一种高续航快速守时系统的制作方法

1.本实用新型涉及车载导航的时间同步装置技术领域，特别涉及一种高续航快速守时系统。


背景技术：

2.随着科技的发展，车载导航系统对时间同步的要求越来越高，高精度的守时系统能够为汽车导航的准确性提供更加安全可靠的保障。
3.现有技术中车载守时系统仍采用传统的普通晶振守时，无法满足车载系统时钟的高精度要求；采用高精度恒温晶振守时，可以满足车载系统对时钟的高精度要求。但是，由于高精度恒温晶振开机功耗比较大，长时间工作会带来汽车电池续航能力显著下降；再一方面，恒温晶振的驯服时间与恒温晶振的断电时间有关，断电时间越长则驯服所需的时间越长。
4.因此，亟需一种高精度且续航时间长的守时方案，能够同时具有高精度和长续航特性。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术中高精度时间同步装置会导致电池续航能力下降的缺陷，提出了一种高续航快速守时系统，通过对供电源检测切换不同功耗工作模式进行时间同步处理，既能保证时间同步精度，又能在蓄电池供电时延长蓄电池的续航时间。
6.本实用新型由cpu通过供电接口检测供电源，当检测到供电源为蓄电池的时候，内置计时器的cpu间歇性开关恒温晶振电源，既能保证系统时钟精度，又能延长电池续航时间。
7.而且，本实用新型通过主要由tdc、pll、触发器共同组成的守时补偿单元，检测当前检测周期是否接收到外部卫星信号，在当前检测周期未接收到外部卫星信号时，采用守时补偿单元对本地基准时钟信号进行补偿而形成新的本地时钟信号对外进行授时。
8.本实用新型采用的技术方案如下：
9.一种高续航快速守时系统，包括外接卫星信号的接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、cpu以及外接蓄电池和发电机的供电接口；
10.所述供电接口分别与接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、cpu连接；
11.所述cpu内置计时器，且所述cpu设置供电信号采集端、标准时钟源信号接收端、驯服端、时间参数配置端、触发信号端、守时补偿端、授时端；
12.所述tdc设置start端、stop端、参考时钟信号端、补偿信号端；
13.所述cpu的供电信号采集端与供电接口连接；所述cpu的标准时钟源信号接收端与接收机的输出端连接；所述cpu的驯服端与恒温晶振、分配器连接并形成回路；所述cpu的时间参数配置端与pll连接；所述cpu的触发信号端通过触发器与tdc的start端连接；所述cpu的授时端外接串口；
14.所述分配器的一个输出端向外部输出10mhz方波信号；所述分配器的另一个输出端经pll与tdc的参考时钟信号端连接，发送5mhz方波信号至tdc参考时钟信号端；
15.所述tdc的stop端与所述接收机的输出端连接；所述tdc的补偿信号端与cpu的守时补偿端连接；
16.所述触发器的一个输出端外接sma接口，输出秒脉冲信号。
17.一方面，所述cpu通过接收机检测外部卫星信号：若接收到外部的卫星信号，则cpu开始驯服恒温晶振；若没有检测到外部的卫星信号，则进入守时状态。
18.另一方面，所述cpu通过供电接口进行供电源的检测：若检测到外部供电转为发电机等供电设备直接供电，则继续正常功耗工作模式，cpu中内置的计时器负责对恒温晶振固定驯服时间进行计时，此时恒温晶振处于持续周期性工作模式；若检测到外部供电转为蓄电池供电，则cpu通过控制恒温晶振电源的开与关实现恒温晶振间歇性开机控制。恒温晶振电源关闭时，恒温晶振处于休眠模式。cpu中内置的一个计时器负责对恒温晶振休眠时间进行计时，到达唤醒时间时，cpu控制供电接口打开恒温晶振电源，能够进行恒温晶振驯服操作；到达关闭恒温晶振电源时间时，cpu控制供电接口关闭恒温晶振电源，恒温晶振进入休眠模式，即低功耗模式。
19.为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述cpu的时间参数配置端与pll通过i2c总线连接。
20.为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述接收机内设置dac模块，且所述dac模块的输出端通过uart接口与cpu的标准时钟源信号接收端连接，输出dac标准时钟数据。
21.为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述接收机内设置秒脉冲信号发生器；所述秒脉冲信号发生器的一路输出发送1pps秒脉冲信号至所述tdc的start端；所述秒脉冲信号发生器的另一路输出发送1pps秒脉冲信号至所述cpu的标准脉冲信号接收端；所述cpu的触发信号端通过触发器发送1pps秒脉冲信号至所述tdc的stop端；所述触发器通过sma接口向外部输出1pps秒脉冲信号。
22.为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述cpu采用stm32系列mcu。
23.为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述恒温晶振采用rtc芯片。
24.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
25.（1）本实用新型所述的一种高续航快速守时系统，在系统由蓄电池供电时，由cpu控制恒温晶振进行间歇性开机，使得恒温晶振以固定的时间频率开机进行驯服，其余时间保持低功耗的守时模式，既保证时间同步的精度，又减少总体功耗而延长蓄电池续航时间；
26.（2）本实用新型所述的一种高续航快速守时系统，通过主要由tdc、pll、触发器共同组成的守时补偿单元，检测当前检测周期是否接收到外部卫星信号，在当前检测周期未接收到外部卫星信号时，采用守时补偿单元对本地基准时钟信号进行补偿而形成新的本地时钟信号对外进行授时；
27.（3）本实用新型中所述高续航快速守时系统，通过串口输出时间信号进行同级或者下级授时；通过sma连接器输出1pps秒脉冲信号；通过分配器输出10mhz方波信号。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介
绍，应当理解，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
29.图1是本实用新型的系统结构图。
具体实施方式
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.下面结合附图对本实用新型作详细说明。
33.实施例1
34.本实施例提供了一种高续航快速守时系统，由发电机、蓄电池通过供电接口进行供电。所述高续航快速守时系统包括外接卫星信号的接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、cpu以及外接蓄电池和发电机的供电接口；所述供电接口分别与接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、cpu连接；内置计时器的cpu分别与接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、供电接口连接；所述cpu的驯服端与恒温晶振、分配器连接并形成回路；所述cpu的守时端与主要由tdc、pll、触发器组成的守时补偿单元连接。
35.本实施例由cpu通过供电接口检测供电源，当检测到供电源为蓄电池时，内置计时器的cpu间歇性开关恒温晶振电源，既能保证系统时钟精度，又能延长电池续航时间。同时本实施例不仅能根据卫星信号驯服高精度的恒温晶振，还能在未能成功接收到卫星信号的时候，通过守时补偿计算本地时钟信号进行守时。
36.本实施例中采用周期性检测供电源、周期性检测卫星信号的方式配合高精度的恒温晶振，使得本实施例所述高续航快速守时系统时间同步精度高且蓄电池续航时间长。需要说明的是，检测供电源、检测卫星信号的周期是由设计人员根据实际需求进行设置或者调整，检测的先后顺序也可以根据实际需求进行设置或者调整。如果仅是对供电源和卫星信号的检测周期、检测顺序进行调整所形成的方案也落入本实施例所描述的方案中。
37.实施例2
38.本实施例以实施例1为基础，以高续航快速守时系统作为车载导航的时间同步装置为例，进行详细说明。
39.如图1所示，一种高续航快速守时系统，包括接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、cpu以及供电接口。
40.所述供电接口分别与接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、cpu连接。外部的发电机或者蓄电池通过供电接口向接收机、tdc、pll、触发器、恒温晶振、分配器、cpu供
电。
41.所述接收机，用于接收卫星信号获取标准时钟源信号并发送给tdc、cpu进行本地时间同步。具体的，接收机向cpu输出1pps秒脉冲信号和dac时间信号。接收机向tdc输出1pps秒脉冲信号。
42.所述cpu，内置计时器，且所述cpu设置供电信号采集端、标准时钟源信号接收端、驯服端、时间参数配置端、触发信号端、守时补偿端、授时端。
43.所述cpu的供电信号采集端与所述供电接口连接，用于检测供电方式，反馈当前是发电机供电还是蓄电池供电。
44.所述cpu的标准时钟源信号接收端与接收机的输出端连接，用于获取标准时钟源对应的秒脉冲信号和时间数据。
45.所述cpu的驯服端与恒温晶振、分配器连接并形成回路，用于通过标准时钟源信号对本地的恒温晶振进行驯服和记录。所述分配器的一路输出端与cpu连接，用于输出内部时钟信号a；所述分配器的一路输出端与cpu连接，用于输出内部时钟信号b。
46.所述cpu的时间参数配置端与pll连接，用于配置pll时间参数。
47.所述cpu的触发信号端与触发器连接并通过触发器与tdc的start端连接，用于输入本地基准时钟信号。
48.所述cpu的守时补偿端与tdc的补偿信号端连接，用于交互本地时钟信号。
49.所述cpu的授时端与串口连接，用于向同级或下级授时。
50.所述tdc设置start端、stop端、参考时钟信号端、补偿信号端。
51.所述tdc的start端通过触发器与cpu的触发信号端连接，用于接收本地基准时钟信号。
52.所述tdc的stop端与所述接收机的输出端连接，用于接收标准时钟源信号。
53.所述tdc的参考时钟信号端与pll的基准信号端连接，用于接收参考时钟信号。
54.所述tdc的补偿信号端与cpu的守时补偿端连接，用于交互本地时钟信号。
55.所述pll的一个输入端与分配器连接，用于接收恒温晶振驯服后输出的内部时钟信号b。
56.所述pll的基准信号端与tdc的参考时钟信号端连接，用于将由内部时钟信号b整形后的参考时钟信号发送至tdc。
57.所述pll的配置端与cpu的时间参数配置端连接，用于配置pll时间参数。
58.具体的，所述tdc的start端接收由cpu经触发器发送的1pps信号；所述tdc的stop端接收由接收机发送的1pps信号；所述tdc的参考时钟信号端接收由pll发送的5mhz频率信号。所述tdc计算start端、stop端接收到的两个信号的间隔量，若间隔量较小则说明此检测周期接收到了卫星信号，则基于卫星信号中标准时间源信号对恒温晶振进行驯服；若间隔量较大则说明此检测周期未接收到卫星信号，则基于上周期的本地时钟信号进行守时补偿，获得补偿后的本地时钟信号。
59.所述触发器的一个输出端外接sma接口，输出秒脉冲信号。具体的，所述触发器通过sma接口输出1pps秒脉冲信号。
60.所述分配器的一个输出端经pll与tdc的参考时钟信号端连接，发送参考时钟信号至tdc参考时钟信号端。具体的，所述分配器发送10mhz信号至pll，计数分频后pll发送5mhz
方波信号至tdc。
61.所述分配器的另一个输出端向外部输出10mhz方波信号。
62.采用高精度的恒温晶振能够很好的满足系统时钟的高精度要求。但是恒温晶振的驯服时间与晶振的断电时间有关，断电时间越长驯服时间越长；而且恒温晶振工作时功耗比较大，持续长时间工作会对使蓄电池续航能力显著下降。因此，在充分考虑到系统时钟精度要求和蓄电池续航能力要求的情况下，本实施例提供的高续航快速守时系统，通过检测供电方式采用“正常功耗模式”和“低功耗模式”两种不同的时间同步工作模式，在“低功耗模式”下采用控制恒温晶振间歇性开机的方式既解决了提高蓄电池续航能力的问题，又解决了晶振驯服时长控制的问题。
63.首先，针对本实施例所述的高续航快速守时系统，是以蓄电池和发电机作为外部电源，通过供电接口向系统内各个模块进行供电。而且，所述cpu与供电接口的信号端连接，根据获取的供电源信息在“正常功耗模式”和“低功耗模式”两种不同的工作模式中进行切换。
64.具体地：若直接由外部的发电机进行供电，整个系统运行“正常功耗模式”；若断开发电机而改用蓄电池进行供电，整个系统运行“低功耗模式”，此工作模式下cpu通过内置的计时器计算恒温晶振唤醒时间。所述恒温晶振唤醒时间开始时，cpu发送指令开启对恒温晶振供电，驯服晶振；所述恒温晶振唤醒时间结束时，cpu发送指令关闭对恒温晶振供电，恒温晶振进入休眠状态。这样既能保证晶振的开机特性，也可以保证功耗有效降低，大大延长蓄电池的适用范围。
65.其次，所述tdc、pll、触发器组成一个守时补偿单元。所述tdc设置start端、stop端、参考时钟信号端、补偿信号端。所述tdc根据标准时钟源信号、本地基准时钟信号二者的时间间隔进行计算，并将计算结果通过补偿信号端发送至cpu；所述cpu根据同一个检测周期内标准时钟源信号和本地基准时钟信号二者的时间间隔大小在“驯服恒温晶振模式”和“守时模式”两种不同的工作模式中进行切换。这样能够有效保证系统时钟可靠性。
66.具体地：若同一个检测周期内标准时钟源信号和本地基准时钟信号二者的时间间隔较小而落入设定的阈值范围内，则说明此检测周期内接收到卫星信号，从而运行“驯服恒温晶振模式”，若同一个检测周期内标准时钟源信号和本地基准时钟信号二者的时间间隔较大而超出阈值范围，则说明此检测周期内并未接收到卫星信号，从而运行“守时模式”。
67.进一步地，所述tdc的补偿信号端与所述cpu的守时补偿端双向连接。“驯服恒温晶振模式”下，cpu根据标准时钟源信号接收端接收到的标准时钟源信号对恒温晶振进行驯服。“守时模式”下，cpu根据本地基准时钟信号、参考时钟信号进行守时补偿，守时补偿后再对外授时。
68.本实施例中所述高续航快速守时系统，通过接收机获取卫星信号，并根据从卫星信号中解析的标准时钟源信号驯服本地恒温晶振获得本地时钟信号；当无法正常获取卫星信号时，基于锁相环技术对本地基准时钟信号进行守时补偿，将守时补偿后的本地时钟信号输出外部进行授时。根据卫星信号解析标准时钟源信号以及根据标准时钟源信号驯服本地晶振，可以采用如“专利号为：201821934773 .7；发明创造名称为：一种基于北斗导航系统和ptp的高铁同步授时装置”的中国实用新型专利等现有技术实现，也不属于本实施例的改进点，故不再赘述。
69.进一步地，所述cpu的时间参数配置端与pll通过i2c总线连接。
70.进一步地，所述接收机内设置dac模块，且所述dac模块的输出端通过uart接口与cpu的标准时钟源信号接收端连接，输出dac标准时钟数据。
71.进一步地，所述cpu采用stm32系列mcu。
72.进一步地，所述恒温晶振采用rtc芯片。
73.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。