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基于GPS技术的分布式授时同步时钟 Microc0mputerApplicaUonsVo1.21,No.5,2005开发应用般型电脑应用2005年第21卷第5期 文章编号:1007—757X(2005)05—0021—03 基于GPS技术的分布式授时同步时钟 刘为,董德存 擒要:本文介绍了一种应用在铁路交通方面的基于全球卫星定位技术(GPS)的高精度分布式授时同步时钟,该时钟可以 通过Rs485串行通信端口以广播的方式发送当前的精确GPS时间到各个时钟发布点.文中详细介绍了此同步时钟系统的系统结 构. 关键词:铁路交通}全球定位系统(GPS)}同步时钟}单片机}串口通信 中图分类号:TP332文献标识码:B 在现代铁路交通领域,为了提高运载能力,行车密度越来 越高,列车运行速度也越来越快,各铁路站点的调车任务繁 重,车辆来往频繁.在铁路站点内的时间显示系统因此显得重 要起来,如果时间显示不准确,各处时钟显示偏差过大,无疑 会造成旅客的出行不便,也可能造成车站内部调度一定程度 上的混乱.为保证各铁路车站内部的时间同步,设计开发了一 种基于GPS(GlobalPositioningSystem)技术的免调整子母型 同步时钟系统. 1同步时钟 将通信网上各种通信设备或计算机设备的时间信息(年 月日时分秒)基于UTC(协调世界时)时间偏差限定在足够小 的范围内(如lOOms),这种同步过程叫做时间同步[1]. 通常情况下时间同步技术应用于INTERNET通信网中. 而同步时钟是指各子时钟走时与主时钟走时精确一致的 时钟系统.在时间发布的中心,需要一个精确的时钟以便实现 播出时刻的准确性.这种时钟系统适用于任何需要保持基本 的时间同步的场合. 2同步时钟系统的设计 2.1功能设计 本系统最根本的功能要求是系统中各子时钟的走时均要 求与系统主时钟保持一致即同步.因此各子时钟必须受控于 主时钟,实际应用中,当主时钟信号因某种原因中断或有效数 据丢失时,子时钟应能准确的继续工作,当主时钟信号恢复 时,各子时钟应能重新受控于主时钟并自动地与主时钟校对, 从而保证各子时钟走时的连续性和精确性.对主时钟而言,能 连续提供时钟驱动信号,并要求有保障其精确度的相应的手 段. 2.2系统结构 系统硬件整体结构主要由GPS信号接收天线,GPSOEM 板,RS485串口端口和CPU电路等组成.GPS信号接收天线 接收来自空间卫星GPS信号,然后传送给GPSOEM板.GPS OEM板通过内置的处理算法,求解出当前的UTC(Universal TimeCoordinated)协调世界时,位置坐标和速率等数据,然后 按照NMEA一0183(美国海洋电子协会)标准协议从串行端口 输出.系统CPU则负责接收GPSOEM板的各种数据,从中提 取出UTC数据,经计算处理产生北京时间,完成时间的本地 显示并通过RS485端口发送时间数据. 2.2.1GPSOEM板的选择 本系统主要应用于分布式授时,所以侧重于要求GPS OEM板的跟踪能力要比较好,容易锁定卫星.本系统采用 HOLUXTechnology公司生产的GM一82GPSOEM板,其 数据输出支持NMEA一0183标准协议,波特率为4800bps.本 系统采用其RMC格式的输出数据.RMC数据帧的数据格式 如表1所示: 表1RMC数据帧的格式及其含义 域名称例子单位含义 1RMC帧头$GPRMC帧同步字符 2UTC时间092204.99909时22分O4秒999 A表示已经捕提到卫星信号,本数据帧有效3数据帧标志A V表示尚未捕提到卫星信号,本数据帧无效 4纬度425O.5589 作者简介刘为,同济大学交通信息工程系,硕士研究生,上海200331 董德存,同济大学交通信息工程系,教授,博士生导师,上海200331 ?21? MicrocomputerApplicationsVo1.21.No.5,2005开发应用微型电脑应用2005年第21卷第5期 5南纬北纬标志;S—N表示北纬,S表示南纬 6经度14718.5084 7东经西经标志EE表示东经,w表示西经 8对地平面的速率0.00节 9对地平面运动方向0.00:度 1oUTC日期211200—00年12月21日 1l磁偏角0.00l度 12磁偏角方向wlW表示本地磁偏角偏西,E表示本地磁偏角偏东 13校验和*25 RMC数据格式的第三部分数据数据帧标志在此系统的应用 中有着重要的作用,以此为标志来判断GPSOEM板发出的 信号是否有效. 2.2.2实时时钟的运用 因GPS板可能在某些情况下不能够正常工作,此时仍然 需要保证主时钟发送准确的时间数据,故在此系统中采用了 实时时钟RX一8025.RX一8025是EPSON公司的一款实时时 钟芯片,采用I2C接口总线.在