时间服务器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种时间服务器。该时间服务器由微控制单元、GPS时钟源、以太网控制器、高精度实时时钟(即实时时钟源)、电可擦写只读存储器、RS232串行通信模块、LED指示灯组成。时间服务器采用模块化设计，体积小巧，有效的降低了制造成本；采用嵌入式系统，无硬盘和风扇设计，防震设计，稳定可靠；采用工业级芯片，工作温度-20℃-80℃，适合户外使用。
【专利说明】时间服务器
【技术领域】
[0001]本实用新型提供一种时间服务器。
【背景技术】
[0002]随着自动化系统中的计算机、控制系统使用量的快速增加，需要标准时间信息的设备也越来越多，且对稳定度、精度要求也越来越高。利用参考时钟获取实际时间，再利用网络把时间资讯传递给用户的时间服务器应运而生。时间服务器作为整个自动化系统的时钟源，可以对整个系统内的所有设备进行授时，是实现自动化系统内设备时间同步的关键。
[0003]目前的时间服务器多以GPS地球同步卫星信号为时钟源，或者通过NTP协议从其他NTP授时中心服务器获取时间信息。以GPS卫星为时钟源的时间服务器易受到阴雨及雾霾天气的影响，造成卫星信号的丢失，继而造成系统内设备时间无法同步；以其他NTP授时中心服务器为时钟源的时间服务器，当网络发生故障时，无法连接到授时中心服务器，整个网络就失去了标准的时钟源。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供一种时间服务器，主要解决了【背景技术】中存在的问题。
[0005]本实用新型的具体技术解决方案如下:
[0006]该时间服务器包括用于接收GPS卫星时间信号的GPS时钟源，用于接收网络时间的网络时钟源，用于提供高精度时间的实时时钟源；所述GPS时钟源、网络时钟源及实时时钟源均与微控制单元连接，微控制单元用于判断选择时钟源及解析处理网络协议，微控制单元还分别与电可擦写只读存储器及通信模块连接；所述电可擦写只读存储器用于存储设备信息，使设备掉电后可读取信息保持设备工作状态与掉电前相同；所述通信模块是微控制单元与外部串行设备通信的通道。
[0007]所述微控制单元是ARM嵌入式处理器。
[0008]所述GPS时钟源通过RS232串行通信接口将标准时间信息以NMEAO183格式传输给微控制单元，并为微控制单元提供IPPS的秒脉冲信号。
[0009]所述网络时钟源通过SPI通信总线与微控制单元进行通信，网络时钟源通过RJ45物理接口与其他网络设备进行通信以向微控制单元提供网络时钟信号。
[0010]所述实时时钟源采用高精度RTC芯片，通过I2C总线与微控制单元进行通信。
[0011]所述电可擦写只读存储器通过I2C总线与微控制单元进行通信。
[0012]所述通信模块为RS232串行通信模块，将串行设备发送的RS232电平转换为TTL电平给微控制单元。
[0013]本实用新型的优点如下:
[0014]该时间服务器采用三种时钟源的冗余设计可保证授时的连续性、稳定性；第一时钟源GPS时钟源采用先进的GPS芯片，授时精度高可达200ns，NTP服务端延迟可达1ms以内。
[0015]该时间服务器采用模块化设计，体积小巧，有效的降低了制造成本；采用嵌入式系统，无硬盘和风扇设计，防震设计，稳定可靠；采用工业级芯片，工作温度_20°C -80°C，适合户外使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型原理结构图。
[0017]附图标号说明:1 一RJ45接口，2—有源天线，3 —GPS模块,4一以太网控制器，5—闻精度实时时钟，6 —电源模块，7一微控制单兀，8一电可擦除只读存储器，9一电平转换，10 — DB9接口，11一LED指示灯，12 — RS232串行通信模块。
【具体实施方式】
[0018]时间服务器的功能是为系统网络内的设备进行持续的、高精度的授时，时间服务器由微控制单元、GPS时钟源、以太网控制器、高精度实时时钟(即实时时钟源)、电可擦写只读存储器、RS232串行通信模块、LED指示灯组成。
[0019]微控制芯片模块采用先进的ARM嵌入式处理器STM32F103，工作频率高，处理速度快。内置嵌入式操作系统，负责整个设备的逻辑控制工作包括时钟源的状态判断、选择，网络通信协议的解析、处理等。
[0020]GPS时钟源是设备三种时钟源中优先级最高的时钟源，其采用高性能GPS芯片5365RE，授时精度可达200ns且无累积误差，使用有源天线保证搜星速度和连接稳定性；通过TTL电平RS232串行通信接口将标准时间信息以NMEA0183格式传输给微控制单元，还为微控制单元提供IPPS的秒脉冲信号。
[0021]以太网控制器W5500集成全硬件高性能TCP/IP协议栈，连接RJ45物理接口，负责与系统内其他网络设备进行通信，其通过SPI通信总线与微控制芯片进行通信。当GPS时钟源无法正常工作时，微控制芯片内嵌的SNTP “客户端”可以主动向网络内的授时中心服务器申请授时信息。
[0022]实时时钟源采用高精度RTC芯片DS3231，精度可控制在±2ppm，全年误差可控制在I分钟以内，其通过I2C总线与微控制芯片进行通信。作为设备的第三时钟源，当GPS时钟源和授时中心服务器失效时，可有效保持设备时间的稳定性和授时精度。
[0023]电可擦写只读存储器AT24C02用来存储设备的IP地址、校时周期、产品识别码等关键信息，设备掉电后可读取信息，保持设备工作状态与掉电前一样。模块采用先进的芯片，擦写次数达100万次，数据可保持100年。其通过I2C总线与微控制芯片进行通信。
[0024]RS232串行通信模块是微控制芯片与外部串行设备通信的通道，其将串行设备发送的RS232电平转换为TTL电平给微控制芯片。
[0025]LED指示灯用于指示GPS工作状态、中心服务器连接状态和授时工作状态。
[0026]电源模块将接入的+5V电源进行稳压和分配给各部分供电。
[0027]当使用设备时，为设备提供直流+5V电源，通过网线连接设备到交换机或者被授时设备。
[0028]使用配置软件设置本机IP地址，系统内被授时设备通过该IP地址与设备进行通信获得标准的时间信息。
[0029]使用配置软件设置授时中心服务器IP地址，当设备的GPS无法正常工作时，通过该IP地址与授时中心服务器进行通信，获得标准的时间信息然后转发给系统内其他的设备。
[0030]通过以上简单的操作及设置，设备即可正常工作为系统提供标准时间信息。
【权利要求】
1.一种时间服务器，包括用于内部供电的电源模块，其特征在于:包括用于接收GPS卫星时间信号的GPS时钟源，用于接收网络时间的网络时钟源，用于提供高精度时间的实时时钟源；所述GPS时钟源、网络时钟源及实时时钟源均与微控制单元连接，微控制单元用于判断选择时钟源及解析处理网络协议，微控制单元还分别与电可擦写只读存储器及通信模块连接；所述电可擦写只读存储器用于存储设备信息，使设备掉电后可读取信息保持设备工作状态与掉电前相同；所述通信模块是微控制单元与外部串行设备通信的通道。
2.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于:所述微控制单元是ARM嵌入式处理器。
3.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于:所述GPS时钟源通过RS232串行通信接口将标准时间信息以NMEAO183格式传输给微控制单元，并为微控制单元提供IPPS的秒脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于:所述网络时钟源是以太网控制器；以太网控制器通过SPI通信总线与微控制单元进行通信，通过RJ45物理接口与其他网络设备进行通信以向微控制单元提供网络时钟信号。
5.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于:所述实时时钟源采用高精度RTC芯片，通过I2C总线与微控制单元进行通信。
6.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于:所述电可擦写只读存储器通过I2C总线与微控制单元进行通信。
7.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于:所述通信模块为RS232串行通信模块，将串行设备发送的RS232电平转换为TTL电平给微控制单元。
8.根据权利要求1至7任一所述的时间服务器，其特征在于:所述微控制单元连接有用于指示GPS工作状态、中心服务器连接状态和授时工作状态的LED指示灯。
【文档编号】G04R20/02GK204013564SQ201420390223
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】单晓华, 王荣华, 刘海荣, 宋翀, 侯伟盟, 何波, 李英强 申请人:西安翔迅科技有限责任公司