申请/专利权人：烟台钟表研究所有限公司

申请日：2018-12-14

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN109491228B

主分类号：G04C3/14

分类号：G04C3/14;G04C11/04;G04R20/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.12#授权;2019.04.12#实质审查的生效;2019.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种指针式区域时钟机芯的设计方法，涉及计时仪器技术领域。本发明的技术方案是：一种指针式区域时钟机芯的设计方法，包括机芯机械传动系统、驱动系统和控制系统的整体设计和各配套部件的具体结构设计；所述机芯机械传动系统的设计是采用金属材料的金属时钟机芯，机芯设计为3个步进电机，分别通过齿轮传动机构与同轴设置的时针管、分针管、秒针管相连接发的方法，构成时钟机芯时分秒三针同轴心转动的机械传动机构。本发明与现有技术相比具有转动力矩大、能够广泛使用的，信号覆盖面宽，无需接入各类局域网络的、独立运行、低能耗、低成本运行的突出的实质性特点和显著的进步。

主权项：1.一种指针式区域时钟机芯的设计方法，包括机芯和控制系统的整体设计，其特征在于，所述机芯的设计包括机芯机械传动系统、驱动系统和控制系统的整体设计和各配套部件的具体结构设计；所述机芯机械传动系统的设计是采用金属材料的金属时钟机芯，机芯结构设计为3个步进电机，分别通过齿轮传动机构与同轴设置的时针管、分针管、秒针管相连接的方法，构成时钟机芯时分秒三针同轴心转动的机械传动机构；所述机芯的设计是在机芯内设有至少一个光电开关作为秒、分、时三针归零光电耦合检测信息反馈机构；所述机芯驱动系统的设计是设置一驱动电路芯片采用半步驱动方式驱动步进电机的运行;所述机芯控制系统的设计方法是：采用AVR单片机主控模块为核心，利用12V直流电源供电，设计了CDMA和单片机公用电源的稳压电路，通过设置低功耗直流稳压LDO电路、晶振稳频模块、手动按键模块、CDMA授时模块、串口通信接口模块、备用时钟模块、驱动芯片模块、状态指示模块、机芯反馈信号调整模块、指针归零传感光电耦合检测模块、上位机电脑参数调试和修正模块组成的机芯控制系统的控制电路;所述机芯控制系统备用时钟模块的设计方法是：在收不到CDMA信号极端情况下标准时间的获取是：利用设定的备用时间电路PCF8563芯片，每次在CDMA授时模块取得标准时间后，在整数秒的时刻对备用时钟模块进行校正，备用时钟模块通过I2C总线对标准时间进行读写的方法；所述机芯控制系统的设计方法是：在收不到CDMA信号的情况下，AVR单片机主控模块设置有手动按键模块，以支持手动调整时分秒指针，并将时间保存到备用时钟模块中;所述控制系统的AVR单片机主控模块的设计方法是：AVR单片机主控模块平时主要处于睡眠模式，每隔2毫秒唤醒一次，唤醒后检查当前的工作状态，根据工作状态决定是否需要驱动马达，同时检查是否有按键按下随后进入睡眠，这个检查和驱动的过程非常短暂，AVR单片机主控模块系统大部分时间睡眠，睡眠时系统的整机耗电全部用于机芯的马达驱动;所述机芯控制系统中机芯归零传感光电耦合检测模块的设计方法是：在驱动3个步进电机正常走时、指针归零和校时处理时，均采用睡眠和不定期唤醒的工作方式，以降低AVR单片机主控模块自身电流消耗、指针归零传感光电耦合检测模块的电流消耗及校准时间情况下的CDMA授时模块的电流消耗；初始上电时，控制系统驱动时分秒3个步进电机动作，使指针归零传感光电耦合检测模块检测到通路，然后秒步进电机开始动作，寻找秒针的初始位置；秒针找到初始位置后分步进电机动作，寻找分针的初始位置；分针找到初始位置后时步进电机动作，寻找时针的初始位置；当三个指针都到达初始位置后，进入追时状态，此时控制系统同时驱动时分秒3个步进电机以相同的速度运行至标准时间的位置，进入正常走时状态；在正常走时状态时，控制系统驱动秒步进电机连续运转驱动秒针进行走时，分步进电机每10秒运行一次，时步进电机每120秒运行一次。

全文数据：一种指针式区域时钟机芯的设计方法技术领域本发明涉及计时仪器设计及其加工技术领域，尤其是涉及一种指针式区域时钟机芯的设计方法技术领域。背景技术目前市场上出现的能够用于室内的自动时间校准的指针式石英钟类产品主要有3大类：第一类：区域网络授时式石英钟，这类钟主要通过联网接收母钟或NTP服务器等的标准时间，网络有各种形式，最常见的是485网络，以太网局域网络，或者CAN网络等，这类钟的最大缺点是不能适应于没有网络的独立应用场合，而且需要单独布置通信线，主要应用于办公楼，医院、铁路、广场等大型场合。第二类：GPS授时钟，这类钟一般通过比较长的室外用GPS天线接收时间信息进行校时，也可能是利用各种网络接收网路中的GPS母钟服务器信息，此时GPS授时钟实际就是第一类的区域网络授时钟。这类石英钟的最大缺点：授时钟本身或网络中的GPS母钟系统本身需要在室外架设GPS天线，即便是在非网络的独立应用场合，授时钟也本身必须连接到室外天线，尤其在已经完工的场合，非常不利于施工和安装。第三类：电波钟，这类钟接收无线长波授时电台发射的电波信号校准时钟，且可以电池供电，但最大缺点是，在我国只有一个国外控股的无线长波授时电台，该电台覆盖的范围很不健全，即使能覆盖的地区，在建筑物内的信号也十分微弱，常常导致很多时候不能接受电波钟的标准时间，其对所处的地址位置有严格要求。而且其电波解码电路复杂，解码繁琐，需要较长的时间定位标准时间，容易出机械和电路故障，机芯一旦故障就必须更换整个机芯，成本很高。另外一个缺点是国外对国内的加密电波钟电路的垄断，也不利于我国钟表自身行业的发展。电波钟的供电只能是普通电池供电，供电时间只能维持1年左右，每年需要更换，电波钟的信号，有时还受到天气或季节的影响，且在不同地域的覆盖面积有相当多的无信号死区。电波钟工作时，如果有电波信号，一般一分钟校时一次，这种工作方式，对石英钟晶振的要求不高，这是其优点，但整体机芯中增加了电波信号的接收解码电路，结构复杂，且解码效率低下，不利于检修。而且电波钟的力矩较小只适合小盘面的室内钟使用。当前随着智能化和互联网技术的跨越式发展，物联网和智能家居的研究成为当前的一个热点，人们对生活必须品的要求越来越高。作为家居的一个重要组成部分，时钟应该向着智能化、人性化和网络家居化发展，这是当前高速网路信息化社会的一个必然趋势。因此，对于本技术领域的技术人员来说设计一种力矩大、能够利用广泛使用的，信号覆盖面宽的CDMA网络接收卫星标准时间，应用于室内、无需架设室外天线、无需接入各类局域网络的、独立运行、低能耗的、免维护且能够自动校对时分秒指针授时的、成本低廉的、家用或商用指针式区域时钟机芯的设计方法，为市场提供一款能贴近人们生活的智能家居化和人性化的指针式区域时钟这是本技术领域的技术人员亟待解决的课题。发明内容本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种新的、转动力矩大、能够利用广泛使用的，信号覆盖面宽的CDMA网络接收卫星标准时间，应用于室内、无需架设室外天线、无需接入各类局域网络的、独立运行、低能耗的、免维护且能够自动校对时分秒指针授时的、成本低廉的、家用或商用指针式区域时钟机芯的设计方法。为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案得以实现的：一种指针式区域时钟机芯的设计方法，包括机芯和控制系统的整体设计，其特殊之处在于，所述机芯的设计包括机芯机械传动系统、驱动系统和控制系统的整体设计和各配套部件的具体结构设计；所述机芯机械传动系统的设计是采用金属材料的金属时钟机芯，机芯结构设计为3个步进电机，分别通过齿轮传动机构与同轴设置的时针管、分针管、秒针管相连接的方法，构成时钟机芯时分秒三针同轴心转动的机械传动机构；所述机芯的设计是在机芯内设有至少一个光电开关作为秒、分、时三针归零光电耦合检测信息反馈机构；所述机芯驱动系统的设计是设置一驱动电路芯片采用半步驱动方式驱动步进电机的运行。为进一步解决上述技术问题，上述技术方案的优选方案是：上述所述机芯控制系统的设计方法是：采用AVR单片机主控模块为核心，利用12V直流电源供电，设计了CDMA和单片机公用电源的稳压电路，通过设置低功耗直流稳压LDO电路、晶振稳频模块、手动按键模块、CDMA授时模块、串口通信接口模块、备用时钟模块、驱动芯片模块、状态指示模块、机芯反馈信号调整模块、指针归零传感光电耦合检测模块、上位机电脑参数调试和修正模块组成的机芯控制系统的控制电路。上述所述机芯控制系统备用时钟模块的设计方法是：在收不到CDMA信号极端情况下标准时间的获取是：利用设定的备用时间电路PCF8563芯片，每次在CDMA授时模块取得标准时间后，在整数秒的时刻对备用时钟模块进行校正，备用时钟模块通过I2C总线对标准时间进行读写的方法。上述所述机芯控制系统的设计方法是：在收不到CDMA信号的情况下，AVR单片机主控模块设置有手动按键模块，以支持手动调整时分秒指针，并将时间保存到备用时钟模块中。上述所述控制系统的AVR单片机主控模块的设计方法是：AVR单片机主控模块平时主要处于睡眠模式，每隔2毫秒唤醒一次，唤醒后检查当前的工作状态，根据工作状态决定是否需要驱动马达，同时检查是否有按键按下随后进入睡眠，这个检查和驱动的过程非常短暂，AVR单片机主控模块系统大部分时间睡眠，睡眠时系统的整机耗电全部用于机芯的马达驱动。上述所述机芯控制系统中机芯归零传感光电耦合检测模块的设计方法是：在驱动3个步进电机正常走时、指针归零和校时处理时，均采用睡眠和不定期唤醒的工作方式，以降低AVR单片机主控模块自身电流消耗、指针归零传感光电耦合检测模块的电流消耗及校准时间情况下的CDMA授时模块的电流消耗；初始上电时，控制系统驱动时分秒3个步进电机动作，使指针归零传感光电耦合检测模块检测到通路，然后秒步进电机开始动作，寻找秒针的初始位置；秒针找到初始位置后分步进电机动作，寻找分针的初始位置；分针找到初始位置后时步进电机动作，寻找时针的初始位置；当三个指针都到达初始位置后，进入追时状态，此时控制系统同时驱动时分秒3个步进电机以相同的速度运行至标准时间的位置，进入正常走时状态；在正常走时状态时，控制系统驱动秒步进电机连续运转驱动秒针进行走时，分步进电机每10秒运行一次，时步进电机每120秒运行一次。上述所述机芯控制系统中CDMA授时模块的校时和通信的设计方法是：通过设置IRF7834上电控制，工作时，IRF7834MOS管导通，CDMA授时模块加电；然后通过控制CDMARST，CDMAPower对CDMA授时模块硬件进行复位操作，用AT指令集取得CDMA信号的状态和当前时间，以9600bps的高速波特率通信，发出AT指令后，CDMA授时模块给出精确到小于5毫秒的卫星时间信息。上述所述机芯控制系统中晶振稳频模块的设计方法是：采用直插式12.5PF无源晶振，通过AVR单片机主控模块外部可调电容32768HZ的频率误差在0.001HZ以内，然后在系统运行时，每隔1小时对因晶振引起的估计误差进行软件补偿。上述所述机芯控制系统的串口通信接口模块的设计方法是：设置有RS422、GPS、B码等时钟接口，以适用于多种工程场合使用。本发明与现有技术相比具有如下突出的实质性特点和显著的进步：其一是本发明所述的指针式区域时钟机芯的设计方法是将机芯机械传动机构采用金属材料制备而成的金属时钟机芯，机芯设有3个步进电机，分别通过齿轮传动机构与同轴设置的时针管、分针管、秒针管相连接，构成时钟机芯时分秒三针同轴心设置的机械传动机构的技术方案，使本发明所述指针式区域时钟机芯的设计具有时分秒三针同轴心旋转、转动力矩大的显著特点，为办公楼、医院、铁路、广场等大型场合提供了一种新的、能够广泛使用的全天候的指针式区域时钟机芯，采用的时钟机芯为金属机芯，采用步进电机控制，具有工作稳定可靠等特点，机芯机械结构上加装了光电传感器，能检测时钟机芯的标准0点位置。本设计硬件电路实用简单，成本低廉，整体结构简洁，完全靠灵活的机芯外驱动电路芯片驱动机芯马达运行，便于检修、升级和调试，使本发明所述的指针式区域时钟机芯的设计方法与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。其二是本发明所述的指针式区域时钟机芯的设计方法是将所述机芯驱动系统的设计是设置一驱动电路芯片采用半步驱动方式驱动步进电机的运行的技术方案，使机芯运行更加稳定，噪音震动更低；再加上采用软件补偿和硬件电容微调保障指针指示时间准确的技术方案，保证了在不使用CDMA校时的情况下，所述的指针式区域时钟机芯自运行24小时累计误差小于100毫秒的走时精度，从而达到为家用、商用提供了一款走时精度更加准确的时钟机芯，使本发明所述指针式区域时钟机芯的设计方法与现有技术相比所具有突出的实质性特点和显著的进步。其三是本发明所述的指针式区域时钟机芯控制机构的设计方法是采用AVR单片机主控模块为核心，利用12V直流电源供电，设计了CDMA和单片机公用电源的稳压电路，通过设置低功耗直流稳压LDO电路、晶振稳频模块、手动按键模块、CDMA授时模块、串口通信接口模块、备用时钟模块、驱动芯片模块、状态指示模块、机芯反馈信号调整模块、指针归零传感光电耦合检测模块、上位机电脑参数调试和修正模块组成的机芯控制系统的控制电路。由于CDMA模块工耗电较大，而且控制机构走时精准，所以无需对时钟机芯进行时刻校准，故采用对机芯进行定期校时，整机系统为了降低成本，利用较便宜的普通晶振，而且使本发明所述的指针式区域时钟机芯的设计方法与现有技术相比具有设计构思新颖、技术措施可靠，产品成本下降，使用质量可靠的突出的实质性特点。附图说明所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入到本说明书中构成本说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1为本发明一种指针式区域时钟机芯的设计方法的控制系统结构设计框图。图2为本发明一种指针式区域时钟机芯的设计方法的机芯结构设计示意图。图3为图2的俯视图。图4为本发明一种指针式区域时钟机芯的设计方法的CDMA接口电路结构设计示意图。图5为本发明一种指针式区域时钟机芯的设计方法的CDMA接口电路结构设计示意图。图6为本发明一种指针式区域时钟机芯的设计方法的备用时间电路设计示意图。附图标记为：1-AVR单片机主控模块2-备用时钟模块3-驱动芯片模块4-机芯4.1步进电机4.1.1-秒步进电机4.1.2-分步进电机4.1.3-时步进电机4.2-秒电机轮4.3-分电机轮4.4时电机轮4.5-电机轴4.6-时针管4.7-分针管4.8-秒针管4.9-夹板4.10-夹板4.11-光电开关4.12-时轮4.13-分轮4.14-秒轮5-指针归零传感光电耦合检测模块6-机芯反馈信号调整模块7-状态指示模块8-上位机电脑参数调试和修正模块9-CDMA授时模块10-手动按键模块11-晶振稳频电路模块12-串口通信接口模块。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明一种指针式区域时钟机芯的的设计方法和具体结构细节的设计及安装使用过程，不得理解为任何意义上的对本发明权利要求的限制。实施例1：本发明实施例1的一种指针式区域时钟机芯的设计方法，它是以满足于舰船、宾馆车站、码头等公共场所并在该区域范围统一进行控制使用的智能型子母钟系统中所用的指针式区域时钟机芯为载体所进行的新的设计。其所述的一种指针式区域时钟机芯（参见图2、图3）的设计方法是，包括机芯4和控制系统的整体设计，所述机芯4的设计包括机芯机械传动系统、驱动系统和控制系统的整体设计和各配套部件的具体结构设计；所述机芯4机械传动系统的设计是采用金属材料的金属时钟机芯，机芯结构设计为3个步进电机4.1，分别通过齿轮传动机构与同轴设置的时针管4.6、分针管4.7、秒针管4.8相连接的方法，构成时钟机芯时分秒三针同轴心转动的机械传动机构；所述机芯驱动系统的设计是设置一驱动电路芯片采用半步驱动方式驱动步进电机的运行。机芯4的3个步进电机4.1分别为：秒步进电机4.1.1、分步进电机4.1.2、时步进电机4.1.3；秒步进电机4.1.1通过电机轴4.5上的秒电机轮4.2与安装在秒轮管4.8上的秒轮4.14相连接；分步进电机4.1..2通过电机轴上的分电机轮3与安装在分轮管4.7上的分轮4.13相连接；时步进电机4.1.3通过电机轴上的时电机轮4.4与安装在时轮管4.6上的时轮4.12相连接；机芯4设有一个光电开关4.11作为秒、分、时三针归零反馈耦合检测光耦，整个机芯4以夹板4.9、4.10为载体进行安装而成。为进一步解决上述技术问题，上述所述机芯控制系统的设计方法（参见图1）是采用AVR单片机主控模块1为核心，利用12V直流电源供电，设计了CDMA和单片机公用电源的稳压电路，通过设置低功耗直流稳压LDO模块、晶振稳频模块11、手动按键模块10、CDMA授时模块9、串口通信接口模块12、备用时钟模块2、驱动芯片模块3、状态指示模块7、机芯反馈信号调整模块6、指针归零传感光电耦合检测模块5、上位机电脑参数调试和修正模块8组成的机芯控制系统的控制电路。上述所述机芯控制系统备用时钟模块2的设计方法（参见图6）是在收不到CDMA信号极端情况下标准时间的获取是：利用设定的备用时间电路PCF8563芯片，每次在CDMA授时模块9取得标准时间后，在整数秒的时刻对备用时钟模块2进行校正，备用时钟模块2通过I2C总线对标准时间进行读写的方法。上述所述机芯控制系统的设计方法是在收不到CDMA信号的情况下，稳压电路模块还设置有手动按键模块10，以支持手动调整时分秒指针，并将时间保存到备用时钟模块2中。上述所述控制系统的AVR单片机主控模块1的设计方法是：AVR单片机主控模块1平时主要处于睡眠模式，每隔2毫秒唤醒一次，唤醒后检查当前的工作状态，根据工作状态决定是否需要驱动马达，同时检查是否有按键按下随后进入睡眠，这个检查和驱动的过程非常短暂，AVR单片机主控模块1系统大部分时间睡眠，睡眠时系统的整机耗电全部用于机芯的马达驱动。上述所述机芯控制系统中机芯归零传感光电耦合检测模块5的设计方法（参见图2、图3）是在驱动3个步进电机4.1正常走时、指针归零和校时处理时，均采用睡眠和不定期唤醒等多种工作方式，以降低AVR单片机主控模块1自身工作消耗、归零时的指针归零传感光电耦合检测模块5的电流消耗及校准时间情况下的CDMA授时模块9的电流消耗；初始上电时，控制系统驱动时分秒3个步进电机4.11动作，使指针归零传感光电耦合检测模块5检测到通路，然后秒步进电机4.1.1开始动作，寻找秒针的初始位置；秒针找到初始位置后分步进电机4.1.2动作，寻找分针的初始位置；分针找到初始位置后时步进电机4.1.3动作，寻找时针的初始位置；当三个指针都到达初始位置后，进入追时状态，此时控制系统同时驱动时分秒3个步进电机4.1以相同的速度运行至标准时间的位置，进入正常走时状态；在正常走时状态时，控制系统驱动秒步进电机4.1.1连续运转驱动秒针进行走时，分步进电机4.1.2每10秒运行一次，时步进电机4.1.3每120秒运行一次。上述所述机芯控制系统中CDMA授时模块9的校时和通信的设计方法（参见图4、图5）是通过设置IRF7834上电控制，工作时，IRF7834MOS管导通，CDMA授时模块9加电。然后通过控制CDMARST，CDMAPower对CDMA授时模块9硬件进行复位操作，用AT指令集取得CDMA信号的状态和当前时间，以9600bps的高速波特率通信，发出AT指令后，CDMA授时模块9给出精确到小于5毫秒的卫星时间信息。上述所述机芯控制系统中晶振稳频模块11的设计方法是采用直插式12.5PF无源晶振，通过AVR单片机主控模块1外部可调电容32768HZ的频率误差在0.001HZ以内，然后在系统运行时，每隔1小时对由于晶振引起的估计误差进行软件补偿。上述所述机芯控制系统的串口通信接口模块12的设计方法是：设置有RS422、GPS、B码等时钟接口，以适用于多种工程场合使用。以上为本发明实施例1所述的一种指针式区域时钟机芯的设计方法的静态结构。实施例2：本发明实施例2的一种指针式区域时钟机芯的设计方法（参见图1），它是以适用于社区居家使用的智能型指针式区域时钟机芯为载体而进行的一种新的设计，所述的指针式区域时钟机芯（参见图2）的设计方法是：包括机芯4和控制系统的整体设计，所述机芯4的设计包括机芯机械传动系统、驱动系统和控制系统的整体设计和各配套部件的具体结构设计；所述机芯4机械传动系统的设计是采用金属材料的金属时钟机芯，机芯结构设计为3个步进电机4.1，分别通过齿轮传动机构与同轴设置的时针管4.6、分针管4.7、秒针管4.8相连接的方法，构成时钟机芯时分秒三针同轴心转动的机械传动机构；所述机芯驱动系统的设计是设置一驱动电路芯片采用半步驱动方式驱动步进电机的运行。机芯4的3个步进电机4.1分别为：秒步进电机4.1.1、分步进电机4.1.2、时步进电机4.1.3；秒步进电机4.1.1通过电机轴4.5上的秒电机轮4.2与安装在秒轮管4.8上的秒轮4.14相连接；分步进电机4.1..2通过电机轴上的分电机轮3与安装在分轮管4.7上的分轮4.13相连接；时步进电机4.1.3通过电机轴上的时电机轮4.4与安装在时轮管4.6上的时轮4.12相连接；机芯4设有一个光电开关4.11，以作为秒、分、时三针归零反馈耦合检测光耦，整个机芯4以夹板4.9、4.10为支撑体进行安装而成。为进一步解决上述技术问题，上述所述机芯控制系统的设计方法（参见图1）是采用AVR单片机主控模块1为核心，利用12V直流电源供电，设计了CDMA和单片机公用电源的稳压电路，通过设置低功耗直流稳压LDO模块、晶振稳频模块11、手动按键模块10、CDMA授时模块9、串口通信接口模块12、备用时钟模块2、驱动芯片模块3、状态指示模块7、机芯反馈信号调整模块6、指针归零传感光电耦合检测模块5、上位机电脑参数调试和修正模块8组成的机芯控制系统的控制电路。上述所述机芯控制系统备用时钟模块2的设计方法（参见图6）是在收不到CDMA信号极端情况下标准时间的获取是：利用设定的备用时间电路PCF8563芯片，每次在CDMA授时模块9取得标准时间后，在整数秒的时刻对备用时钟模块2进行校正，备用时钟模块2通过I2C总线对标准时间进行读写的方法。上述所述机芯控制系统的设计方法是在收不到CDMA信号的情况下，稳压电路模块还设置有手动按键模块10，以支持手动调整时分秒指针，并将时间保存到备用时钟模块2中。上述所述控制系统的AVR单片机主控模块1的设计方法是：AVR单片机主控模块1平时主要处于睡眠模式，每隔2毫秒唤醒一次，唤醒后检查当前的工作状态，根据工作状态决定是否需要驱动马达，同时检查是否有按键按下随后进入睡眠，这个检查和驱动的过程非常短暂，AVR单片机主控模块1系统大部分时间睡眠，睡眠时系统的整机耗电全部用于机芯的马达驱动。上述所述机芯控制系统中机芯归零传感光电耦合检测模块5的设计方法（参见图2、图3）是在驱动3个步进电机4.1正常走时、指针归零和校时处理时，均采用睡眠和不定期唤醒等多种工作方式，以降低AVR单片机主控模块1自身工作消耗、归零时的指针归零传感光电耦合检测模块5的电流消耗及校准时间情况下的CDMA授时模块9的电流消耗；初始上电时，控制系统驱动时分秒3个步进电机4.11动作，使指针归零传感光电耦合检测模块5检测到通路，然后秒步进电机4.1.1开始动作，寻找秒针的初始位置；秒针找到初始位置后分步进电机4.1.2动作，寻找分针的初始位置；分针找到初始位置后时步进电机4.1.3动作，寻找时针的初始位置；当三个指针都到达初始位置后，进入追时状态，此时控制系统同时驱动时分秒3个步进电机4.1以相同的速度运行至标准时间的位置，进入正常走时状态；在正常走时状态时，控制系统驱动秒步进电机4.1.1连续运转驱动秒针进行走时，分步进电机4.1.2每10秒运行一次，时步进电机4.1.3每120秒运行一次。上述所述机芯控制系统中CDMA授时模块9的校时和通信的设计方法（参见图4、图5）是通过设置IRF7834上电控制，工作时，IRF7834MOS管导通，CDMA授时模块9加电。然后通过控制CDMARST，CDMAPower对CDMA授时模块9硬件进行复位操作，用AT指令集取得CDMA信号的状态和当前时间，以9600bps的高速波特率通信，发出AT指令后，CDMA授时模块9给出精确到小于5毫秒的卫星时间信息。上述所述机芯控制系统中晶振稳频模块11的设计方法是采用直插式12.5PF无源晶振，通过AVR单片机主控模块1外部可调电容32768HZ的频率误差在0.001HZ以内，然后在系统运行时，每隔1小时对由于晶振引起的估计误差进行软件补偿。上述所述机芯控制系统的串口通信接口模块12的设计方法是：设置有RS422、GPS、B码等时钟接口，以适用于多种工程场合使用。以上为本发明实施例2所述的一种指针式区域时钟机芯的设计方法的静态结构。

权利要求：1.一种指针式区域时钟机芯的设计方法，包括机芯和控制系统的整体设计，其特征在于，所述机芯的设计包括机芯机械传动系统、驱动系统和控制系统的整体设计和各配套部件的具体结构设计；所述机芯机械传动系统的设计是采用金属材料的金属时钟机芯，机芯结构设计为3个步进电机，分别通过齿轮传动机构与同轴设置的时针管、分针管、秒针管相连接的方法，构成时钟机芯时分秒三针同轴心转动的机械传动机构；所述机芯的设计是在机芯内设有至少一个光电开关作为秒、分、时三针归零光电耦合检测信息反馈机构；所述机芯驱动系统的设计是设置一驱动电路芯片采用半步驱动方式驱动步进电机的运行。2.根据权利要求1所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述机芯控制系统的设计方法是：采用AVR单片机主控模块为核心，利用12V直流电源供电，设计了CDMA和单片机公用电源的稳压电路，通过设置低功耗直流稳压LDO电路、晶振稳频模块、手动按键模块、CDMA授时模块、串口通信接口模块、备用时钟模块、驱动芯片模块、状态指示模块、机芯反馈信号调整模块、指针归零传感光电耦合检测模块、上位机电脑参数调试和修正模块组成的机芯控制系统的控制电路。3.根据权利要求1或2所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述机芯控制系统备用时钟模块的设计方法是：在收不到CDMA信号极端情况下标准时间的获取是：利用设定的备用时间电路PCF8563芯片，每次在CDMA授时模块取得标准时间后，在整数秒的时刻对备用时钟模块进行校正，备用时钟模块通过I2C总线对标准时间进行读写的方法。4.根据权利要求1或2所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述机芯控制系统的设计方法是：在收不到CDMA信号的情况下，AVR单片机主控模块设置有手动按键模块，以支持手动调整时分秒指针，并将时间保存到备用时钟模块中。5.根据权利要求3所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述控制系统的AVR单片机主控模块的设计方法是：AVR单片机主控模块平时主要处于睡眠模式，每隔2毫秒唤醒一次，唤醒后检查当前的工作状态，根据工作状态决定是否需要驱动马达，同时检查是否有按键按下随后进入睡眠，这个检查和驱动的过程非常短暂，AVR单片机主控模块系统大部分时间睡眠，睡眠时系统的整机耗电全部用于机芯的马达驱动。6.根据权利要求1或2所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述机芯控制系统中机芯归零传感光电耦合检测模块的设计方法是：在驱动3个步进电机正常走时、指针归零和校时处理时，均采用睡眠和不定期唤醒的工作方式，以降低AVR单片机主控模块自身电流消耗、指针归零传感光电耦合检测模块的电流消耗及校准时间情况下的CDMA授时模块的电流消耗；初始上电时，控制系统驱动时分秒3个步进电机动作，使指针归零传感光电耦合检测模块检测到通路，然后秒步进电机开始动作，寻找秒针的初始位置；秒针找到初始位置后分步进电机动作，寻找分针的初始位置；分针找到初始位置后时步进电机动作，寻找时针的初始位置；当三个指针都到达初始位置后，进入追时状态，此时控制系统同时驱动时分秒3个步进电机以相同的速度运行至标准时间的位置，进入正常走时状态；在正常走时状态时，控制系统驱动秒步进电机连续运转驱动秒针进行走时，分步进电机每10秒运行一次，时步进电机每120秒运行一次。7.根据权利要求2所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述机芯控制系统中CDMA授时模块的校时和通信的设计方法是：通过设置IRF7834上电控制，工作时，IRF7834MOS管导通，CDMA授时模块加电；然后通过控制CDMARST，CDMAPower对CDMA授时模块硬件进行复位操作，用AT指令集取得CDMA信号的状态和当前时间，以9600bps的高速波特率通信，发出AT指令后，CDMA授时模块给出精确到小于5毫秒的卫星时间信息。8.根据权利要求2所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述机芯控制系统中晶振稳频模块的设计方法是：采用直插式12.5PF无源晶振，通过AVR单片机主控模块外部可调电容32768HZ的频率误差在0.001HZ以内，然后在系统运行时，每隔1小时对因晶振引起的估计误差进行软件补偿。9.根据权利要求2所述的指针式区域时钟机芯的设计方法，其特征在于，所述机芯控制系统的串口通信接口模块的设计方法是：设置有RS422、GPS、B码等时钟接口，以适用于多种工程场合使用。

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