基于GPS自動授時的無線智能控制器的設計

　　摘要：本文設計了一種利用GPS模塊對時鐘芯片進行授時的無線智能控制裝置。單片機通過串行口接收GPS模塊采集的標準北京時間，完成對時鐘芯片的授時。單片機可根據(jù)使用者通過紅外搖控器設置的時間，通過2.4GHz無線模塊準確驅(qū)動遠端的電鈴、家用電器等負載工作;單片機還可利用各種傳感器采集的信息，通過2.4GHz無線模塊驅(qū)動遠端語音模塊進行報警。

　　引言

　　GPS是一項成熟的技術(shù)，但是，在我國，民用產(chǎn)品開發(fā)方面還不算非常普及，主要集中在導航設備中。在學校，老師工作、學生學習的時間安排等信息往往是通過打鈴儀進行傳播的。學?，F(xiàn)有的打鈴儀一般采用時控開關進行控制，時控開關內(nèi)部由單片機作為主控芯片，走時系統(tǒng)主要依賴于里面的時鐘芯片，時鐘芯片的精度很大程度上取決于外接的晶振，晶振的精度總會存在誤差，時間長了，誤差累計，系統(tǒng)計時就會出現(xiàn)較大的誤差。比如，一個月后，時鐘總是會快或者慢1到2分鐘。隨著時間的推移，誤差會越來越大。所以，每隔一段時間必須通過人工進行維護校準。當學校面積較大時，可能需要用到多個時控開關，而這些時控開關各自的精度也不一定一樣。這樣，勢必會造成作息鈴聲不同步，并且普通的時控開關與打鈴儀之間的連接是通過電線來實現(xiàn)的，中間的線路老化問題也不可避免。通過GPS授時來實現(xiàn)打鈴控制，可以做到時間準確無誤，無需人工校準。通過無線模塊進行傳輸控制信息，可能做到強電與弱電分離，省去控制設備與被控制設備中間電線。線路簡潔，更加安全可靠。對于學校、企事業(yè)單位、工廠、部隊等需要用來做作息打鈴和時間控制等場合來說，具有非常良好的應用前景。

　　1 設計思路與方案

　　要解決現(xiàn)有學校打鈴設備打鈴時間不準的問題，必須要有一個準確的計時系統(tǒng)和一個可靠的控制打鈴的設備，兩者缺一不可。如果只有計時系統(tǒng)準確，而控制打鈴的設備不能可靠地執(zhí)行，或者控制打鈴的設備能可靠地執(zhí)行，而計時系統(tǒng)不準。這樣都無法準確地實現(xiàn)打鈴。

　　針對上述問題，解決的思路是這樣的：一是利用衛(wèi)星授時，可以做到高準確性，程序里可以設置每5S鐘校準一次。也就是說幾乎每時每刻都能保持與國家授時中心的時間一致。二是在被控設備上，采用的是無線驅(qū)動，即控制系統(tǒng)通過2.4GHz的無線電信號來控制我們的打鈴等設備。

　　具體的做法是：利用GPS模塊接收衛(wèi)星標準時間，通過串行通信傳輸給單片機，單片機將信號解調(diào)出來，完成對時鐘模塊的校時。操作者可通過紅外遙控器進行設置(打鈴時間、鬧鐘等)。系統(tǒng)可以根據(jù)操作者設置的時間，通過無線模塊將指令傳輸給遠端繼電器模塊，并通過繼電器模塊驅(qū)動各種控制設備從而實現(xiàn)相應的功能。系統(tǒng)功能框圖見圖1，顯示界面見圖2。

　　該設計能實現(xiàn)以下功能：GPS自動授時，接收衛(wèi)星時間，完成對時鐘芯片的授時;無線傳輸控制信號，控制打鈴設備與家用電器或者學校電器設備的工作;定時打鈴功能，可對打鈴設備進行定時打鈴，并可對家用電器或者學校電器設備進行定時開機與關機;消防、地震警報，在出現(xiàn)火災或地震來臨時報警，自動或是手動觸發(fā)警報裝置;萬年歷顯示，在液晶屏上顯示年、月、日、時、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的文字，對全家人的生日和節(jié)假日進行提醒;軟件動態(tài)校時，可對時鐘誤差進行修正(在不用GPS時)，保證走時精度;按鍵與紅外遙控器兩種設置模式，紅外可提高操作靈活性，更加安全。

　　2 GPS模塊硬件與軟件設計

　　2.1 硬件設計

　　GPS模塊采用瑞士u-blox公司的 NEO-6M主芯片，此芯片為多功能獨立型GPS模組，以ROM為基礎架構(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9600，4800和38400bps，NMEA通信協(xié)議。UBX協(xié)議下串口波特率57600bps。