié)日提醒功能，利用大屏幕液晶顯示器顯示相應(yīng)的文字，對(duì)全家人的生日和節(jié)假日進(jìn)行提醒;軟件動(dòng)態(tài)校時(shí)，可對(duì)時(shí)鐘誤差進(jìn)行修正(在不用GPS時(shí))，保證走時(shí)精度;按鍵與紅外遙控器兩種設(shè)置模式，紅外可提高操作靈活性，更加安全。

　　2 GPS模塊硬件與軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 硬件設(shè)計(jì)

　　GPS模塊采用瑞士u-blox公司的 NEO-6M主芯片，此芯片為多功能獨(dú)立型GPS模組，以ROM為基礎(chǔ)架構(gòu)，成本低，體積小，并具有眾多特性。內(nèi)置陶瓷天線，可使用USART串口TTL或IIC通信。串口波特率默認(rèn)9600，4800和38400bps，NMEA通信協(xié)議。UBX協(xié)議下串口波特率57600bps。