Разработка устройства синхронизации первичных часов по сигналам системы GPS
Введение
Единое время необходимо для работы транспорта, связи, энергетики, различных финансовых учреждений и банков. Такие учреждения, как школы, больницы, вокзалы, предприятия должны жить в едином временном пространстве. Все часы, расположенные на определенной территории, должны показывать одно время и, по возможности, точное время.
Электронные часы превосходят механические по параметрам точности. Тем не менее, в этих условиях и такие часы нуждаются в синхронизации. Иногда разрыв в секунду может обернуться катастрофическими последствиями на высокотехнологичных производствах и предприятиях, имеющих системы контроля безопасности и крупные информационные системы, для которых необходима синхронизация времени.
Важным примером являются сети банковских транзакций, в которых используются временные метки. Последние используются для защиты информации: временная метка добавляется сообщению, которое затем передается по сети. На приемной стороне анализируется время передачи
Содержание
Введение5
1. Аналитический раздел8
1.1. Обзор технических решений глобальной синхронизации часов. Источники точного времени8
1.2. Способы получения сигналов точного времени9
1.3. Получение сигналов точного времени от систем навигации12
1.4. Протокол NMEA20
1.5. Способы подключения вторичных часов23
1.6. Протоколы синхронизации вторичных часов по компьютерным сетям25
2. Специальный раздел28
2.1. Использование протокола NTP29
2.2. Операции клиента SNTP36
2.3. Разработка структурной схемы39
2.4. Разработка принципиальной схемы45
2.4.1. Модуль GPS45
2.4.2. Часы реального времени48
2.4.3. Микроконтроллер локальной сети51
2.4.4. Индикатор54
2.4.5. Основной микроконтроллер56
2.4.6. Электропитание устройства60
2.5. Технологический процесс программирования устройства63
2.6. Технологическое тестовое приложение68
3. Безопасность жизнедеятельности71
Заключение79
Библиографический список использованных источников80
Список использованных источников
Вытнов, В.А. Хранение времени и частоты [Электронный ресурс] / Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН. – URL: http://www.gao.spb.ru/russian/lg/at&f.html (дата обращения: 24.10.2021).
Система часофикации [Электронный ресурс] / Группа компаний ?НЭЛТ?. – URL: http://www.projectnelt.ru/systems/it/chas.html (дата обращения: 24.10.2021).
Яценков, В. С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС [Текст]. – М.: Горячая линия-Телеком, 2015. – 272 с.
Сетевые спутниковые радионавигационные системы [Текст] / В. С. Шебшаевич, П. П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич и др. Под ред. В. С. Шебшаевича. – М.: Радио и связь, 1993. – 408 с.
Системы глобального позиционирования [Электронный ресурс] / Факультет энергетики и электроники БГТУ. – URL: http://tu32.ru/tiki/Global_Positioning_Systems?page=Global_Positioning_Systems (дата обращения: 24.10.2021).
Дитлов, Н. Синхронизация в современной студии [Электронный ресурс] / "Звукорежиссер". – URL: http://rus.625-net.ru/audioproducer/2001/10/technology.htm (дата обращения: 24.10.2021).
Сетевой сервер времени NTS-4000-GPS-R NTP [Электронный ресурс] / Galleon Systems. – URL: http://www.galsys.ru/network-time-server.html (дата обращения: 24.10.2021).
Точное время в Интернете [Электронный ресурс] / ?Мобатайм Системс?. – URL: http://www.mobatime.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=239&Itemid=26 (дата обращения: 24.10.2021).
Описание протокола NMEA-0183 версии 2.1 [Электронный ресурс] / Radioscanner. – URL: http://www.radioscanner.ru/info/article166/ (дата обращения: 24.10.2021).
Семенов, Ю.А. Протокол SNTP [Электронный ресурс] / Telecommunication technologies - телекоммуникационные технологии. – URL: http://book.itep.ru/4/44/sntp4416.htm (дата обращения: 24.10.2021).
Протоколы синхронизации времени: NTP, IRIG, AFNOR [Электронный ресурс] / ООО "Прайм Тайм". – URL: http://ptime.ru/timeprotocols.html (дата обращения: 24.10.2021).
NMEA [Электронный
На подключившийся к TIME-серверу компьютер приходит пакет, содержащий единственное 32-битное беззнаковое число, соответствующе числу прошедших с 1 января 1900 г. секунд. Поскольку такое число переполняется через 136 лет, этот протокол способен функционировать только до 2036 г. Для TIME зарезервированы порты 37 TCP и UDP.
Этот протокол очень прост и пригоден для микроконтроллеров, поэтому имеет смысл включить его в разрабатываемое программное обеспечение.
3. Первая версия NTP (позже названная NTPv0) появилась в 1985 г. Идея состояла в расширении пакета протокола TIME для передачи дополнительной информации.
Время здесь передаётся в виде 64-битного числа секунд с фиксированной точкой (посередине, т.е. между 31 и 32 битом). Такой формат позволяет передавать время с точностью до 0,2 нс, что должно превосходить реально достижимую точность измерения времени ещё много лет.