Много електронни устройства изискват източник на точно време. Един от стандартните опции - да се използва като елемент на времето кварцов резонатор и време играят от ASIC или от организацията на таймера на програмата. При използване на този метод на качеството кварц може да се постигне точност от около 8,2 секунди на ден [1].
В системи без надзор време отнемане на 8 секунди на ден води до грешка в 48 мин. годишно, което в повечето случаи е неприемливо. С помощта на синхронизация сигнали време на сателитни навигационни системи, е възможно да се гарантира точността на вътрешния часовник не е по-лошо от десетки наносекунди по всяко интервал от време. точни сигнали време се предават и в двете текущата дата спътникови системи - GLONASS и GPS. Повечето приемници имат 1PPS изходен сигнал, където всеки втори получите кратък импулс синхронизирано с тарифа на Universal координирано време (UTC). Въпреки факта, че точното време може да доведе до някакъв GPS-приемник, има специални решения, които са подобрени точност и фокусирани точно върху задача синхронизация на времето.
Интелигентна GPS-антена Trimble Acutime Gold
Фиг. 1. GPS-приемник Acutime Gold
Acutime Gold е компактен завършен GPS-приемник (фиг. 1) за монтиране на мачтата и способни да доставят точно импулси времето и текущото време. Acutime Gold приемник конфигуриран в водоустойчив UV-защитен корпус и може да работи в промишлената температурния диапазон от -40 ... + 85 ° С Acutime Gold съдържа патентовани алгоритми за обработка на GPS-сигнал от Trimble е идеалното решение за проблемите на времето и синхронизация, включително в предаване на данни. Тя ви позволява да създадете един евтин независимо решение за синхронизация на времето за приложения като средства за измерване на тръбопроводи, компютърни мрежи, телевизионно и радиоразпръскване, клетъчни мрежи. Acutime Gold е с RS-422 интерфейс, който е идеален за дълги линии, които са неизбежни при инсталирането на приемника на покривите на високи сгради или комуникационни кули. В приемника специална команда, която позволява да се компенсира закъснението на разпространението в дълъг кабел, който може да бъде до 500 m.
Plug-Trimble Резолюция SMT 66266-00
Фиг. Резолюция 2. GPS-модул SMT 66266-00
Вътрешен GLONASS приемник GEOS-1М
Фиг. 3. GLONASS приемник GEOS-1М: а) появата на модула; б) верига
GLONASS приемник GEOS-1М (фиг. 3) е оформен като модул за SMD монтаж. Тя е предназначена за изчисляване на текущата позиция и скоростта на обекта в реално време и формирането на втори клеймото. операция устройство се основава на паралелното приемането и обработването на 24 пръстенни канали на измервателните сигнали на GLONASS навигация сателит в дадена честотна лента L1 (PT) код и GPS L1 честота на (C / A-код). ГЕОС-1M могат да работят едновременно на сигналите както ГЛОНАСС и GPS NAVSTAR. Това дава допълнително предимство в градски условия, където част от хоризонта е затворена от високи сгради. Специално за временно прилагане има режим фиксиран координати, когато информацията за местоположението на антената са вход към приемника, като част от данните за инициализация. Приемникът генерира моментно време печат синхронизация с грешка (ако нивото на доверие на 0.997), за да люспите GPS, GLONASS време, UTC, UTC (СУ) на не повече от 150 НЧ. Второ клеймото представлява импулс идващ от рампата 1 пъти в секунда, с програмируем период от 10 мсек до 2 милисекунди. За да се компенсира времето за разпространение на сигнала в кабела имат възможност да прехвърлят клеймото фиксирано закъснение в рамките на ± 1ms.
Ако се ограничим в рамките на 1-2 секунди, за да получите по време можете да използвате най-евтин GPS-модул, издаване на стандартен NMEA протокол. Стойността на време присъства в съобщенията RMC, GGA, GLL. Тези съобщения обикновено се издават всяка секунда и съдържа формат време CHCHMMCC:
$ GPRMC, 191334.00, A, 5540,3649, N, 03734.3873, Е, 000.10735, 207.5,151209. A * 5D $ GPGLL, 5543,50718, N, 03739,16394, Е, 071650.00, A, A * 67 $ GPGGA, 105845.00,5540.37072, N, 03734,38519, Е, 1,05,1.89, 00234, М, 014, М ,, * 64
Все пак, този път по този начин е свързано с факта на определяне координати, а не към момента на издаване на действителната съобщението. Ето защо, като се използва това време, точност не може да бъде по-висока при използване на ППС сигнал. За разлика от фиксиране координира кога да се "виждат" поне четири сателита, GPS-приемник може изход текущото време, дори когато сигналът от един сателит. Поради този факт значително намалява изискванията за видимост към небето или от качеството на приемната антена. След това ще говоря конкретно за този метод, се получи това време - под формата на съответното поле в съобщението RMC.
Напредъкът в развитието на основата на елемента е довело до значително подобрение на техническите параметри на GPS-модул (размер, чувствителност, потребление) и намаляване на техните разходи. Това дава възможност да се използват като източник на точна време в приложения, където по-рано използването на GPS-технология, която не е било възможно поради икономически причини. Днес цената на компоненти за създаването на модул за синхронизация време не надвишава $ 20-30. Когато много предимства GPS технология има един съществен недостатък - това е лошо или не работи на закрито. Можете да приемате сигнал в един прозорец или дори на стаята, но нито един от производителите все още не може да предложи GPS-решения, работи навсякъде в стаята. принципа на ефективност на мястото на GPS-приемник в сградите е наличието на големи прозорци или други сателитни радио пътеки. За да се преодолее това ограничение, можете, ако съчетаете GPS-модул с безжична технология за пренос на данни, като например ZigBee или Bluetooth. В този случай, можете да поставите GPS-модул в благоприятното разположение на рецепцията, както и точното време да се предава по въздуха. Освен това, двете части на системата (т.е.. Е. предавател и приемник) може да бъде проведена в напълно автономни устройства изисква обслужване само веднъж на няколко години, за да замени батерията (фиг. 4).
Фиг. 4. Блок схема на системата за синхронизация на времето с безжичен канал
Предавателят и приемникът може да бъде голямата част от времето в режим на заспиване, синхронно "събужда" за последователна кратък период от време (няколко десетки секунди) интервал на комуникационна сесия. Между комуникационни сесии, които точно се синхронизира вътрешния часовник на устройството може да премине часа или дори седмици - през това време несъответствие кварцови осцилатори няма да бъде значителен. Максимална консумация на енергия се случва, когато GPS-модул, но навреме да не надвишава една или две минути при консумация на ток 30-50 mA (в зависимост от вида на GPS-модул). текущо потребление в режим на заспиване по време на движение часовник в реално време за съвременни микроконтролери е на няколко микроампера. При използване на батерии максимален капацитет (10х A / з) може да бъде предоставена работят автономно за 5-10 години.
система синхронизация на времето с модули XBee
Таблица. Параметри на системата за синхронизация на времето въз основа на модули XBee
Забележка: * - изчислената стойност при използване на алкални батерии (алкална).
За да изпробвате тази идея, 2 време система за синхронизация прототип е построен на базата на GPS сигнали. Първата система (вж. Таблица) се осъществява на база XBee модули [2], работещи в 2400 MHz.
Фиг. 5. Системата за предавател
Системата за предавател (фиг. 5) приема NMEA-съобщения, екстракти от времевата стойност на $ GPRMC и го предава чрез ZigBee мрежа, като съобщение за излъчване, които ще бъдат получени от всички възли в мрежата. Предавателят не съдържа контроли с изключение на бутона за захранване. Вграден ZigBee-модул работи в управлението на AT-команди (прозрачен режим) настройки "по подразбиране" (PAN ID = 234). На задната страна на корпуса има два SMA конектор за свързване на външна антена (GPS и 2400 MHz). GPS-антена трябва да бъде поставен по такъв начин, че да се осигури максимална видимост на открито небе. Индикаторът показва активността на вградения микроконтролер и текущото състояние ZigBee-модул (свързва с пин 15 «сътрудник»).
Фиг. 6. Приемникът се основава на XBee-модул
Приемникът приема предаването на пакети, мрежата ZigBee разпределя времето стойност и я показва на LCD екрана (фиг. 6). Вграден модул XBee-API работи в режим на нормална работа трябва да принадлежи към същата мрежа, в приемника (една мрежа ID). При получаване на всеки пакет вграден микроконтролер заявки параметър за сила на сигнала и се показва тази стойност в графична скала и цифрова форма (в стока). Приемникът има вътрешен часовник, който може да се синхронизира със стойността във времето, които ще бъдат изпратени от предавателя. В горния десен ъгъл показва времето на неговия часовник (Москва лятото). Отделете време от GPS-приемника се показва в долния десен ъгъл на дисплея (UTC време). Предният панел на тялото има зелена бутон ръчно синхронизиране на вътрешния часовник и LED дисплей модул ZigBee-държава.
Системата показва пълен идеи тестови резултати. Чрез използването на готови за използване XBee модули са лесни за изпълнение на такава система. От създаването на прототипа отне не повече от 2 седмици. За да увеличите интервала между приемника и предавателя може да се постави dolnitelnye ZigBee-рутери, които ще разчитат на съобщения. Все пак трябва да се отбележи, че времето се увеличава реле забавяне и най-тревожен е фактът, че може да не бъдат взети под внимание. Следователно, за да се подобри точността и други технически и икономически параметри на системата е разработена още един прототип.
синхронизация на времето с радиовръзката 433 MHz
Фиг. 7. Предавателният модул на базата на 433 MHz
За да се намалят разходите и изпълнението на прототип на системата е разработена в режим на сън, когато радиото се използват евтини Teleconrolli модули при 433 MHz. В прототип предавател (фиг. 7) е винаги в режим на заспиване, включително GPS-модул веднъж на ден, за да синхронизирате своя вътрешен часовник. Продължителността на работата на GPS-модул е ограничена до 90 секунди. През това време 95% от случаите не получи сателитния сигнал дори и при 50% от видимостта на небе. Време кутия по радио канал също се извършва веднъж на ден в предварително определено време. Предавателят 5 изпраща radiopaketov съдържаща текущото време до най-близката секунда. Пакетите се предават в началото на всяка секунда в продължение на 5 секунди интервал от време. Ако приемникът (фиг. 8) се захранва от електрическата мрежа, то може да се съхранява в активно състояние постоянно. Когато енергията на батерията на приемника трябва да е в състояние да спи с продължаващото вътрешния часовник. Включването появява само по време на всяка сесия - веднъж на ден, което изисква синхронизация на предаване и приемане възел. Все пак, това не предизвиква никакви проблеми, т. За да. И двата елемента периодично да получават информация за точното време. За да се компенсира с несъответствия часа през деня приемника продължава към активен режим на в продължение на 5 секунди, за да започване на сесия за и се съхраняват в това състояние в продължение на 15 секунди. За да се намалят разходите за предавателя използва пасивна керамични антена, радио протокол прилага в софтуер в контролната микроконтролер. Ако приемникът по някаква причина излезе от режим на синхронизация, а след това по време на разговора се очаква той няма да получи стойността на времето. Ако очакваният пакет не е за 5 последователни включвания, приемникът трябва да изпълни един цикъл синхронизация, за които той трябва да се трансформира в режим на непрекъснат прием за най-малко един ден. По време на такт верига консумира значително ток (
9 mA), като намалява значително живота на батерията. За ръчно синхронизиране на приемника е достатъчно, за да го изключите и отново в продължение на 5 секунди, за да комуникационна сесия. Вътрешният LCD дисплей местното време (изчислена въз основа на полученото UTC-време) и допълнителната информация, обслужване (фиг. 9).
Фиг. 8. Приемателният модул на базата на 433 MHz
Фиг. 9. Дисплей на получената информация
заключение
Използването на спътниците сигнали за GLONASS и GPS за точно време е технически трудно и икономически изгодно за много приложения - от улични часа преди AMR системи. Технически ограничения, свързани с приемането на спътниковия сигнал могат да бъдат заобиколени чрез използване на безжични данни трансфер на технологии в нелицензирани честоти. Използване на радио също така ви позволява да се организира едновременно синхронизация на времето за различни устройства в мрежата. Съвременните маломощни електронни компоненти дава възможност да се въведе система за самостоятелно безжична синхронизация на времето с време работи до 5-10 години.
литература
Други статии по тази тема:
Ако забележите някакви неточности в статията (липсващи снимки, таблици, невярна информация, и т.н.), моля да ни уведомите. Моля, дайте линк към страницата, както и описание на проблема.
Свързани статии