一種子母鍾系統及時鐘同步方法
2023-06-10 20:57:51 1
專利名稱：一種子母鍾系統及時鐘同步方法
技術領域：
本發明涉及一種子母鍾系統，具體地說是一種子母鍾系統及其時間同步方法。
背景技術：
子母鍾系統是一種由高精度母鍾及由它控制並與其時間相一致的若干子鍾所組 成的計時系統。主要是為車站、機場、體育場館、地鐵等需要嚴格統一時間的場所而建立。一 般情況下，母鍾與子鍾之間都需要設置供電以及進行信號傳輸的連接線，即現有的子母鍾 系統都是基於有線網絡實現的，這就存在著成本高、系統構建複雜等缺陷。
ZigBee是IEEE 802. 15. 4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、 低功耗的無線通信技術。這一名稱來源於蜜蜂的八字舞，由於蜜蜂(bee)是靠飛翔和「嗡 嗡」(zig)地抖動翅膀的「舞蹈」來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣 的方式構成了群體中的通信網絡。ZigBee技術主要適合用於自動控制和遠程控制領域，可 以嵌入各種設備，是一種低功耗的近距離無線組網通訊技術。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供近距離無線網絡傳輸的子母鍾系統及其時鐘 同步方法。本發明解決上述技術問題的技術方案如下
作為本發明的一方面，可接收標準時間的標準時鐘單元執行以下時鐘同步方法實現對 待校準時鐘單元的時鐘同步
步驟1 預設標準時鐘單元與待校準時鐘單元間的時間誤差為Δ； 步驟2 所述標準時鐘單元記錄此時刻的時間戳、，並將所述、和所述Δ的編碼發送至 所述待校準時鐘單元；
步驟3 所述待校準時鐘單元接收所述標準時鐘單元發送的編碼，並啟動預設延遲時 間tA ；
步驟4 所述待校準時鐘單元對上述編碼進行數據處理；
步驟5 若所述編碼無誤，且到達預設延遲時間tA，則啟動另一預設延遲時間，並 調整所述待校準時鐘單元的時間為U1+Δ+tA);
步驟6 所述待校準時鐘單元在所述到達後，記錄當前時刻的時間戳t3，並將所述 t3、t八和t Δ 『的編碼發送至所述標準時鐘單元；
步驟7 所述標準時鐘單元接收所述待校準時鐘單元發送的編碼，並記錄此時刻的時 間戳t4 ；
步驟8:計算所述Δ= (t4-trt Δ- Δ' )/2，並將所述Δ值發送至所述待校準時鐘單 元，所述待校準時鐘單元根據Δ值調整自身時鐘，完成時鐘同步。在上述同步方法中，所述tA、tA'均不小於所述步驟4中進行數據處理的時間。此外，為了簡化標準時鐘單元的數據計算過程，進一步地，tA=tA'。作為本發明的另一方面，子母鍾系統包含標準時鐘單元、待校準時鐘單元，所述標 準時鍾單元與所述待校準時鐘單元相連。所述標準時鐘單元接受標準時間，並通過計算所 述標準時鐘單元與所述待校準時鐘單元間的時間誤差Δ對所述待校準時鐘單元進行時鐘 同步。進一步地，所述子母鍾系統還包括一個中繼路由單元，所述中繼路由單元分別與 所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連。所述標準時鐘單元可通過同步所述中繼路 由單元的時鐘實現對所述待校準時鐘單元的時鐘同步。
進一步地，所述子母鍾系統還包括至少兩個中繼路由單元；所述至少兩個中繼路 由單元串聯相接後，與所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連。所述標準時鐘單元 通過同步所述中繼路由單元的時鐘實現對所述待校準時鐘單元的時鐘同步。所述主時鐘單元包含用於數據傳輸的第一通信模塊、保存時間戳數據的存儲模 塊、和接收標準時間的無線接收模塊，所述存儲模塊分別與所述無線接收模塊、所述第一通 信模塊相連。所述子時鐘單元包含用於數據傳輸的第二通信模塊、顯示時間信息的顯示模塊、 驅動所述顯示模塊的驅動模塊，所述驅動模塊分別與所述顯示模塊、所述第二通信模塊相 連。所述中繼路由單元主要由用於數據傳輸的第三通信模塊構成。特別地，數據傳輸的第一通信模塊、第二通信模塊、第三通信模塊為ZigBee射頻
-H-· I I心片。本發明的有益效果是實現了一種低成本、自動組網、構建靈活且通信效率高的近 距離無線數據傳輸的子母鍾系統。
圖1為本發明子母鍾系統構成示意圖2為本發明子母鍾系統的時鐘同步方法的流程示意圖； 圖3為本發明子母鍾系統中的標準時鐘單元的構成示意圖； 圖4為本發明子母鍾系統中的待校準時鐘單元的構成示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並 非用於限定本發明的範圍。如圖2所示，作為本發明的一方面，可接收標準時間的標準時鐘單元100執行以下 時鐘同步方法實現對待校準時鐘單元300的時鐘同步
步驟1 預設標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300之間的時間誤差為Δ ； 步驟2 標準時鐘單元100記錄此時刻的時間戳t1;並將、和Δ的編碼發送至待校準時 鍾單元300 ；
步驟3 待校準時鐘單元300接收標準時鐘單元100發送的編碼，並啟動預設延遲時間
t Δ ；步驟4 待校準時鐘單元300對上述編碼進行數據處理；
步驟5 若編碼無誤，且到達預設延遲時間tA，則啟動另一預設延遲時間，並調整 待校準時鐘單元300的時間為U1+ Δ +tA)；
步驟6 待校準時鐘單元300在到達後，記錄當前時刻的時間戳t3，並將t3、tA* tA'的編碼發送至標準時鐘單元100 ；
步驟7 標準時鐘單元100接收待校準時鐘單元300發送的編碼，並記錄此時刻的時間 戳t4;
步驟8:計算Δ= (t4-trt Δ- Δ' )/2，並將Δ值發送至待校準時鐘單元300，待校準 時鐘單元300根據Δ值調整自身時鐘，完成時鐘同步。在上述同步方法中，為保證同步時間的準 確性，預設延遲時間tA、tA'均不小於 步驟4中進行數據處理的時間。進一步地，為了降低解碼複雜度、簡化計算過程，步驟3中的預設延遲時間tA等於 步驟5中的預設延遲時間，即tA=tA'。作為本發明的另一方面，子母鍾系統包含標準時鐘單元100、待校準時鐘單元 300，標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300相連，如圖1中I部分。標準時鐘單元100 接受標準時間，並通過計算標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300之間的時間誤差Δ對 待校準時鐘單元300進行時鐘同步。進一步地，子母鍾系統還包括一個中繼路由單元200，中繼路由單元200分別與標 準時鍾單元100和待校準時鐘單元300相連，如圖1中III部分所示。標準時鐘單元100 也可通過同步中繼路由單元200的時鐘實現對待校準時鐘單元300的時鐘同步。或者，子母鍾系統還進一步包括至少兩個中繼路由單元200，至少兩個中繼路由單 元200串聯相接後，再與標準時鐘單元100和待校準時鐘單元300相連，如圖1中II部分 所示。標準時鐘單元100通過同步中繼路由單元200的時鐘實現對待校準時鐘單元300的 時鐘同步。參見圖1，本發明子母鍾系統中，標準時鐘單元100可直接與待校準時鐘單元300 進行通信完成時鐘同步，也可通過一個或多個中繼路由單元200對待校準時鐘單元300進 行時鐘同步。如圖3所示，本發明子母鍾系統中的標準時鐘單元100包含用於數據傳輸的第一 通信模塊101構成、保存時間戳數據的存儲模塊102、和接收標準時間的無線接收模塊103， 存儲模塊102分別與無線接收模塊103、第一通信模塊101相連。如圖4所示，待校準時鐘單元300包含用於數據傳輸的第二通信模塊301構成、顯 示時間信息的顯示模塊302、驅動顯示模塊的驅動模塊303。中繼路由單元200主要由用於 數據傳輸的通信模塊構成，驅動模塊303分別與顯示模塊302、第二通信模塊301相連。中繼路由單元200主要由用於數據傳輸的第三通信模塊構成。特別地，上述第一通信模塊、第二通信模塊、第三通信模塊可為ZigBee射頻晶片。 作為本發明的一種實施方式，標準時鐘單元100可採用ChipCon公司的CC2420晶片實現數 據傳輸，中繼路由單元200和待校準時鐘單元300可採用ChipCon公司的CC2430晶片實現 數據傳輸。具體地，下面對本發明的子母鍾系統的時鐘同步具體實現方法進行簡要說明。
當標準時鐘單元100直接對待校準時鐘單元300進行時鐘同步時，即圖1中I部 分，具體實現方法如下
步驟Al 標準時鐘單元100內的ZigBee射頻晶片進行信道掃描，採用一個其他網絡沒 有使用的空閒信道，選擇一個隨機的PAN ID監聽此信道，並同時規定網絡的拓撲參數，如最 大的子節點數、最大層數、路由算法、路由表生存期等，組建通信網絡。待校準時鐘單元300 則將自身的信道設置成為與標準時鐘單元100相同的信道，加入網路中。步驟A2 預設標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300間的時間誤差為Δ。步驟A3 標準時鐘單元100通過其內部的無線接收模塊103獲取標準時間。並通 過判斷是否達到預定同步周期來啟動時鐘同步，若達到則啟動同步，記錄此時刻的時間戳 t1;並向待校準時鐘單元30 0發送、與Δ的編碼。步驟Α4 待校準時鐘單元300接收到上述編碼，啟動一延遲時間為tA的精確延遲 計時器，並對接收到的編碼進行數據處理，例如進行編碼校驗、數據解碼等處理。步驟A5 待校準時鐘單元300確認編碼無誤，且預設延遲時間〖八計時完成，則調 整自身時鐘為U1+Δ+tA)，同時啟動另一延遲時間。步驟A6 預設延遲時間計時完成後，待校準時鐘單元300記錄此時刻的時間 戳t3，並將t3、的編碼發送至標準時鐘單元100。步驟A7 標準時鐘單元100接收上述編碼，並記錄此時刻的時間戳t4。計算Δ = Ct4-Vt Δ- Δ' ) /2，最後將Δ值發送至待校準時鐘單元300，由待校準時鐘單元300根據 Δ值調整自身時鐘，完成時鐘同步。本步驟中，標準時鐘單元100可直接向待校準時鐘單元 300發送Δ值，同時為了提高傳輸效率，也可在進行下一同步周期執行步驟A3時再將Δ值 發送至待校準時鐘單元300。標準時鐘單元100利用上述方法即實現了對直接受其控制的待校準時鐘單元300 的時鐘同步。同樣地，當子母鍾系統如圖1中的II或者III部分所示時，標準時鐘單元100 可以通過上述方法首先對中繼路由單元200進行時鐘同步，然後再通過帶有標準時間信息 的中繼路由單元200完成對待校準時鐘單元300的同步。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種子母鍾系統的時鐘同步方法，其特徵在於，可接收標準時間的標準時鐘單元按照以下步驟實現對待校準時鐘單元的時鐘同步步驟1預設標準時鐘單元與待校準時鐘單元間的時間誤差為△；步驟2所述標準時鐘單元記錄此時刻的時間戳t1，並將所述t1和所述△的編碼發送至所述待校準時鐘單元；步驟3所述待校準時鐘單元接收所述標準時鐘單元發送的編碼，並啟動預設延遲時間t△；步驟4所述待校準時鐘單元對上述編碼進行數據處理；步驟5若所述編碼無誤，且到達預設延遲時間t△，則啟動另一預設延遲時間t△′，並調整所述待校準時鐘單元的時間為(t1+△+t△)；步驟6所述待校準時鐘單元在所述t△′到達後，記錄當前時刻的時間戳t3，並將所述t3、t△和t△′的編碼發送至所述標準時鐘單元；步驟7所述標準時鐘單元接收所述待校準時鐘單元發送的編碼，並記錄此時刻的時間戳t4；步驟8計算所述△=(t4 t1 t△ t△′)/2，並將所述△值發送至所述待校準時鐘單元，所述待校準時鐘單元根據△值調整自身時鐘，完成時鐘同步。
2.按照權利要求1所述的子母鍾系統的時鐘同步方法，其特徵在於，所述tA、tA'均 不小於所述步驟4中進行數據處理的時間。
3.按照權利要求1或2所述的子母鍾系統的時鐘同步方法，其特徵在於，tA=tA'。
4.一種子母鍾系統，其特徵在於，包括標準時鐘單元、待校準時鐘單元，所述標準時鐘 單元與所述待校準時鐘單元相連；所述標準時鐘單元接受標準時間，通過計算所述標準時鐘單元與所述待校準時鐘單元 之間的時間誤差Δ對所述待校準時鐘單元進行時鐘同步。
5.根據權利要求4所述的子母鍾系統，其特徵在於，還包括一個中繼路由單元，所述中 繼路由單元分別與所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連；所述標準時鐘單元通過同步所述中繼路由單元的時鐘實現對所述待校準時鐘單元的 時鐘同步。
6.根據權利要求4所述的子母鍾系統，其特徵在於，還包括至少兩個中繼路由單元；所 述至少兩個中繼路由單元串聯相接後，與所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連；所述標準時鐘單元通過同步所述中繼路由單元的時鐘實現對所述待校準時鐘單元的 時鐘同步。
7.根據權利要求4、5或6所述的子母鍾系統，其特徵在於，所述主時鐘單元包含用於數據傳輸的第一通信模塊、保存時間戳數據的存儲模塊、和 接收標準時間的無線接收模塊，所述存儲模塊分別與所述無線接收模塊、所述第一通信模 塊相連；所述子時鐘單元包含用於數據傳輸的第二通信模塊、顯示時間信息的顯示模塊、驅動 所述顯示模塊的驅動模塊，所述驅動模塊分別與所述顯示模塊、所述第二通信模塊相連。
8.根據權利要求5或6所述的子母鍾系統，其特徵在於，所述中繼路由單元主要由用於數據傳輸的第三通信模塊構成。
9.根據權利要求7所述的子母鍾系統，其特徵在於， 所述第一通信模塊和所述第二通信模塊為ZigBee射頻晶片。
10.根據權利要求8所述的子母鍾系統，其特徵在於， 所述第三通信模塊為ZigBee射頻晶片。
全文摘要
本發明涉及一種子母鍾系統，包含標準時鐘單元、中繼路由單元、待校準時鐘單元。利用子母鍾系統實現時鐘同步的方法先假設標準時鐘單元與待校準時鐘單元的時間誤差△；標準時鐘單元記錄此時刻的時間戳t1，並將t1和△的編碼發送至待校準時鐘單元；待校準時鐘單元接收並進行數據處理，同時啟動預設延遲時間t△若編碼無誤且到達t△，則啟動延遲時間t△′，待校準時鐘單元調整時間，並在到達t△′後，記錄時間戳t3，將t3、t△和t△′的編碼發送至標準時鐘單元；由標準時鐘單元計算△值返回待校準時鐘單元。這樣就實現了一種低成本、自動組網、構建靈活且通信效率高的近距離無線數據傳輸的子母鍾系統。
文檔編號H04L29/06GK101965045SQ20101050690
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者史亞萍, 梁樹壯, 塗桂旺, 王波 申請人:煙臺持久鐘錶集團有限公司