高智能时钟控制系统在江汉关塔钟上的综合应用

摘要：武汉江汉关塔钟建于1924年，至今已有百年的历史。随着时代的前进，新技术蓬勃发展，江汉关塔钟的工作方式也已与时俱进，文章分别从塔钟的历史由来，江汉关钟楼的建筑构造，塔钟机械主机结构及其运行原理，高智能时钟控制系统的应用等几个方面来为人们阐述塔钟报时、奏乐是如何与新技术结合的。

关键词：塔钟；江汉关；智能；控制系统

在原始社会阶段人类没有专业的计时工具，人们一直通过观察太阳日影变化，过着日出而作，日落而息的生活。随着社会的发展，人们根据自然规律变化的方法已不能满足生活需要，不断进行发明创造，制造各种工具如：圭表、日晷、漏刻等。在当前来看，这些器物的发明简单不够精准，但是他们的出现为后期计时工具的发展奠定了基础。

1 塔钟的由来

计时工具是人类伟大发明之一，东汉张衡制造漏水转浑天仪，是最早的具有塔钟现象的物件。1088年宋代苏颂和韩公廉等人发明制造了天文观测仪器“水运仪象台”，是西方钟表装配“擒纵机构”的雏形。但机械钟的发展制造却起源于欧洲。意大利的丹蒂制造出第一台结构简单的机械打点大钟，最早用于欧洲中世纪的教堂。意大利人造出第一台用简单机械打点的钟是十四世纪中叶的事，到十六世纪初德国人用上了发条，后来伽利略发明的重力摆也被荷兰人引入机械钟，英国人又在纵擒结构上下了很多功夫。在建筑大钟发展的早期，钟楼大钟只有一支时针。到了18世纪中期，钟楼大钟开始配备分针，在格雷厄姆擒纵机构及内部机芯结构改进等技术的进步下，使得大钟的走时越发稳定、准确。机械钟伴随着人们对准确时间的渴望，在意大利、德国等国兴起，教堂上和城市塔楼上的巨型时钟开始风靡欧洲。

从19世纪开始，中国海关根据业务需要效仿西方海关计算船舶吨税办法，皆以海关钟楼时间为准。因此从那时起在国内建设的海关大楼如江海关、江汉关等大楼均修建了具有塔钟的钟楼。

2 江汉关钟楼构造

江汉关钟楼建于1924年，立于江汉关主楼之上，主要放置大钟设备，兼灯塔、观测瞭望之用。钟楼高约28.24米（不含避雷针），在1924年到1984年这60年间，江汉关钟楼一直牢牢守着武汉最高建筑的称号，同时也是老汉口最醒目的“标志性建筑”。整个钟楼根据功能共设计分为五层。由低到高分别为承接室、主机室、面钟室、导向室及音响室。钟塔于1924年1月18日开始报时，每日按时敲钟，按刻奏乐，乐曲为《威斯敏斯特》。作为武汉市的地标性历史建筑，江汉关钟楼经风历雨已百年，伴随着江汉关的钟声长大，已成为一代又一代武汉人的珍贵记忆。

3 塔钟运行原理

塔钟走时主要由原动系统、传动系统、禽纵调速器、显示系统等构成。原动系统为三组重力饼锤，为塔钟运行提供动力驱动传动系统的各项轮系运转。当用人力摇转走时提升轴上的滚轮，钢丝绳被卷起，重锤缓缓提升到钟楼第三层顶部为止。此时由重锤自重的下坠力为机芯提供运转动力，带动走头轮组件转动，走头轮依次带动分轮组件、立轴组件，再利用传动轴组件连接显示钟机，通过指针在钟盘上显示时间。分轮组件连接立轴组件的同时又连接走三轮组件，三轮组件连接四轮组件再往上又连接擒纵叉轴组件，从而利用擒纵机构控制钟摆按照一定的规律来完成走时。

机械塔钟报刻系统主要由原动系统、传动系统、敲击系统、启动系统组成。报刻系统也是用重锤作为动力，它在启动系统中安置有一套报刻抬止开关组件，并在走时系统中的分轮组件安置了一个启动凸轮，每当走时系统运行在整刻时，走时系统分轮组件上的报刻启动轮就开始释放，报刻抬止杆这时处于无锁状态，利用重力作用释放风轮组件运转，依次带动传动系统及其连接的敲击系统来敲打乐曲。

4 智能时钟控制系统的应用

控制系统由GPS及北斗授时单元、大钟控制器、大钟驱动器、照明控制器、报时功放器、状态采集器、塔钟子钟（4面）、电脑监控、钟联网等部分组成。

这套高智能时钟控制系统可以通过控制走时电机实现塔钟电子走时、多媒体报时、计算机监控等功能，还能利用网络智能化控制一套电控击锤敲击原铜钟。智能控制系统利用电脑主机给面钟背面轴心点的走时电机发送信号，四个走时电机同步带动指针达到走时的效果。智能系统通过软件程序控制，便捷地实现报时时段选择、报时乐曲更换，灯光控制等功能，满足个性化需求。塔钟配置有五口铜钟，最大的一口是打点钟，另外的四口才能作为凑乐使用，四口钟只有四个音阶，能敲奏的乐曲十分有限。现采用的系统可以任意更换报时语音及乐曲，自由度更高。此系统播出的乐声都是经过数字化采样、处理并储存在计算机硬盘上，与其他报时系统相比，具有智能化、数字化及音质好、声音宏亮等特点。最便利的还是报时时段的选择，先前的机械钟，报时时段更改是件复杂、高难度的工作。而现在通过智能化的程序，只要在控制程序上面简单设置一下即可。拥有这种智能化操作以后可以轻松实现满足报时需要的同时，又不打扰到周边市民的工作生活。

塔钟现在作为文物保存，一旦参与日常运行，久而久之势必会导致零部件的磨损。但是如果长期播放多媒体报时乐曲，市民的观感就会大打折扣，在这两者之前我们为了找到平衡，添置了这套电控击锤系统。电控击锤系统与多媒体报时系统互不冲突，按需切换。通过这套系统可以实现电子走时，电击锤母钟控制程序给子钟发送动作命令，子钟接收到信号传输到电击锤上，电机锤拉动链接钢丝带动铁锤敲击铜钟发声奏乐，实现原锤敲原钟的目的。

随着我国社会和经济的发展，人们对公共用钟提出了更高的要求。尤其是江汉关塔钟作为城市地标的身份，一旦出现塔钟运行故障，及时快速的检修对工作人员是一个巨大考验。塔钟智能化控制系统是一个非常专业的技术，很有可能出现故障后用户反馈给厂家售后的问题及情况有时发生描述不清甚至跟实际情况有偏差，导致售后人员最终去现场维护，而发现问题出在其他方面，耽误维修进度。在此基础上引进了钟联网系统。

5 结语

随着城市化进程的不断推进，江汉关塔钟作为武汉城市地标的地位一直未曾改变。这也对塔钟管理维护人员提出了严苛要求，作为新一代的“守钟人”，不仅仅要做好塔钟日常维护管理工作，还要关注知悉高新前沿技术在塔钟维护方面的运用。只有这样才能更好的保护塔钟，为市民提供优质的服务，保存好历史文化遗产。

参考文献：

[1] 许伟，余立建，蔡淮，塔钟多媒体自动报时系统[J]计算机应用研究.