智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 智能化系统解决方案 技术方案 GPS时钟系统 1 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 二零零陆年十一月二十日 2 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 GPS时钟系统 ................................................................................................................................................ 1 一.系统组成及特性 ........................................................................................................................................ 4 二.系统功能 .................................................................................................................................................... 4 1.同步校对 .............................................................................................................................................. 4 2.时间显示 .............................................................................................................................................. 5 3.日期显示 .............................................................................................................................................. 5 4.系统监测功能 ...................................................................................................................................... 5 三.主要技术指标 ............................................................................................................................................ 5 3 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 子母钟系统说明 由一台母钟和多台子钟组成的时钟系统被称为子母钟系统。这类产品多用于酒店、办公大楼、站台、机场候机厅、大型工厂、学校等大型区域。子母钟系统具有走时精准、操控方便、同步运行等特点。子母钟系统均采用智能模块化设计，与同类产品相比，更突出了操作简单，安装方便，运行可靠，使用寿命长，性价比高的特点，在国内外同类产品中处于先进水平。 一.系统组成及特性 1.本时钟系统由信号接收单元（GPS）、中心母钟、子钟、传输通道等组成。 2.GPS：实时接收卫星时间，向母钟发送时间信号，校准母钟时间，使母钟走时令误差。 3.母钟： 1)母钟产生精确的标准同步时间码，提供给各区子钟控制器。中心母钟设有子钟驱动接口和数字显示器。 2)母钟通过时间码输出接口，能够给各相关系统提供时间同步信号，接口标准为RS－485。 3)母钟通过通讯接口扩展口控制子钟的运行。能接收到整个系统内各子钟运行状况数据及标准时间信号。 4.子钟：接收母钟发出的时间信号，产生标准时间信号进行时间信息显示，子钟脱离母钟时能够单独运行。其显示方式可为模拟式和数字式两种。 5.传输通道：母钟到子钟之间的传输通道为大于0.5平方双绞线。接口标准为RS-485。 二.系统功能 1.同步校对 系统通过信号接收单元不断接收GPS发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进 4 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对母钟进行校对。 子钟是一个独立的系统，可以独立于母钟单独运行。但子钟又能接收母钟发来的标准时间信息，对其进行校对。 2.时间显示 模拟式子钟采用“时、分”二针运行方式。具有反馈控制功能。 数字式子钟可按客户需要设计生产。具有反馈控制功能。 3.日期显示 中心母钟产生表示年、月、日、星期、时、分、秒的信息，并在设备显示屏上显示。 中心母钟设备设有同步时间码输出接口，采用RS-485，能够实时给子钟及各系统提供时间同步信号。 4.系统监测功能 在控制中心设置时钟系统管理终端设备，具有自诊断功能。 中心级设备能够检测到区级设备的运行状态信息，对时钟系统的工作状态、故障状态进行显示，并能够对全系统时钟进行点对点的控制，其主要监控及显示的内容包括：各种主要设备、子钟的工作状态，对时钟系统的控制（停止、校对、追时等），系统出现故障时能够发出声光报警，指示故障部位。 5.系统兼容性和可扩展性 系统可最多按99个子钟配置,所供设备应保证扩容时简单方便。 6.集散控制 系统采用集散控制系统，即分布式系统，母钟、子钟相互之间通过RS-485通讯方式联接，在整个系统中相对独立，任何一部分发生故障都不会引起整个系统的运行。 三.主要技术指标 1.信号接收单元（GPS卫星接收器） 5 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 环境温度……………………………………-10℃～+65℃ 相对湿度……………………………………30％～95％ 信号传输距离………………………………≤1200米 工作电源……………………………………AC220V±10％，50Hz 工作电压……………………………………DC9V±1V 走时精度……………………………………0误差 额定功耗……………………………………≤5W 接口方式……………………………………标准RS-485数据传输 体积…………………………………………1U 19" 2.中心母钟 环境温度……………………………………-10℃～+65℃ 相对湿度……………………………………30％～95％ 工作电源……………………………………AC220V±10％，50Hz 工作电压……………………………………DC9V±1V 额定功耗……………………………………≤5W 停电记忆……………………………………≥24个月 接口方式……………………………………标准RS-485 数据传输 体积…………………………………………2U 19" 3.指针式子钟 环境温度……………………………………室内-10℃～+45℃ 供电电压……………………………………AC220V±10％，50Hz 4.数字式子钟： 环境温度……………………………………室内-10℃～+45℃ 供电电压……………………………………AC220V±10％，50Hz 注意：1.系统信号线采用大于0.5平方双绞线。 2.各设备及每面子钟附近要配有独立电源。 GPS高精度的时钟 6 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 GPS（Global Positioning System）全球定位系统是利用美国的24颗GPS地址卫星所发射的信号而建立的导航、定位、授时的系统。美国政府已承诺，在今后相当长的一段时间内，GPS系统将向全世界免费开放。目前，GPS系统广泛地应用在导航、大地测量、精确授时、车辆定位及防盗等领域。因此，开展对GPS系统的研究和应用，将极大地提高生产力，并产生巨大的经济效益。本文旨在通过利用GPS所提供的精确授时的功能，采用单片机技术，设计适合于需要精确授时的高精度时钟系统。 GPS OEM接收板，由于采用了先进半导体设计手段，它具有尺寸小、功耗低、性能稳定、性价比高等优良特性。利用它，可以方便、快速地开发出各种GPS应用系统。其主要性能指标如下： 接收通道——11通道并行接收，可同时跟踪11颗卫星； 授时精度——小于400ns，无累计误差； 数据更新时间——1s； 体积和重量——65mm×35mm，约重40g（含锂电池）； 数据输出格式——NMEA-0183 v2.0；RTCM-sc104 v2.0； 环境工作温度——-30～+75℃； 正常工作参数——电压5（1±0.05）V；电流100mA；功耗100mW。 2 GSU-16的硬件接口和软件接口 （1）硬件接口 7 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 GSU-16同时提供12脚接口（J3）和5脚接口（J4）。本设计中采用5链接口J4，各引脚的功能如表1所列。 表1 接口编号 1 2 3 4 5 信号名称 GND backup in SD1 RD1 +5V 功 能 电源地 备份电源输入，3V时消耗2μA 串行输出 串行输入 主供电电源输入 GSU-16的RD1脚为RS232C的通信接口，其逻辑电平为TTL电平。这样能够很方便地与各种单片机连接连接，无须电平转换。同时，12脚接口还提供了高精度的秒脉冲输出，可用于需要更高精度定时服务的测量系统。在此，我们仅使用其时钟信息，故只需在其输出的ASCII数据中直接提取即可。 （2）软件接口 GSU-16的通信波特率为4800，1个起始位，8个数据位，1个停止位，无奇偶校验。通常使用NMEA-0183格式输出，数据代码为ASCII码字符。 GPGGA GPS定位数据 GPGLL 地址位置和经纬度 GPZDA 日期和时间 GPVTG 方位角对地速度 例如，GPZDA为时间和日期输出语句，其标准格式如下： 又如，$GP GGA为定位导航数据输出语句，其标准格式如下： 8 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 在具体使用时，可以在收到一条消息后，用软件来判别消息引导头是否为“$GPZDA”或“$GPGGA”来确认收到的消息正确与否，然后从消息中提取世界时，一定要注意将提取到的世界时加上8小时才是北京时间，而且软件还必须对16：00～24：00世界时作相应的处理，以转换为正确的北京日期和时间。 3 应用电路和程序设计 在设计该时钟系统时，我们采用的单片机是Motolola公司的MC68HC08的通用芯片MC68HC908GP32。该芯片以它的高性能、低功耗、低价位获得了广泛的应用，其主要特性为： ①32KB片内Flash存储器，具有在线可编程能力和保密功能；②512B片内RAM； ③增强型串行通信口和串行外围接口；④支持C语言。 其接口电路可按图1设计，程序流程如图2所示。 单片机初始化程序样例如下： SCBR EQU $0019 SCC1 EQU $0013 SCC2 EQU $0014 SCC3 EQU $0015 SCS1 EQU $0016SCS2 EQU $0017 SCDR EQU $0018 TEMP EQU $40 ；定义1个字节的临时存储空间 ORG $8000 ；定义程序的起始位置 INIT：LDA#%00100010；初始化开始 9 智能化建设解决方案 ----GPS时钟系统 STA SCBR ；波特率定义 LDA #%01000000 STA SCC1 LDA #%00001100 STA SCC2 LDA #%00000000 STA SCC3 START：JSR GETDATA ；接收1个字符 STA TEMP ；将其存放临时空间 CMP #$"$"；判是否为“$”符，如不是转START …… ；判是否为GPZDA信息模块，如不是则转START重新接收 …… ；数据接收与处理模块 …… ；时钟驱动与显示模块 …… ；返回START重新接收下一组消息 GETDATA：BRCLR 5，SCS1，GETDATA LDA SCRA RTS 4 结论 10 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/a6b67f69ab956bec0975f46527d3240c8447a12a.html