基于GPSD的高精度校時(shí)系統(tǒng)
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2.1 硬件平臺
GPSD綜合校時(shí)方案需要的硬件設(shè)備分為三個(gè)部分:GPS天線、GPS接收器和與GPS接收器連接的計(jì)算機(jī),其相應(yīng)的功能和應(yīng)用如下:
(1)GPS天線用于接收GPS信號。本文采用的是磁吸式GPS天線,使用時(shí)要水平放置,最好置于開闊地,如天窗、窗臺、陽臺等;
(2)GPS接收器由電源、GPS接收和電平轉(zhuǎn)換三個(gè)模塊構(gòu)成如圖2所示。GPS接收模塊采用JRC(Japan Radio Company)設(shè)計(jì)的G591芯片,該芯片支持多達(dá)210 PRN通道,輸出數(shù)據(jù)為NMEA0183協(xié)議的串行數(shù)據(jù),波特率為9 600 b/s,適用于各種相關(guān)開發(fā)。在本設(shè)計(jì)中,G591主要用來獲取時(shí)間信息和PPS信號,不涉及定位導(dǎo)航;電源模塊采用的是AMS(Advanced Monolithie Systems)設(shè)計(jì)的AMS1117-3.3芯片,該芯片輸出電壓為3.3 V,最大輸出電流為1 A,用來給G591和MAX232供電;電平轉(zhuǎn)換模塊主要采用MAXIM公司設(shè)計(jì)的MAX232芯片,該芯片負(fù)責(zé)把G591輸出的CMOS電平轉(zhuǎn)換成RS 232電平,供串口讀取。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/193820.htm
(3)計(jì)算機(jī)設(shè)備用于處理GPS數(shù)據(jù),要求支持串口和網(wǎng)口等設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)接收和校時(shí)輸出。
硬件平臺搭建好了之后,本文對PPS信號和NMEA0183串行數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)試。對PPS信號的調(diào)試采用的是硬件方式,使用示波器來觀察GPS接收器是否有秒脈沖信號輸出,若天線和接收器工作正常,會檢測到PPS端有脈寬為100 ms的秒脈沖輸出;對NMEA數(shù)據(jù)的調(diào)試采用的是軟件方式,使用Windows操作系統(tǒng)自帶的超級終端或Linux操作系統(tǒng)的minicom等工具來讀取串口,檢測數(shù)據(jù)是否正常,正確的輸出結(jié)果是NME A0183串行數(shù)據(jù)。
若由于天線或氣象原因,G591模塊沒有接收到信號,則不會產(chǎn)生PPS信號,同時(shí)NMEA0183語句中的GPRMC語句的標(biāo)志位也會變成無效。
2.2 軟件平臺
2.2.1 安裝過程
本文使用的是Ubuntu 11.04操作系統(tǒng),內(nèi)核版本是2.6.38;需要的軟件包有setserial,gpsd,gpsd-cli-ents,python-gps,ntp。在終端中使用Ubuntu自帶的apt-get命令安裝這些軟件包,然后分別作出相應(yīng)的設(shè)置:
(1)setserial的版本是2.17,該軟件是用來對串口進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。為了能夠讓串口識別PPS信號,要對setserial的配置文件修改。在autoserial.conf中對接收GPS數(shù)據(jù)的串口添加low_latency關(guān)鍵字。
(2)gpsd的版本是2.95。安裝完成后,使用dpkgreconfigure命令要對gpsd重新進(jìn)行配置,使其能夠開機(jī)自動運(yùn)行,讀取串口數(shù)據(jù)。此外gpsd的調(diào)試方法也十分簡便。如果放在后臺執(zhí)行,可以通過系統(tǒng)日志文件查看其工作狀況;gpsd也可以在前臺運(yùn)行,通過進(jìn)入調(diào)試模式來檢查時(shí)間信息和PPS信號的捕獲情況,詳見gpsd的使用說明。
(3)ntp的版本是4.2.6。安裝完成后,要對NTP的配置文件ntp.conf進(jìn)行修改。NTP服務(wù)器的正確配置決定了最終的時(shí)間同步結(jié)果。本設(shè)計(jì)選用的時(shí)間服務(wù)器只有GPS時(shí)鐘源,具體配置如下:
Linux操作系統(tǒng)從2.6.34版本開始支持PPS中斷源,而本文采用的方案是通過共享內(nèi)存的方式傳遞時(shí)間信息,會與PPS中斷源發(fā)生沖突,所以要禁止掉內(nèi)核響應(yīng)PPS。127.127.28.1對應(yīng)于NTP定義的一個(gè)內(nèi)存段地址,gpsd進(jìn)程就是通過這個(gè)地址向NTP傳遞時(shí)間信息。
2.2.2 結(jié)果
NTP服務(wù)器安裝后的調(diào)試工作可以通過參照系統(tǒng)和NTP的日志文件,以及查看串口狀態(tài)等操作來進(jìn)行。本文總結(jié)了NTP服務(wù)器正常工作的必要條件:正確的配置、可用的網(wǎng)絡(luò)、有效的GPS信號、沒有其他進(jìn)程占據(jù)GPS時(shí)鐘源使用的串口。當(dāng)NTP服務(wù)器正常工作時(shí),使用其自帶的ntpq程序可以查看NTP的工作狀態(tài),即校時(shí)的效果。如果GPS設(shè)備正常工作,NTP服務(wù)器幾秒鐘后就能鎖定GPS時(shí)鐘源,輸出結(jié)果如下所示:
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