Самоустанавливающиеся электромеханические часы Российский патент 2024 года по МПК G04C11/00 

Изобретение относится к электромеханическим приборам времени со стрелочной индикацией и позволяет упростить конструкцию, повысить точность и надежность работы стрелочных часов за счет самоустановки часов на текущее время при их запуске, самокорректировку при необходимости в процессе работы часов, самовосстановление показаний часов после аварийного нарушения их питания и в случае непредвиденного сбоя, а также по предлагаемому изобретению самоустановка стрелок ускоряется и применима как к большим часам, так и к малым, не позволяющим крепить к стрелкам выступающие элементы, нарушающие их балансировку или затрудняющие их движение вблизи циферблата.

Известно устройство, в котором синхронизация по всемирному времени хода стрелочных электромеханических часов с шаговыми двигателями и датчиками положения минутных стрелок на нулевых отметках циферблатов осуществляется по сигналам спутниковой навигационной системы, например, описанное в патенте РФ №2244953, G04C 11/02, 2003 г. (Заявка: 2003137780/28, 2003.12.30) Такое устройство содержит микроконтроллер с кварцевым генератором, счетчиком времени и вычислителем; блок питания; усилители мощности, входы которых соединены с выходами микроконтроллера, а выходы усилителей - с шаговыми двигателями, связанными соответственно со стрелочными часовыми механизмами; датчики положения минутных стрелок на нулевых отметках циферблатов, подключенные к входам микроконтроллера; приемник спутниковой навигационной системы, соединенный с входом микроконтроллера, от которого тот получает информацию о всемирном времени и о географических координатах расположения часов, что достаточно для расчета точного местного времени с учетом часовых поясов.

Это устройство может считаться аналогом предлагаемого изобретения, однако оно не сможет произвести корректный первоначальный запуск часов при произвольном исходном положении стрелок всех циферблатов, также не сможет восстановить правильный ход часов после аварийного нарушения их питания или после непредвиденного сбоя, которые тоже могут произойти при произвольном положении стрелок всех циферблатов, ввиду того, что устройство оснащено датчиками положения только минутных стрелок на нулевых отметках циферблатов, и микроконтроллер не получит полной информации о фактическом положении стрелок на циферблатах из-за отсутствия датчиков положения часовых стрелок.

Известно устройство, описанное в патенте РФ №2502111, G04C 13/02, 2012 г. (Заявка: 2012126186/28, 2012.06.22), содержащее хранитель времени, реверсивные счетчики минут и часов, цифровой компаратор и последовательно соединенные усилитель, двигатель постоянного тока, редуктор и индикатор со связанными редукцией 1 к 12 часовой и минутной стрелками, содержащее также датчики положения минутной и часовой стрелок на цифре «12» индикатора со схемой логического «И» и датчик поворота минутной стрелки на одно минутное деление (6°), и являющееся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, что позволяет использовать его в качестве прототипа.

При условии, что хранитель времени в этом устройстве выполнен с использованием спутниковой навигационной системы, как в упомянутом выше аналоге, это устройство сможет произвести корректный первоначальный запуск часов при произвольном исходном положении стрелок на циферблате, также сможет восстановить правильный ход часов после аварийного нарушения их питания или после непредвиденного сбоя, которые тоже могут произойти при произвольном положении стрелок на циферблате.

Однако компоновка расположения датчиков положения минутной и часовой стрелок на одном радиус-векторе от центра циферблата к цифре «12» вносит свои недостатки и ограничения в применение этого устройства. Каждый из датчиков, как описано авторами, должен представлять собой, например, пару из герконового контакта, расположенного на циферблате, и постоянного магнита, закрепленного на стрелке. В момент нахождения соответствующей стрелки на цифре «12» ее постоянный магнит находится напротив соответствующего ей геркона, контакты которого замыкаются, и при нахождении обеих стрелок на цифре «12» оба датчика через схему логического «И» сбрасывают реверсивные счетчики минут и часов, устанавливая их в исходное положение, соответствующее имеющемуся исходному положению стрелок на 12:00, либо исправляя состояние счетчиков, либо подтверждая его.

Во-первых, закрепление постоянного магнита на стрелке часов влияет на балансировку стрелки, которая должна быть уравновешена для надежной работы часов, и установка магнита вблизи конца стрелки может быть приемлемой только для довольно больших часов.

Во-вторых, в больших часах возникают свои трудности обеспечить для надежного срабатывания датчиков точность прохождения в нескольких миллиметрах от циферблата с герконами магнитов, закрепленных на радиусе порядка метра на минутной и часовой стрелках, которые находятся на разных расстояниях (несколько сантиметров) от циферблата и друг от друга, чтобы при этом закрепленные магниты не повредили герконы, а на остальной части оборота по циферблату гарантированно не задевали за него.

В-третьих, применить разновидность датчика, не требующего закрепления постоянного магнита на стрелке, как это предлагалось в упомянутом выше аналоге, с использованием разомкнутых оптронов на отражение только для минутной стрелки без часовой, в этом устройстве не представляется возможным ввиду того, что для двух стрелок оба датчика на одном радиус-векторе будут срабатывать отражением от более длинной минутной стрелки при ее нахождении на цифре «12» независимо от положения часовой, ложно выдавая сигнал о положении стрелок на 12:00, в то время как они показывают любой другой ровный час.

Задачей создания данного изобретения является устранение приведенных выше недостатков, свойственных прототипу, упрощение конструкции часов, что повышает надежность их функционирования, расширение диапазона типоразмеров часов, доступных к оснащению такой же самоустановкой стрелок, как и в упомянутом выше прототипе, а также ускорение самоустановки часов после различных вариантов нарушения их хода.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в самоустанавливающиеся электромеханические стрелочные часы с одним или несколькими циферблатами, содержащие микроконтроллер, включающий в себя кварцевый генератор со счетчиком времени и вычислитель, приемник спутниковой навигационной системы, подключенный к входу микроконтроллера, последовательно соединенные с выходами микроконтроллера усилители мощности, электродвигатели (шаговые или постоянного тока) приводов стрелок часов, редукторы и индикаторы со связанными редукцией 1 к 12 часовыми и минутными стрелками на циферблатах, а также блок питания, подключенный к входам питания микроконтроллера, приемника и усилителей мощности, могут еще содержать датчики поворота минутных стрелок на одно минутное деление (6°), подключенные к входам микроконтроллера, согласно предлагаемому изобретению введены подключенные к входам микроконтроллера датчики нахождения минутных и часовых стрелок около диаметрально противоположных отметок на циферблатах (например, 0 и 30 минут - показания стрелок 6:00), причем эти датчики (или один из двух) располагаются на циферблатах на таком радиусе, чтобы они срабатывали как от минутных стрелок, так и от часовых стрелок традиционно меньшего радиуса, чем минутные, также согласно предлагаемому изобретению введены блок аварийной поддержки питания между блоком питания и входом питания микроконтроллера и супервизор питания, входом подключенный к блоку питания, а выходом - к входу микроконтроллера, а еще введена линия задержки между выходом блока питания и входом микроконтроллера.

Для определенности при дальнейшем описании работы устройства принимается за основу расположение датчиков на 0 и на 30 минут (положение стрелок - 6:00), хотя и для других примерно диаметрально противоположных положений стрелок, доступных в силу их редукторной связи, возможно расположение датчиков для аналогичной работы самоустановки часов.

Введенные элементы, в частности датчики положения минутных и часовых стрелок около диаметрально противоположных отметок на циферблатах (0 и 30 минут), позволяют микроконтроллеру определять по одновременному нахождению обеих стрелок одного циферблата около отметок с датчиками (0 и 30 минут) факт показания стрелками этого циферблата определенного помеченного времени (6 часов 00 минут) и подтвердить или исправить в памяти микроконтроллера подсчитанное им отображение положения стрелок на этом циферблате, если оно по любым причинам отличается от фактически определенного датчиками.

При этом тот факт, что и минутные, и часовые стрелки могут при ходе часов вызывать срабатывание, как датчиков на отметке 0 минут, так и датчиков на отметке 30 минут, не мешает однозначности определения помеченного показания стрелок (6:00) в силу редукторной связи часовой и минутной стрелок: если датчик на отметке 30 минут сработал не от часовой, а от минутной стрелки, то часовая стрелка в этих условиях никак не может вызвать срабатывания датчика на отметке 0 минут - часовая стрелка, связанная редуктором с минутной, находящейся у отметки 30 минут, занимает при этом положение в середине между отметками ровного часа, самое близкое к отметке 0 минут это половина двенадцатого (57-58 минут) или половина первого (2-3 минуты). Таким образом, при обеспечении необходимой разрешающей способности датчиков в 1 минуту по циферблату, что не составляет проблемы, одновременное срабатывание обоих датчиков происходит и определяется микроконтроллером только в единственном помеченном положении стрелок: часовой на 30 минут, а минутной на 0 минут (6 часов 00 минут).

Этот же факт, что допустимо срабатывание обоих датчиков на циферблатах на отметках 0 и 30 минут как от минутной стрелки, так и от часовой, позволяет использовать датчики самой разной физической природы, в том числе не требующие крепления каких-либо весомых или выступающих деталей к стрелкам. Кроме упомянутого в прототипе магнита на стрелках и герконов на циферблатах, это могут быть и разомкнутые оптроны на отражение, как в аналоге, но для обеих стрелок, могут быть индуктивные датчики на циферблатах при магнитных или проводящих стрелках, могут быть емкостные датчики при проводящих стрелках, могут быть ультразвуковые датчики на циферблатах и даже простые электромеханические контакты на циферблатах при проводящих стрелках или другие всевозможные датчики, не требующие крепления дополнительных деталей вблизи концов стрелок.

На ФИГ_1 изображена структурная схема самоустанавливающихся стрелочных часов с одним циферблатом. На ФИГ_2 показана схема возможного расположения датчиков на циферблате для варианта их размещения на отметках 0 и 30 минут. На ФИГ_3 показана структурная схема самоустанавливающихся часов с несколькими циферблатами.

Самоустанавливающиеся стрелочные часы (ФИГ_1) содержат: микроконтроллер 12, включающий в себя кварцевый генератор 11 со счетчиком времени 10 и вычислитель 9, приемник 13 спутниковой навигационной системы, подключенный к входу микроконтроллера 12, последовательно соединенные с выходами микроконтроллера 12 усилитель мощности 8, электродвигатель 4 (шаговый или постоянного тока) привода стрелок часов, редуктор 3 и индикатор 2 со связанными редукцией 1 к 12 часовой и минутной стрелками на циферблате 1, а также блок питания 14, подключенный к входам питания приемника 13 и усилителя мощности 8 непосредственно, а к входу питания микроконтроллера 12 - либо непосредственно, либо через блок аварийной поддержки питания 16, могут содержать датчик 7 поворота минутной стрелки на одно минутное деление (6°), подключенный к входу микроконтроллера 12, также содержат подключенные к входам микроконтроллера 12 датчики 5 и 6 нахождения минутной и часовой стрелок около диаметрально противоположных отметок на циферблате 1 (например, 0 и 30 минут - показания стрелок 6:00), причем датчики 5 и 6 (или один из двух) могут располагаться на циферблате на таком радиусе, чтобы они срабатывали как от минутной стрелки, так и от часовой, еще часы могут содержать супервизор питания 15 и линию задержки подачи питания 17, тоже подключенные к входам микроконтроллера 12.

Устройство работает следующим образом. Предположим, что произошло первое подключение часов после их установки на постоянном месте эксплуатации. При включении часов блок питания 14 подает напряжение (напрямую или через блок аварийной поддержки питания 16) на микроконтроллер 12, он начинает работать, и программа вычислителя 9 при разрешающем сигнале от супервизора 15, свидетельствующем об исправном уровне напряжения питания, начинает опрашивать информацию с приемника 13, а тем временем счетчик 10, подсчитывая импульсы от кварцевого генератора 11, делит их до градации минут и часов и подает информацию о подсчитанных минутах и часах на вычислитель 9.

Сначала для определенности рассмотрим случай, когда часы запускаются при исходном положении стрелок индикатора 2 на циферблате 1, соответствующем показанию часов 12:00 (оно же 0:00), а память положения стрелок в вычислителе 9 тоже находится в естественном после включения нулевом исходном состоянии, также соответствующем показанию часов 12:00 (оно же 0:00).

При этом, до приема спутников приемником 13 и до отсчета 1 минуты после включения, естественное сразу после включения блока питания 14 начальное нулевое положение (12:00) счетчика 10, которым он задает к каким показаниям стрелочный индикатор 2 на циферблате 1 должен привести стрелки, тоже соответствует показанию 12:00 стрелочного индикатора 2 на циферблате 1.

Таким образом, задаваемое положение стрелок из счетчика 10, отображение их фактического положения в памяти вычислителя 9 и их реальное физическое положение по индикатору 2 на циферблате 1 находятся в соответствии, и программа вычислителя 9, сравнивая заданное положение стрелок из счетчика 10 и отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9, видит их равенство и выдает на усилитель 8 нулевой входной сигнал, который после усилителя 8 тоже остается нулевым, и электродвигатель 4 остается неподвижным, сохраняя соответствие задаваемого положения стрелок из счетчика 10, реального положения стрелок индикатора 2 на циферблате 1 и его отображения в памяти вычислителя 9, до тех пор, пока либо счетчик 10 досчитает поделенные импульсы с кварцевого генератора 11 до 12:01, либо приемник 13 примет спутники и передаст на вычислитель 9 точное время и координаты.

Рассмотрим теперь вариант, что счетчик 10 досчитал до 12:01 (прошла 1 минута после включения) ранее, чем приемник 13 принял спутники и выдал точное время и координаты. При этом программа вычислителя 9 увидит, что задаваемое счетчиком 10 положение стрелок, к которому должны стремиться показания стрелок индикатора 2 на циферблате 1 (12:01), на 1 минуту больше отображения их положения в памяти вычислителя 9 (12:00) и больше их фактического положения (12:00) тоже.

Программа вычислителя 9 при этом выработает положительную разность напряжений (для программы под использование электродвигателя 4 постоянного тока) или импульсную последовательность для поворота по часовой стрелке (для программы под использование шагового электродвигателя 4) на вход усилителя мощности 8. На выходе усилителя мощности 8 при этом формируется положительное питающее напряжение (для программы под электродвигатель 4 постоянного тока) или усиленная импульсная последовательность для поворота по часовой стрелке (для программы под шаговый электродвигатель 4), и электродвигатель 4 начинает вращаться по часовой стрелке, передавая через редуктор 3 вращение на стрелочный индикатор 2 на циферблате 1.

В процессе вращения, когда связанный с редуктором 3 датчик 7 поворота стрелок индикатора 2 на циферблате 1 зафиксирует факт поворота стрелок на 1 минуту и передаст сигнал об этом на вычислитель 9, его программа даст приращение на 1 минуту в памяти вычислителя 9 отображению положения стрелок индикатора 2 на циферблате 1, и оно станет равным 12:01, то есть придет в соответствие с задаваемым счетчиком 10 положением стрелок, как и фактическое положение стрелок индикатора 2 на циферблате 1, которое тоже дошло до положения 12:01 в процессе вращения по часовой стрелке.

Здесь надо отметить, что при использовании в качестве электродвигателя 4 шагового двигателя с шагом, обеспечивающим поворот стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 на 1 минутное деление (6°) за 1 шаг, контроль датчиком 7 поворота стрелок на 1 минуту не требуется, датчик 7 может отсутствовать, а соответствие задаваемого счетчиком 10 положения стрелок, его отображения в памяти вычислителя 9 и их фактического положения на индикаторе 2 циферблата 1 считается этим вариантом программы вычислителя 9 достигнутым сразу после выработки им и подачи на электродвигатель 4 через усилитель мощности 8 импульсной последовательности поворота на 1 шаг.

По достижению этого соответствия программа вычислителя 9 определяет этот факт и выдает на усилитель 8 нулевой входной сигнал, который после усилителя 8 тоже остается нулевым, и электродвигатель 4 обесточивается и останавливается, сохраняя достигнутое соответствие задаваемого положения стрелок из счетчика 10, фактического положения стрелок индикатора 2 на циферблате 1 и его отображения в памяти вычислителя 9. Таким образом, стрелочный индикатор 2 на циферблате 1 отработал ход времени на 1 минуту в счетчике 10 поворотом стрелок с 12:00 на 12:01 и остановкой в ожидании дальнейшего хода времени.

По истечении следующей минуты, если в течение ее все еще не будут приняты спутники, и точное время и координаты еще не будут получены вычислителем 9 от приемника 13, счетчик 10 получит приращение еще на 1 минуту, его состояние станет 12:02. Остальные элементы структурной схемы часов отработают это приращение, аналогично описанному выше приращению счетчика 10 с 12:00 к 12:01, и часы остановятся с показаниями стрелок 12:02 на индикаторе 2 циферблата 1 в ожидании дальнейшего хода времени.

Таким образом, при отсутствии приема спутников, процесс будет повторяться, и часы будут продвигать стрелки на индикаторе 2 циферблата 1 поминутно по часовой стрелке, в соответствии с естественным ходом времени, но со сдвигом, без привязки к точному местному времени.

Теперь рассмотрим работу часов, когда приемником 13 будут приняты спутники, и он передаст на вычислитель 9 значение точного всемирного времени и координаты расположения часов, причем это могло бы произойти и на первой минуте после включения часов до начала их поминутного продвижения, так и через несколько минут после включения, когда часы уже продвинутся поминутно на несколько шагов.

Полученные от приемника 13 значения точного всемирного времени (по Гринвичу) и географические координаты нахождения часов вычислитель 9 обрабатывает: рассчитывает по заложенной в его памяти таблице часовых поясов, привязанных к географическим координатам, номер часового пояса в координатах расположения часов, сдвигает точное всемирное время (по Гринвичу) на величину поясного сдвига для вычисленного часового пояса нахождения часов и отправляет это точное местное время на вход записи в счетчик 10, заменяя имеющееся в нем значение времени на точное местное время. Следует отметить, что не всегда целесообразно использовать автоматическую привязку к часовым поясам - получение приемником 13 данных только о точном времени без координат происходит быстрее и надежнее, кроме того границы часовых поясов могут подвергаться административному изменению - поэтому в меню управления часами может быть предусмотрен и ручной режим установки номера часового пояса нахождения часов.

Еще следует отметить, что программе вычислителя 9 нецелесообразно непрерывно использовать спутниковый приемник 13, достаточно несколько минут, необходимых для приема спутников, делать это после включения часов и затем по несколько минут считывать данные с приемника 13 периодически (например, раз в час или раз в сутки) для небольшой поправки значения времени в счетчике 10, который без поправки может накапливать ошибку времени около 1 минуты в месяц.

Так или иначе, имеющееся в счетчике 10 значение времени заменено на точное местное время, к которому теперь требуется подогнать как фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1, так и отображение этого положения в памяти вычислителя 9. Продолжим рассматривать ситуацию с запуском часов при исходном положении стрелок 12:00 на индикаторе 2 циферблата 1 с момента, когда часы остановились с показаниями стрелок 12:02 на индикаторе 2 циферблата 1 в ожидании дальнейшего хода времени с находящимися в соответствии значениями времени: в счетчике 10 - 12:02, фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 - 12:02 и его отображением в памяти вычислителя 9 - тоже 12:02. Теперь это соответствие нарушено - в счетчик 10 занесено новое значение времени - точное местное время, привязанное к всемирному времени с учетом часового пояса. Для определенности примера возьмем значение этого времени, занесенного в счетчик, равным 12:34.

В этой ситуации мы имеем следующее: в счетчике 10 значение времени - 12:34, реальное положение стрелок индикатора 2 циферблата 1 и его отображение в памяти вычислителя 9 - 12:02. При этом программа вычислителя 9 увидит, что задаваемое счетчиком 10 положение стрелок больше, чем отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9, и он выдаст положительную разность напряжений на входы усилителя мощности 8 (для программы под электродвигатель 4 постоянного тока) или будет выдавать импульсную последовательность для вращения по часовой стрелке (для программы под шаговый электродвигатель 4). На выходе усилителя мощности появится положительное напряжение питания (для программы под электродвигатель 4 постоянного тока) или усиленная импульсная последовательность для вращения по часовой стрелке (для программы под шаговый электродвигатель 4), и электродвигатель 4 начнет вращаться по часовой стрелке, через редуктор 3 поворачивая стрелки индикатора 2 на циферблате 1 по часовой стрелке.

Когда в процессе вращения редуктора 3 сработает датчик 7 поворота на 1 минутное деление (стрелки индикатора 2 на циферблате 1 повернулись с 12:02 на 12:03) сигнал от него получит вычислитель 9 и даст приращение отображению положения стрелок в памяти вычислителя 9 на 1 минуту (изменится с 12:02 на 12:03), но несоответствие задаваемого счетчиком 10 положения стрелок и его отображения в памяти вычислителя 9 сохранится (12:34 больше, чем 12:03), и программа вычислителя 9 будет продолжать выдавать на входы усилителя мощности 8 положительную разность напряжений (для программы под электродвигатель 4 постоянного тока), либо импульсную последовательность для вращения по часовой стрелке (для программы под шаговый электродвигатель 4), и электродвигатель 4 продолжит вращение, поворачивая стрелки индикатора 2 на циферблате 1 далее по часовой стрелке.

Надо отметить, что при использовании в качестве электродвигателя 4 шагового двигателя с шагом минутной стрелки 6° и программы вычислителя 9 под такой двигатель, приращение отображения положения стрелок (с 12:02 на 12:03) в памяти вычислителя 9 его программа производит сразу после выработки вычислителем 9 через усилитель 8 на электродвигатель 4 импульсной последовательности его поворота на 1 шаг, не используя датчик 7 поворота на 1 минутное деление, который может отсутствовать в таком варианте.

В процессе продолжения вращения электродвигателя 4 ситуация будет повторяться: с каждым поворотом редуктора 3 на 1 минутное деление, с каждым продвижением стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 на 1 минутное деление, программа вычислителя 9 каждым срабатыванием датчика 7 поворота на 1 минутное деление (или без датчика, если электродвигатель 4 шаговый с шагом минутной стрелки 6°), будет давать приращение отображению положения стрелок в памяти вычислителя 9 на 1 минуту, и так будет продолжаться до тех пор, пока стрелки на индикаторе 2 циферблата 1 не продвинутся до показаний 12:34 (или чуть больше, если за время вращения текущее время в счетчике 10 продвинулось на следующие минуты), тогда сравняются значение задаваемого счетчиком 10 положения стрелок и отображение положения стрелок на индикаторе 2 циферблата 1, как и само фактическое положение стрелок.

При этом программа вычислителя 9 увидит это равенство и выдаст с выходов вычислителя 9 на входы усилителя мощности 8 нулевой сигнал, который после усиления останется нулевым, электродвигатель 4 обесточится и остановится - фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 и его отображение в памяти вычислителя 9 догнали значение текущего точного местного времени в счетчике 10. Теперь часы остановились в ожидание продолжения хода времени в счетчике 10, но уже в положении истинного местного времени - часы самоустановились и далее продолжат ход по точному местному времени с каждой минутой приращения времени в счетчике 10.

Далее рассмотрим пример, когда часы (при исходном положении стрелок индикатора 2 на циферблате 1 на 12:00) после их включения и продвижения без приема спутников на 2 минуты (положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 - 12:02), на основании принятого приемником 13 всемирного времени, приняли точное местное время, выданное вычислителем 9 на вход записи в счетчик 10, значение которого не 12:34, как в предыдущем примере, а например, 11:34, то есть в другую сторону вращения от показаний 12:02 (против часовой стрелки).

Как и в предыдущем примере, программа вычислителя 9 сравнивает значение времени в счетчике 10 (11:34) с отображением положения стрелок в памяти вычислителя 9 (12:02), и видит, что соответствия между ними нет, и его надо восстанавливать вращением стрелок индикатора 2 циферблата 1 электродвигателем 4 через редуктор 3.

Если электродвигатель 4 нереверсивный и поддерживает только одно направление вращения (по часовой стрелке), то программа вычислителя 9 под такой вариант электродвигателя 4, как и в предыдущем примере, выдаст положительную разность напряжений на входы усилителя мощности 8 (для программы под электродвигатель 4 постоянного тока) или будет выдавать импульсную последовательность для вращения по часовой стрелке (для программы под шаговый электродвигатель 4). То есть, для такого варианта электродвигателя 4 единственная возможность приведения фактического положения стрелок индикатора 2 на циферблате 1 вместе с отображением их положения в памяти вычислителя 9 в соответствие с задаваемым из счетчика времени 10 положением стрелок, это вращать стрелки по часовой стрелке до получения соответствия, хотя бы для этого потребуется поворачивать их полный цикл (12 часовых оборотов).

При этом вращении с каждым поворотом стрелок индикатора 2 на циферблате 1 на 1 минутное деление от срабатываний датчика 7 или без этого датчика (для программы под шаговый электродвигатель 4 с шагом минутной стрелки 6°) отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 получает приращение на единицу, программа вычислителя 9 сравнивает задаваемое счетчиком 10 положение стрелок с отображением фактического положения стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 и сохраняет на входах усилителя мощности 8 положительную разность напряжений (для электродвигателя 4 постоянного тока) или импульсную последовательность (для шагового электродвигателя 4) для вращения электродвигателя 4 по часовой стрелке до тех пор, пока отображение положения стрелок в памяти вычислителя не просчитает по единице почти полный цикл (от 12:02 до 11:34, и даже дальше с учетом хода времени в счетчике 10 во время вращения), а вместе с ним и сами стрелки индикатора 2 циферблата 1 повернутся на те же значения.

Когда отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 сравняется с задаваемым положением стрелок из счетчика 10, программа вычислителя 9 установит на входы усилителя мощности 8 нулевой сигнал, который после усиления останется нулевым, электродвигатель 4 обесточится и остановится -фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 и его отображение в памяти вычислителя 9 догнали значение текущего точного местного времени в счетчике 10. Теперь часы остановились в ожидание продолжения хода времени в счетчике 10, но уже в положении истинного местного времени - часы самоустановились, сделав почти полный цикл (12 часовых оборотов) и далее продолжат ход по точному местному времени с каждой минутой приращения времени в счетчике 10.

Если электродвигатель 4 реверсивный и поддерживает направления вращения, как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, то для такого варианта электродвигателя 4 у программы вычислителя 9 имеется возможность приведения фактического положения стрелок индикатора 2 на циферблате 1, вместе с отображением их положения в памяти вычислителя 9, в соответствие с задаваемым из счетчика времени 10 положением стрелок, вращая стрелки, как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки до получения соответствия.

Следует отметить, для случая реверсивного электродвигателя 4 программа вычислителя 9 имеет возможность, учитывая замкнутое круговое расположение отметок часов и минут на циферблате 1, рассчитать в каком направлении ближе вращать стрелки для достижения соответствия отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9 вместе с их фактическим положением на индикаторе 2 на циферблате 1. Для выбранного примера (от 12:02 к 11:34) программа вычислителя 9 выдаст отрицательную разность напряжений на входы усилителя мощности 8 (для программы под электродвигатель 4 постоянного тока) или будет выдавать импульсную последовательность для вращения против часовой стрелки (для программы под шаговый электродвигатель 4), потому что против часовой стрелки ближе, и электродвигатель 4 начнет вращаться против часовой стрелки, вращая через редуктор 3, стрелки индикатора 2 на циферблате 1 тоже против часовой стрелки.

В процессе продолжения вращения электродвигателя 4 с каждым поворотом редуктора 3 на 1 минутное деление, с каждым продвижением стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 на 1 минутное деление, программа вычислителя 9 каждым срабатыванием датчика 7 поворота на 1 минутное деление (или без датчика, если электродвигатель 4 шаговый с шагом минутной стрелки 6°), будет убавлять отображение положение стрелок в памяти вычислителя 9 на 1 минуту вместе с убавлением их фактического положения на индикаторе 2 циферблата 1, и так будет продолжаться до тех пор, пока стрелки на индикаторе 2 циферблата 1 не продвинутся до показаний 11:34 (или чуть больше, если за время вращения текущее время в счетчике 10 продвинулось на следующие минуты), тогда сравняются значение задаваемого счетчиком 10 положения стрелок и отображение положения стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 в памяти вычислителя 9, как и само фактическое положение стрелок.

При этом программа вычислителя 9 увидит это равенство и выдаст с выходов вычислителя 9 на входы усилителя мощности 8 нулевой сигнал, который после усиления останется нулевым, электродвигатель 4 обесточится и остановится -фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 и его отображение в памяти вычислителя 9 догнали значение текущего точного местного времени в счетчике 10. Теперь часы остановились в ожидание продолжения хода времени в счетчике 10, но уже в положении истинного местного времени - часы самоустановились и далее продолжат ход по точному местному времени с каждой минутой приращения времени в счетчике 10.

Теперь перейдем к рассмотрению случая, когда часы включаются при произвольном положении стрелок на индикаторе 2 циферблата 1, отличном от 12:00 (оно же 0:00). Причем этот случай можно рассматривать не только, как сознательное включение часов в такой позиции стрелок на индикаторе 2 циферблата 1, когда нет возможности или неудобно переводить их в исходное положение 12:00, но и как проявление восстановления питания часов через блок питания 14 после его аварийного отсутствия, или как повторное включение микроконтроллера 12 (его перезагрузку) по причине непредвиденного сбоя. То есть, этот случай иллюстрирует достижение основных заявленных целей предлагаемого изобретения.

При включении часов при произвольном положении стрелок на индикаторе 2 циферблата 1, будь оно сознательным, или вследствие восстановления питания после его аварии, или вследствие перезагрузки микроконтроллера 12 после непредвиденного сбоя, все начинает происходить точно так же, как и при включении часов с исходным положением стрелок 12:00 на индикаторе 2 циферблата 1, с единственной разницей - как при включении не будет соответствия между отображением положения стрелок в памяти вычислителя 9 (при включении оно будет нулевое - 12:00) и их фактическим положением (оно будет произвольным), так и далее, когда часы пойдут, как было описано выше, сначала без приема спутников, затем с приемом спутников - фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 будет неправильным, сдвинутым относительно отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9, которое, как раз догонит состояние счетчика 10 и будет соответствовать задаваемому счетчиком 10 точному местному времени, полученному им от вычислителя 9 на основании точного всемирного времени, принятого приемником 13.

Такой неправильный ход часов будет продолжаться до тех пор, пока в процессе этого хода фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 не дойдет до помеченного положения (6:00), когда сработают одновременно оба датчика 5 и 6 нахождения стрелок индикатора 2 циферблата 1 около отметок 0 и 30 минут на циферблате 1. Вычислитель 9 получит сигналы с этих датчиков, и при одновременном наличии сигналов с датчиков 5 и 6 (логическое И), в момент завершения очередного минутного перевода стрелок, что сопровождается срабатыванием датчика 7 поворота на 1 минутное деление (или без датчика 7, если электродвигатель 4 шаговый с шагом минутной стрелки 6°), программа вычислителя 9 запишет в его память отображения положения стрелок значение 6:00 - значение, соответствующее тому помеченному положению стрелок, в котором стрелки индикатора 2 на циферблате 1 в данный момент действительно находятся, согласно состоянию сигналов с датчиков 5 и 6.

Таким образом, в этот момент отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 меняется со значения времени, соответствующего текущему правильному местному времени в счетчике 10, но не соответствующее фактическому положению стрелок индикатора 2 на циферблате 1, на время, не соответствующее текущему правильному местному времени в счетчике 10, но зато соответствующее фактическому положению стрелок индикатора 2 на циферблате 1 - отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 засинхронизовалось с фактическим положением стрелок индикатора 2 на циферблате 1.

При этом программа вычислителя 9 видит, что соответствие задаваемого счетчиком 10 времени и отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 утрачено, часы переходят из состояния остановки с ожиданием перевода очередной минуты в состояние устранения утраченного соответствия вращением электродвигателя 4. На входы усилителя 8 вычислитель 9 выдает положительный или отрицательный сигнал вместо нулевого (для электродвигателя 4 постоянного тока и в зависимости от величины и направления разницы времени с положением стрелок), либо выдает импульсную последовательность для вращения по часовой стрелке или против часовой стрелки (для шагового электродвигателя 4 и в зависимости от величины и направления разницы времени с положением стрелок). При нереверсивном электродвигателе 4 в этом случае программа вычислителя 9 выдает только положительный сигнал (для электродвигателя 4 постоянного тока) или импульсную последовательность для вращения по часовой стрелке (для шагового электродвигателя 4).

В процессе вращения электродвигателя 4 с каждым поворотом редуктора 3 на 1 минутное деление, с каждым продвижением стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 на 1 минутное деление, программа вычислителя 9 каждым срабатыванием датчика 7 поворота на 1 минутное деление (или без датчика, если электродвигатель 4 шаговый с шагом минутной стрелки 6°), будет прибавлять или убавлять отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 на 1 минуту вместе с прибавлением или убавлением их фактического положения на индикаторе 2 циферблата 1, и так будет продолжаться до тех пор, пока не сравняются значение задаваемого счетчиком 10 положения стрелок и отображение положения стрелок на индикаторе 2 циферблата 1. При этом программа вычислителя 9 увидит это равенство и выдаст с выходов вычислителя 9 на входы усилителя мощности 8 нулевой сигнал, который после усиления останется нулевым, электродвигатель 4 обесточится и остановится - отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 сравнялось со значением текущего точного местного времени в счетчике 10. Теперь часы остановились в ожидание продолжения хода времени в счетчике 10.

Поскольку устранение несоответствия началось при значении отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9, приравненном с помощью датчиков 5 и 6 к фактическому положению стрелок в помеченной позиции 6:00, а при каждом повороте на 1 минутное деление отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 и фактическое положение стрелок индикатора 2 на циферблате 1 изменялись синхронно, то и само фактическое положение стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 тоже сравняется с задаваемым счетчиком 10 положением стрелок. То есть, теперь счетчик 10 с точным местным временем, задающим показание стрелок, отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9, само фактическое положение стрелок индикатора 2 на циферблате 1 - все эти величины пришли в соответствие, часы остановились на очередной минуте точного местного времени в ожидании дальнейшего хода времени - часы самоустановились после включения питания при произвольном положении стрелок, после восстановления питания при его аварии или после непредвиденного сбоя.

Следует отметить, как это видно из описанного, самоустановка часов при произвольном положении стрелок, как при сознательном включении, так и при восстановлении после аварии питания или после сбоя, процесс небыстрый. Он требует времени на то, чтобы стрелки в естественном темпе хода времени дошли от того неправильного произвольного положения, в которое они ускоренно придут после запуска, до помеченного положения стрелок - 6:00. Это время может быть очень разным, но в среднем ожидаемая его величина, это половина полного цикла 12-часового циферблата - 6 часов.

Поэтому, если ставить в приоритет задачу быстрой самоустановки часов в таких ситуациях, то имеется возможность ввести в программу вычислителя 9 раздел, обеспечивающий принудительное ускоренное прокручивание стрелок по всему 12-часовому циферблату, перед началом процессов самоустановки при произвольном положении стрелок, которые только что описаны выше, с тем, чтобы стрелки заведомо ускоренно прошли через их помеченное положение - 6:00, и датчики 5 и 6 засинхронизовали фактическое положение стрелок индикатора 2 на циферблате 1 с отображением этого положения в памяти вычислителя 9, после чего стрелки будут сразу ускоренно приходить в положение, соответствующее правильному местному времени в счетчике 10.

Другую возможность ускорения самоустановки электромеханических часов при их запуске из произвольного положения стрелок на циферблате 1, в том числе после аварии питания, дают введенные в эти часы по предлагаемому изобретению супервизор питания 15 и блок аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12 вместе с разделом программы вычислителя 9, предназначенным для обработки сигнала от супервизора 15, получаемого вычислителем 9 при снижении напряжения с блока питания 14 до заданного минимально допустимого порога - начало аварии питания.

По получению этого сигнала о начале аварии питания программа вычислителя 9 останавливает вращение электродвигателя 4, если он вращался, и начинает процедуру занесения отображения положения стрелок индикатора 2 на циферблате 1 в памяти вычислителя 9 в его энергонезависимую память данных, сохраняя информацию о фактическом положении стрелок индикатора 2 на циферблате 1 в момент аварии питания, чтобы при восстановлении питания программа вычислителя 9 смогла моментально восстановить верное (соответствующее фактическому положению) значение отображения положения стрелок индикатора 2 на циферблате 1, записав в память вычислителя 9 из его энергонезависимой памяти данных значение, записанное туда в момент аварии питания и остановки стрелок.

Но процедура занесения данных в энергонезависимую память процесс небыстрый, на порядки медленнее работы оперативной памяти вычислителя 9, поэтому и введен в цепь питания микроконтроллера 12 блок аварийной поддержки питания 16, который способен удержать на номинальной величине в течение долей секунды, необходимых для проведения процедуры занесения данных в энергонезависимую память, напряжение питания микроконтроллера 12 при его небольшом токе потребления, в то время как все остальные узлы часов уже обесточились из-за аварии питания.

Таким образом, при введении в часы супервизора питания 15 и блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12, в случае запуска часов при произвольном положении стрелок индикатора 2 на циферблате 1, в котором они остановились при выключении питания или его аварии, программа вычислителя 9 сразу после восстановления питания часов заносит из энергонезависимой памяти вычислителя 9 в его память отображения положения стрелок на индикаторе 2 циферблата 1 значение фактического положения стрелок, в котором они остановились при выключении питания или его аварии, и описанный выше процесс запуска часов начинается при уже имеющемся соответствии отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9 с их фактическим положением.

Поэтому в процессе запуска часов не будет периода, когда они долго могут идти неправильно до помеченного положения (6:00), где засинхронизируется фактическое положение стрелок и его отображение в памяти вычислителя 9 с помощью датчиков 5 и 6 помеченного положения стрелок (6:00), они уже засинхронизированы с помощью энергонезависимой памяти данных, и часы по приему спутников приемником 13, включив вращения электродвигателя 4 в ту или другую сторону с учетом величины и направления разницы точного местного времени и положения стрелок и в рамках примененной разновидности электродвигателя 4, сразу станут ускоренно приводить стрелки индикатора 2 на циферблате 1 к точному местному времени и далее продолжат точный поминутный ход. То есть, при оснащении часов супервизором питания 15, блоком аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12 и разделом программы вычислителя 9 для использования энергонезависимой памяти данных для запоминания и восстановления отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9, запуск часов с произвольным положением стрелок на циферблате, в том числе после аварии питания, становится таким же быстрым, как и с исходным положением стрелок 12:00 даже без использования упомянутого выше принудительного ускоренного прокручивания стрелок по всему 12-часовому циферблату.

Следует отметить, что именно такой алгоритм, когда энергонезависимая память данных вычислителя 9 используется по сигналу от супервизора питания 15 для запоминания и последующего восстановления отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9 только при редких событиях выключений и последующих включений часов, в том числе после аварии питания, позволяет реализовать длительный срок службы часов (десятилетия) ввиду того, число циклов перезаписи энергонезависимой памяти данных современных микроконтроллеров ограничено величиной не более 100 тысяч, а в случае прямого запоминания положения стрелок в энергонезависимой памяти данных при каждом их ежеминутном шаге этот ресурс был бы выработан уже за 2 месяца, и это без учета ускоренных переводов стрелок по тем или иным причинам.

В некоторой степени можно сказать, что введение в часы супервизора питания 15, блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12 вместе с разделом программы вычислителя 9, использующей энергонезависимую память данных для запоминания и восстановления отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9, заменяет собою наличие в часах датчиков 5 и 6 помеченного положения (6:00) стрелок индикатора 2 на циферблате 1. Самоустановка часов при их запусках с произвольным положением стрелок, в том числе после аварий питания, будет, как правило, происходить успешно даже в отсутствии этих датчиков при условии, что первоначальный запуск часов (когда в энергонезависимую память вычислителя 9 еще не записывалось ничего) производится при исходном положении стрелок (12:00, оно же 0:00), а далее при последующих запусках не происходит постороннего смещения стрелок или застревания электродвигателя 4 с редуктором 3 - то есть введение супервизора питания 15, блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12 вместе с разделом программы вычислителя 9, использующей энергонезависимую память данных для запоминания и восстановления отображения положения стрелок в памяти вычислителя 9, действительно заменяет действие датчиков 5 и 6, но только в части аварий питания, механические же отклонения могут быть устранены только действием датчиков 5 и 6 при их наличии.

Также без участия датчиков 5 и 6 описанное выше использование энергонезависимой памяти данных вычислителя 9 с помощью супервизора питания 15 и блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12 не может помочь ускоренной самоустановке часов в случае непредвиденного сбоя микроконтроллера 12, приводящего к его незапланированной перезагрузке. Ведь в этом случае не может идти речь о том, что раздел программы вычислителя 9 запустится от супервизора питания 15 и сохранит положение стрелок в энергонезависимой памяти данных - программа вычислителя 9 моментально сбилась по любым причинам (атмосферный разряд, срабатывание токовой защиты вблизи часов и т.п.) и начала свою работу сначала, не сохранив в энергонезависимой памяти данных отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9, которая при перезагрузке микроконтроллера 12 моментально сбрасывается. В этом случае перезапуск часов произойдет при отсутствии соответствия между фактическим положением стрелок индикатора 2 на циферблате 1 в момент сбоя (произвольное положение) и его отображением в памяти вычислителя 9 (12:00, оно же 0:00), и самоустановка часов будет происходить долго, путем прохода стрелок в естественном темпе хода времени через помеченное положение (6:00), когда фактическое положение стрелок и его отображение в памяти вычислителя 9 засинхронизируются одновременным срабатыванием датчиков 5 и 6 при их наличии.

Для ускорения (в большинстве случаев) самоустановки часов после непредвиденного сбоя, а именно - в случае, когда к моменту сбоя часы уже самоустановились и шли по точному местному времени от спутников, поминутно продвигая стрелки, в часы введена линия задержки подачи питания 17, включенная между блоком питания 14 и входом вычислителя 9, в программе которого предусмотрены 2 варианта начала работы в зависимости от сигнала с линии задержки подачи питания 17 на вход микроконтроллера 12.

В случае, когда на выходе блока питания 14 появилось напряжение питания после его отсутствия - было либо выключение питания с последующим включением, либо авария питания с последующим восстановлением, то во время начала работы программы вычислителя 9 с выхода линии задержки подачи питания 17 на вход вычислителя 9 приходит низкий уровень, указывающий на то, что доли секунды назад (время задержки линии задержки подачи питания 17 на микроконтроллер 12) на выходе блока питания 14 был низкий уровень напряжения, то есть он был выключен или была авария питания, а теперь питание восстановилось. При воздействии этого низкого уровня с выхода линии задержки 17 на вход вычислителя 9 его программа выбирает начало работы по варианту, уже описанному выше: сохраненное при выключении или аварии питания положение стрелок из энергонезависимой памяти данных восстанавливается в памяти отображения положения стрелок вычислителя 9, и дальнейшая самоустановка часов происходит при наличии соответствия между фактическим положением стрелок и его отображением в памяти вычислителя 9 ускоренным подгоном стрелок к точному местному времени, пересчитанному вычислителем 9 из полученного от приемника 13 точного всемирного времени и координат, без долгого неправильного хода часов в естественном темпе течения времени до помеченного положения стрелок (6:00). Это нормальный перезапуск часов, когда при выключении питания или его аварии у программы вычислителя 9, благодаря наличию блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12, было время для сохранения положения стрелок в энергонезависимой памяти по сигналу супервизора питания 15.

В другом случае, когда происходит непредвиденный сбой, необусловленный выключением или аварией питания, и микроконтроллер 12 начинает самопроизвольную перезагрузку по любым причинам (атмосферный разряд, срабатывание токовой защиты вблизи часов и т.п.), но напряжение на выходе блока питания 14 не опускалось ниже порога супервизора питания 15, с выхода линии задержки подачи питания 17 на вход вычислителя 9 приходит высокий уровень, указывающий на то, что доли секунды назад (время задержки линии задержки подачи питания 17 на микроконтроллер 12) на выходе блока питания 14 был высокий уровень напряжения, то есть выключения или аварии питания не было, а был непредвиденный сбой. При воздействии этого высокого уровня с выхода линии задержки 17 на вход вычислителя 9 его программа выбирает начало работы по другому варианту - варианту отработки сбоя в предположении, что к моменту сбоя часы уже самоустановились по спутникам и находились в режиме поминутного продвижения стрелок в соответствии с точным местным временем.

Как уже упоминалось выше, в этом случае не может идти речь о сохранение программой вычислителя 9 положения стрелок в энергонезависимой памяти данных, программа моментально перезапускается от сбоя, отображение положения стрелок в памяти вычислителя 9 моментально теряется и утрачивает соответствие с фактическим положением стрелок. Но в этом случае, полагая, что к моменту сбоя часы уже самоустановились по спутникам и шли поминутно в соответствии с точным местным временем, можно утверждать и обратное: если бы приемник 13 принял спутники моментально после сбоя, то рассчитанное по его данным значение точного местного времени полностью соответствовало бы фактическому положению стрелок на момент сбоя, поскольку если к моменту сбоя часы шли правильно, то и остановились они при сбое в правильном на этот момент положении. Практически прием спутников требует времени до нескольких минут, но ход этих минут до приема спутников подсчитывается счетчиком 10 от кварцевого генератора 11 в микроконтроллере 12. Программа вычислителя 9 по времени, полученному в момент приема спутников от приемника 13, и по подсчитанному счетчиком 10 от кварцевого генератора 11 времени с момента сбоя, вычислив их разность, определит точное местное время в момент сбоя часов, а значит - и фактическое положение стрелок, в котором они находились в момент сбоя, поскольку предполагаем, что часы к моменту сбоя шли точно по спутникам.

Именно такой вариант начала работы программа вычислителя 9 выбирает под действием высокого уровня с выхода линии задержки 17 на вход вычислителя 9 - в момент сбоя электродвигатель 4 обесточивается, стрелки останавливаются, начинается новый прием спутников, идет подсчет времени с момента сбоя. В момент приема спутников приемником 13 вычисленное значение фактического положения стрелок на момент сбоя (разность принятого от спутников точного времени и времени, подсчитанного с момента сбоя) заносится в качестве отображения положения стрелок в память вычислителя 9, приводя в соответствие фактическое положение, в котором остановились стрелки в момент сбоя, и его отображение в памяти вычислителя 9.

После этого точное местное время, рассчитанное вычислителем 9 по принятым приемником 13 времени и координатам, заносится в счетчик 10, сравнивается в вычислителе 9 с уже занесенным в его память отображением вычисленного положения стрелок на момент сбоя. Далее, поскольку точное местное время продвинулось на несколько минут вперед за период приема спутников, вычислитель 9 через усилитель 8 заставит вращаться электродвигатель 4 по часовой стрелке в рамках примененной разновидности электродвигателя 4 до тех пор, пока фактическое положение стрелок вместе с его отображением в памяти вычислителя 9 не сравняется с точным местным временем в счетчике 10, тогда электродвигатель 4 остановится, и часы далее продолжат поминутный ход в соответствии с точным местным временем - сбой устранен.

Подытоживая введение линии задержки подачи питания 17 на вход микроконтроллера 12 вместе с 2 вариантами начала работы программы вычислителя 9, отметим, что в большинстве случаев это позволит ускорить устранение непредвиденного сбоя часов, но полную гарантию, что рано или поздно сбой будет самостоятельно устранен часами, дает именно наличие датчиков 5 и 6 помеченного положения стрелок (6:00) совместно со спутниковым приемником 13. То же самое можно еще раз повторить касательно введения супервизора питания 15 и блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12 вместе с программой вычислителя 9, использующей его энергонезависимую память данных, применительно к ускорению самоустановки часов после аварии питания: в большинстве случаев это позволит ускорить самоустановку часов после аварии питания, но полную гарантию, что рано или поздно часы самостоятельно установятся после аварии питания, дает именно наличие датчиков 5 и 6 помеченного положения стрелок (6:00) совместно со спутниковым приемником 13.

Этим следует руководствоваться при выборе состава дополнительных (кроме приемника 13 - он обязателен во всех вариантах) узлов часов, обеспечивающих их самоустановку: датчики 5 и 6 в любых случаях обеспечат самоустановку часов, но (кроме случая запуска из исходного положения стрелок 12:00) это процесс небыстрый. Введение супервизора питания 15 и блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12 существенно ускоряет самоустановку часов после аварии питания и даже обеспечивает высокую вероятность (без учета механических проблем) успешной самоустановки часов после аварии питания в отсутствии датчиков 5 и 6 при условии, что первоначальный запуск часов был произведен из исходного положения стрелок 12:00. Введение линии задержки 17 подачи питания на вход микроконтроллера 12 существенно ускоряет в большинстве случаев самоустановку часов после непредвиденного сбоя по любым причинам, как при наличии датчиков 5 и 6, так и при их отсутствии.

Но, как видно из всего вышеизложенного, наиболее полный, надежный и быстрый вариант самоустановки часов получается при реализации всех 3 пунктов формулы изобретения: наличие датчиков 5 и 6, наличие супервизора питания 15 и блока аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12, наличие линии задержки 17 подачи питания на вход микроконтроллера 12. Теперь перейдем к рассмотрению работы часов после осуществления ими успешной самоустановки по любому рассмотренному выше варианту и перехода к регулярному поминутному продвижению стрелок.

При дальнейшем регулярном поминутном ходе часов в режиме соответствия точного местного времени в счетчике 10 с фактическим положением стрелок индикатора 2 на циферблате 1 и его отображением в памяти вычислителя 9 датчики 5 и 6 продолжают периодически срабатывать (одновременное срабатывание обоих датчиков происходит каждые 12 часов регулярного хода часов при проходе стрелок через положение 6:00). Но если к моменту срабатывания обоих датчиков 5 и 6 соответствие фактического положения стрелок (6:00) и его отображения в памяти вычислителя 9 (должно быть тоже 6:00) не было нарушено любыми факторами, то при записи от срабатывания обоих датчиков 5 и 6 этого фактического положения стрелок (6:00) в память вычислителя 9, в его памяти не происходит никакого изменения, а лишь подтверждается имеющаяся в памяти информация. Поскольку изменения нет, то часы продолжают идти, как ни в чем не бывало, то есть периодическое срабатывание датчиков 5 и 6 не влияет на правильный регулярный ход часов.

Если же к моменту срабатывания обоих датчиков 5 и 6 соответствие фактического положения стрелок (6:00) и его отображения в памяти вычислителя 9 было нарушено (должно быть тоже 6:00, но отличается) любыми факторами, то при записи от срабатывания обоих датчиков 5 и 6 этого фактического положения стрелок (6:00) в память вычислителя 9, в его памяти происходит изменение -вместо отображения положения стрелок не соответствующего по любым причинам (постороннее механическое смещение стрелок, заедание электродвигателя 4 с редуктором 3 и т.п.) их фактическому положению записывается определенное датчиками 5 и 6 истинное положение стрелок (6:00). При этом возникает несоответствие между задаваемым счетчиком 10 положением стрелок и его отображением в памяти вычислителя 9, и для его устранения программа вычислителя 9 реагирует включением вращения электродвигателя 4 в ту или другую сторону с учетом величины и направления отклонения и в рамках примененной разновидности электродвигателя 4.

Для устранения этого несоответствия фактическое положение стрелок (6:00), зафиксированное срабатыванием датчиков 5 и 6, вместе с тем же значением (6:00) отображения положения стрелок, записанным в момент срабатывания датчиков 5 и 6 в память вычислителя 9, будет в процессе вращения меняться и подгоняться до истинного значения точного местного времени, имеющегося в счетчике 10. После этого соответствие восстановлено, и часы продолжат поминутный перевод стрелок при точном соответствии положения стрелок индикатора 2 циферблата 1 с точным местным временем в счетчике 10, устранив их несоответствие, по каким бы причинам оно не возникло - произошла самокоррекция положения стрелок в процессе хода часов.

Теперь рассмотрим, что необходимо для построения на изложенной основе часов с несколькими циферблатами. По схеме на ФИГ_1 можно пояснить, что блок питания 14, супервизор питания 15, блок аварийной поддержки питания 16 микроконтроллера 12, линия задержки подачи питания 17, спутниковый приемник 13 и сам микроконтроллер 12 могут быть в единственном числе и общими на все циферблаты 1. Усилители мощности 8 и все элементы циферблатов 1: электродвигатели 4, редукторы 3, индикаторы 2 со связанными редукцией 1 к 12 часовой и минутной стрелками, датчики 5 и 6 нахождения часовых и минутных стрелок около отметок 0 и 30 минут, датчики 7 поворота минутных стрелок на 6° (при их использовании) - все эти элементы должны быть в количестве, соответствующем количеству циферблатов 1 (например, по 4 для башенных часов с циферблатами на 4 стороны).

Единственными требованиями при этом к микроконтроллеру 12, а именно к его вычислителю 9, является достаточный запас программных ресурсов для одновременной обработки информации по всем циферблатам 1, достаточное количество входов для подключения датчиков 5, 6 и 7 от всех циферблатов 1 и достаточное количество выходов для подключения всех усилителей мощности 8, питающих электродвигатели 4 всех циферблатов 1. Порядок соединения узлов в случае построения самоустанавливающихся часов с 4 циферблатами иллюстрируется схемой на ФИГ_3. Нумерация элементов схемы сохранена, как и в схеме на ФИГ_1, но с добавлением индекса с номером циферблата для элементов, повторяющихся для каждого циферблата.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к электромеханическим приборам времени со стрелочной индикацией, и направлено на упрощение конструкции и повышение надежности функционирования стрелочных электромеханических часов с одним или несколькими циферблатами, упрощение обслуживания таких часов за счет самоустановки стрелок на текущее время при запуске часов, самокоррекции стрелок при необходимости в процессе хода часов, самовосстановления показаний стрелок после аварии питания или в случае сбоя, а также на расширение доступных для оснащения предлагаемой самоустановкой стрелок типоразмеров часов и на ускорение самоустановки стрелок. Электромеханические часы содержат: микроконтроллер, включающий в себя кварцевый генератор со счетчиком времени и вычислитель; усилители мощности по числу циферблатов; приемник спутниковой навигационной системы, подключенный к входу микроконтроллера; блок питания, подключенный к входам питания микроконтроллера, приемника и усилителей мощности, которые соединены с выходами микроконтроллера и электродвигателями (шаговыми или постоянного тока) с редукторами, соединенными с часовыми и минутными стрелками на циферблатах, связанными редукцией 1 к 12; закрепленные на циферблатах часов датчики нахождения минутных и часовых стрелок около диаметрально противоположных отметок (например, 0 и 30 минут - показания стрелок 6:00), выходы которых подключены к соответствующим входам микроконтроллера, причем эти датчики (или один из двух) могут располагаться на циферблатах на таком радиусе, чтобы они срабатывали, как от минутных стрелок, так и от часовых стрелок традиционно меньшего радиуса, чем минутные; а также датчики в редукторах поворота минутных стрелок на одно минутное деление (6°), тоже подключенные к соответствующим входам микроконтроллера (в случае использования для привода часовых механизмов шаговых двигателей с шагом, обеспечивающим поворот минутных стрелок на 6° за 1 шаг, наличие этого датчика необязательно). Еще электромеханические часы могут содержать блок аварийной поддержки питания микроконтроллера, а также супервизор питания и линию задержки подачи питания, выходы которых подключены к входам микроконтроллера. 3 ил.

Самоустанавливающиеся электромеханические стрелочные часы с одним циферблатом, содержащие микроконтроллер, включающий в себя кварцевый генератор со счетчиком времени и вычислитель, приемник спутниковой навигационной системы, подключенный к входу микроконтроллера, последовательно соединенные с выходами микроконтроллера усилитель мощности, шаговый электродвигатель или электродвигатель постоянного тока привода стрелок часов, редуктор и индикатор со связанными редукцией 1 к 12 часовой и минутной стрелками на циферблате, датчик поворота минутной стрелки на одно минутное деление 6°, а также блок питания, подключенный к входам питания микроконтроллера, приемника и усилителя мощности, отличающиеся тем, что электромеханические стрелочные часы дополнительно содержат подключенные к входам микроконтроллера датчики нахождения минутной и часовой стрелок около отметок на циферблате 0 и 30 минут, или около двух других диаметрально противоположных отметок на циферблате, доступных для одновременного нахождения стрелок ввиду их взаимной редукторной связи, причем эти датчики расположены на циферблате на таком радиусе, чтобы от минутной стрелки срабатывали оба датчика, а от часовой стрелки традиционно меньшего радиуса, чем минутная, срабатывал хотя бы один из двух датчиков, кроме этого блок питания подключен к входам питания приемника и усилителя мощности непосредственно, а к входу питания микроконтроллера через блок аварийной поддержки питания, дополнительно блок питания подключен к входу супервизора питания, выход которого соединен с входом микроконтроллера, также блок питания подключен к входу микроконтроллера через линию задержки подачи питания.