基于GPS自動(dòng)授時(shí)的無(wú)線(xiàn)智能控制器的設計

　　摘要：本文設計了一種利用GPS模塊對時(shí)鐘芯片進(jìn)行授時(shí)的無(wú)線(xiàn)智能控制裝置。單片機通過(guò)串行口接收GPS模塊采集的標準北京時(shí)間，完成對時(shí)鐘芯片的授時(shí)。單片機可根據使用者通過(guò)紅外搖控器設置的時(shí)間，通過(guò)2.4GHz無(wú)線(xiàn)模塊準確驅動(dòng)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(guò)2.4GHz無(wú)線(xiàn)模塊驅動(dòng)遠端語(yǔ)音模塊進(jìn)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(kāi)發(fā)方面還不算非常普及，主要集中在導航設備中。在學(xué)校，老師工作、學(xué)生學(xué)習的時(shí)間安排等信息往往是通過(guò)打鈴儀進(jìn)行傳播的。學(xué)?，F有的打鈴儀一般采用時(shí)控開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，時(shí)控開(kāi)關(guān)內部由單片機作為主控芯片，走時(shí)系統主要依賴(lài)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(cháng)了，誤差累計，系統計時(shí)就會(huì )出現較大的誤差。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(zhù)時(shí)間的推移，誤差會(huì )越來(lái)越大。所以，每隔一段時(shí)間必須通過(guò)人工進(jìn)行維護校準。當學(xué)校面積較大時(shí)，可能需要用到多個(gè)時(shí)控開(kāi)關(guān)，而這些時(shí)控開(kāi)關(guān)各自的精度也不一定一樣。這樣，勢必會(huì )造成作息鈴聲不同步，并且普通的時(shí)控開(kāi)關(guān)與打鈴儀之間的連接是通過(guò)電線(xiàn)來(lái)實(shí)現的，中間的線(xiàn)路老化問(wèn)題也不可避免。通過(guò)GPS授時(shí)來(lái)實(shí)現打鈴控制，可以做到時(shí)間準確無(wú)誤，無(wú)需人工校準。通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)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(xiàn)。線(xiàn)路簡(jiǎn)潔，更加安全可靠。對于學(xué)校、企事業(yè)單位、工廠(chǎng)、部隊等需要用來(lái)做作息打鈴和時(shí)間控制等場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，具有非常良好的應用前景。

　　1 設計思路與方案

　　要解決現有學(xué)校打鈴設備打鈴時(shí)間不準的問(wèn)題，必須要有一個(gè)準確的計時(shí)系統和一個(gè)可靠的控制打鈴的設備，兩者缺一不可。如果只有計時(shí)系統準確，而控制打鈴的設備不能可靠地執行，或者控制打鈴的設備能可靠地執行，而計時(shí)系統不準。這樣都無(wú)法準確地實(shí)現打鈴。

　　針對上述問(wèn)題，解決的思路是這樣的：一是利用衛星授時(shí)，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(shuō)幾乎每時(shí)每刻都能保持與國家授時(shí)中心的時(shí)間一致。二是在被控設備上，采用的是無(wú)線(xiàn)驅動(dòng)，即控制系統通過(guò)2.4GHz的無(wú)線(xiàn)電信號來(lái)控制我們的打鈴等設備。

　　具體的做法是：利用GPS模塊接收衛星標準時(shí)間，通過(guò)串行通信傳輸給單片機，單片機將信號解調出來(lái)，完成對時(shí)鐘模塊的校時(shí)。操作者可通過(guò)紅外遙控器進(jìn)行設置(打鈴時(shí)間、鬧鐘等)。系統可以根據操作者設置的時(shí)間，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊將指令傳輸給遠端繼電器模塊，并通過(guò)繼電器模塊驅動(dòng)各種控制設備從而實(shí)現相應的功能。系統功能框圖見(jiàn)圖1，顯示界面見(jiàn)圖2。

　　該設計能實(shí)現以下功能：GPS自動(dòng)授時(shí)，接收衛星時(shí)間，完成對時(shí)鐘芯片的授時(shí);無(wú)線(xiàn)傳輸控制信號，控制打鈴設備與家用電器或者學(xué)校電器設備的工作;定時(shí)打鈴功能，可對打鈴設備進(jìn)行定時(shí)打鈴，并可對家用電器或者學(xué)校電器設備進(jìn)行定時(shí)開(kāi)機與關(guān)機;消防、地震警報，在出現火災或地震來(lái)臨時(shí)報警，自動(dòng)或是手動(dòng)觸發(fā)警報裝置;萬(wàn)年歷顯示，在液晶屏上顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，農歷、溫度和24節氣;生日提醒與節日提醒功能，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假日進(jìn)行提醒;軟件動(dòng)態(tài)校時(shí)，可對時(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，成本低，體積小，并具有眾多特性。內置陶瓷天線(xiàn)，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。