原创标准化考场时钟系统

 2018-10-24 16:27  1471 3 3 分类: 工业电子

标准化考场时钟系统方案

1、用户需求分析

标准化时钟系统的主要作用就是为学校师生及其他工作人员提供准确的时间同步，同时也为计算机系统及其他弱电子系统提供标准的时间源，使各系统的时间集中同步，在整个学校系统中使用相同的授时标准。各教室、办公室、和楼道的时钟及计算机设备为师生提供了标准统一的是爱你，保证了学校系统运行的高效、统一、安全。

2、时钟系统概述

本时钟系统采用NTP授时原理，通过接收GPS、北斗卫星的信号来作为标准的时间源对母钟的时钟信号进行校准，由中心母钟统一发送标准是爱你信号给安装在各处的子钟，监测全校所有时钟的工作状态，控制所有时钟的运行，从而确保整个系统的子钟显示统一的标准时间信号，为学校师生提供统一标准的时间信息，同时通过NTP时间服务器与学校局域网络内计算机通讯，使整个学校局域网所有计算机或服务器设备统一时间。

2.1 NTP网络授时原理

NTP是网络是爱你协议（Nerwork Time Protocol),它是用来同步网络中各个NTP网络中断设备(计算机、服务器、时钟显示器等）的时间的协议。它解决了整个网络中时间不统一的问题。它的用途是把NTP网络终端设备的时钟同步到授时服务器的时间。

NTP授时服务器采用GPS或北斗作为时间源，为NTP网络终端设备提供授时服务，终端设备时间与NTP网络授时服务器时间同步，从而实现与标准时间同步的目的。

2.2 工作方式

当授时服务器与电子时钟的IP配置完成后，给整个网络系统供上电，电子时钟会每隔30秒从授时服务器上获取一次标准时间，将标准时间显示到屏幕上，从而实现所有终端与授时服务器的时间达到统一目的，电子时钟的时间也就实现了统一时间显示的效果。

3.具体功能描述

时钟系统采用GPS系统中的时标信号作为标准时间源，随时对母钟内的时钟信号源进行校准，使系统实现无累计误差运行。中心母钟设备不断接受GPS发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠对母钟进行校对，如果数据不可靠便放弃，继续接收。
当GPS系统中的时标校时信号不能使用时，系统能靠自身的时间源继续工作。并且检测单元能在规定时间内检测出来。并以醒目的方式向系统的操作人员告警提示。
系统具备自检功能，能定时自动检测整个系统的工作状况，能发出检测信号对子钟及通讯线路进行检测，并能自动报警并直观显示出故障部件的位置，且显示故障记录和打印输出。方便系统维护人员维护和修理。
系统的母钟由主、备两个母钟组成，可互相切换，主母钟出现故障应在10秒钟内自动切换到备母钟，备母钟全面代替主母钟工作。主母钟恢复正常时，备母钟立即切换到主母钟，从而确保系统的安全不间断地运行。
考试或上课状态提示，当进入考试或上课期间，可根据配置信息，进入倒计时、铃声提示。
可应用于学校的门禁与考勤系统、上下班或上下课电铃与音乐电铃管理以及标准化考场的设置。

子母钟系统

通过NTP授时服务器自动接收GPS或北斗卫星信号，通过服务器根据自身时间处理之后，再将该标准时间信号以网络时间同步技术NTP、sntp形式同时发送到更多能接收该信号的子钟或计算机网络系统，从而使网络和系统内的子钟显示与卫星信号保持一致的北京时间。

为什么要使用GPS、北斗卫星同步时钟？
由于历史因素，我国目前的电力行业的时间源大都采用GPS系统作为主时钟源。尽管美国的GPS系统是军民共用的，对全世界开放，但美国并不能保证承诺我们的使用。这样一来，安全问题就有了隐患，一旦发生紧急事态，美国关闭或调整GPS信号，将给我们的电力生产带来很大影响。
如何建立完善的时间同步机子，同时使电力系统时间同步不受他国控制，是摆在电力行业面前的一大问题。GPS北斗卫星同步时钟应运而生，为了保障我国电力系统的生产、运行安全，GPS、北斗双模系统同时接收GPS和北斗俩个不同卫星系统的标准时间信号，当其中一个系统接收故障或者信号异常时，可自动切换到另一个授时系统，保证上游时间源的稳定接收，由于北斗卫星导航定位系统是我国自主开发的，相对于GPS系统来说，在安全性上有一定的保障。
子母钟系统
通过NTP授时服务器自动接收GPS或北斗卫星信号，通过服务器根据自身时间处理之后，再将该标准时间信号以网络时间同步技术NTP、sntp形式同时发送到更多能接收该信号的子钟或计算机网络系统，从而使网络和系统内的子钟显示与卫星信号保持一致的北京时间。
网络是爱你同步技术
网络时间同步技术是基于NTP、sntp标准的低功耗网络时间协议，根据这个协议规定的技术是一种长距离、低功耗的局域网络通信技术。即在服务器传输同步信号的状态下，区域内众多子钟对该信号进行同步接收，通过网络方式的通信及处理，使各子钟显示完全一致的时间，从根本上解决了办公大楼内各个时间不同步的现状。

在电力系统的许多领域，诸如时间顺序记录、继电保护、故障测距、电能计费、实时信息采集等等都需要有一个统一的、高精度的时间基准、利用GPS北斗卫星信号进行对时是常用的方法之一。

什么是网络时间服务

时钟同步也叫对钟，在通信领域，同步概念是指频率的同步，即网络各个节点的时钟频率和相应同步，其误差应符合标准相关的规定。时间同步是指网络各个节点时钟以及通过网络连接的各个应用界面的时钟的时刻与时间间隔与协调世界时（UTC）同步，最起码在一个局域网或广域网内要和北京时间同步，时间同步网络是保证时间同步的基础，构成时间同步网络可以采取有限方式，也可以采取无线方式。

TCP/IP协议中，用于网络同步时间的协议为NTP协议，它是由美国Delaware大学的教授设计实现的，使网络上的计算机保持时间同步的一种通信协议，其本身的传输基于UDP，保留端口号123，NTP协议可以估算出数据包在网络上往返延迟，并可以独立估算计算机时钟偏差，从而实现计算机时间可靠和精准的时间同步。NTP是个动态、稳定和容错的协议，用来保证网络中所有设备的时钟精确度误差在1ms之内。

电脑系统中文件保存，文件传输、电子邮箱中的时间戳都是以电脑时钟为准的，如果想进行文件查找，日志查询，倘若系统时钟不准，或同一网络中的电脑时间不同步，将给后续工作带来很多麻烦，现在许多备份软件，翻译软件、FTP工具都是以文件保存时间为依据进行比较的，如果时间不统一，将使这些软件难以正常工作。

在网络管理中，我们在检查网络专供个助攻网管软件系统运行情况的时候，或者服务器日志时，发现由于不同设备上的系统时间不同，想要通过LOG信息(console输出或syslog记录)观察某一时间对各设备影响情况，先后顺序等很不方便，这个问题也可以通过配置NTP来解决，NTP为路由器、交换机和工作站之间提供了一种时间同步的机制。时间同步了，多台网络设备上的相关时间记录可以放在一起看，更为清晰，方便了分析比较复杂的故障和安全时间等，另外政务网中的认证、维护、管理、备份系统等应用对时间的准确度要求比较高。

机场属于重要的航空交通枢纽，机场内部处理电子钟系统外，同时建设有离港系统、航显系统、广播系统、指挥调度系统、安检信息系统、楼宇自控系统、安防监控系统、停车场管理系统；、呼叫中心系统等多个信息系统，这些系统通过接口互相协同工作，时间的一致性非常重要。通过建设时钟同步系统，将各系统的时钟进行统一校准，为各系统协同工作打下坚实基础。（时钟在机场的应用和时钟同步的必要性）

NTP同步时钟系统的实现

采用星型结构（UDP协议），设置一台NTP服务器，接收来自GPS的标准时间信号，设置一台高精度母钟，母钟接收来自NTP的时间信号，并将信号通过时钟传输系统传给各个自职工，为进/出港旅客和机场工作人员提供统一的标准时间，同时母钟输出标准时间信号至NTP网络时间服务器，由NTP网络时间服务器通过计算机网络系统，为协调机场航站楼各业务和各生产运行部门提供统一的时间信号，使各机电系统的定时设备与时钟系统同步。
NTP网络时间服务器，网络时间服务器接收GPS标准时间信息，并将此标准时间信息发送给母钟。网络时间服务器能够通过以太网为联网计算机提供标准时间信息。将GPS天线安装妥当并将标准时间信号引入控制中心通信室后，接至网络时间服务器后部，打开电源开关，网络时间服务器开始工作，一段时间后，其前面板显示当地标准时间。
母钟，可以接受来自网络服务器的标准是爱你信号，将自身的时间精度校准，并分配精确时间信号给各个子钟。由于母钟是整个时间系统的中枢部分，其工作的稳定性很大程度上决定了整个系统的可靠性，因此要充分考虑系统功能的实现与系统可靠性等综合因素，将其设计为主机配置的系统单元，并且主备木职工之前可以是实现自动或手动切换。母钟接收网络时间服务器发送的时间信号。网络是爱你服务器正常工作时，该信号将作为母钟的时间基本；网络时间服务器出现故障时，母钟将采用自身的高温晶振作为时间基准，母钟向所属子钟发送校准后的标准时间信号，同时可接收子钟回送的工作状态信息，并可将所控子钟的工作状态信息回送到监控终端，在监控计算机上显示。
正常情况下，子钟接收中心母钟发送的标准时间信号，将自身精度校准，并可回送自身的工作状态信息；当接收不到标准时间信号时，子钟可以以自身的精度走时。