基于GPS自动授时的无线智能控制器的设计

　　摘要：本文设计了一种利用GPS模块对时钟芯片进行授时的无线智能控制装置。单片机通过串行口接收GPS模块采集的标准北京时间，完成对时钟芯片的授时。单片机可根据使用者通过红外摇控器设置的时间，通过2.4GHz无线模块准确驱动远端的电铃、家用电器等负载工作;单片机还可利用各种传感器采集的信息，通过2.4GHz无线模块驱动远端语音模块进行报警。

　　引言

　　GPS是一项成熟的技术，但是，在我国，民用产品开发方面还不算非常普及，主要集中在导航设备中。在学校，老师工作、学生学习的时间安排等信息往往是通过打铃仪进行传播的。学校现有的打铃仪一般采用时控开关进行控制，时控开关内部由单片机作为主控芯片，走时系统主要依赖于里面的时钟芯片，时钟芯片的精度很大程度上取决于外接的晶振，晶振的精度总会存在误差，时间长了，误差累计，系统计时就会出现较大的误差。比如，一个月后，时钟总是会快或者慢1到2分钟。随着时间的推移，误差会越来越大。所以，每隔一段时间必须通过人工进行维护校准。当学校面积较大时，可能需要用到多个时控开关，而这些时控开关各自的精度也不一定一样。这样，势必会造成作息铃声不同步，并且普通的时控开关与打铃仪之间的连接是通过电线来实现的，中间的线路老化问题也不可避免。通过GPS授时来实现打铃控制，可以做到时间准确无误，无需人工校准。通过无线模块进行传输控制信息，可能做到强电与弱电分离，省去控制设备与被控制设备中间电线。线路简洁，更加安全可靠。对于学校、企事业单位、工厂、部队等需要用来做作息打铃和时间控制等场合来说，具有非常良好的应用前景。

　　1 设计思路与方案

　　要解决现有学校打铃设备打铃时间不准的问题，必须要有一个准确的计时系统和一个可靠的控制打铃的设备，两者缺一不可。如果只有计时系统准确，而控制打铃的设备不能可靠地执行，或者控制打铃的设备能可靠地执行，而计时系统不准。这样都无法准确地实现打铃。

　　针对上述问题，解决的思路是这样的：一是利用卫星授时，可以做到高准确性，程序里可以设置每5S钟校准一次。也就是说几乎每时每刻都能保持与国家授时中心的时间一致。二是在被控设备上，采用的是无线驱动，即控制系统通过2.4GHz的无线电信号来控制我们的打铃等设备。

　　具体的做法是：利用GPS模块接收卫星标准时间，通过串行通信传输给单片机，单片机将信号解调出来，完成对时钟模块的校时。操作者可通过红外遥控器进行设置(打铃时间、闹钟等)。系统可以根据操作者设置的时间，通过无线模块将指令传输给远端继电器模块，并通过继电器模块驱动各种控制设备从而实现相应的功能。系统功能框图见图1，显示界面见图2。

　　该设计能实现以下功能：GPS自动授时，接收卫星时间，完成对时钟芯片的授时;无线传输控制信号，控制打铃设备与家用电器或者学校电器设备的工作;定时打铃功能，可对打铃设备进行定时打铃，并可对家用电器或者学校电器设备进行定时开机与关机;消防、地震警报，在出现火灾或地震来临时报警，自动或是手动触发警报装置;万年历显示，在液晶屏上显示年、月、日、时、分、秒，农历、温度和24节气;生日提醒与节日提醒功能，利用大屏幕液晶显示器显示相应的文字，对全家人的生日和节假日进行提醒;软件动态校时，可对时钟误差进行修正(在不用GPS时)，保证走时精度;按键与红外遥控器两种设置模式，红外可提高操作灵活性，更加安全。

　　2 GPS模块硬件与软件设计

　　2.1 硬件设计

　　GPS模块采用瑞士u-blox公司的 NEO-6M主芯片，此芯片为多功能独立型GPS模组，以ROM为基础架构，成本低，体积小，并具有众多特性。内置陶瓷天线，可使用USART串口TTL或IIC通信。串口波特率默认9600，4800和38400bps，NMEA通信协议。UBX协议下串口波特率57600bps。