一种基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统，属于卫星定位、导航、通信技术领域。本实用新型专利技术包括北斗和GPS双模导航模块、现场可编程门阵列FPGA控制模块、LED点阵显示模块、微控制单元MSP430模块、无线WIFI模块以及无线网络设备；现场可编程门阵列FPGA控制模块分别与LED点阵显示模块、微控制单元MSP430模块、北斗和GPS双模导航模块连接；无线网络WIFI模块、无线网络设备均与微控制单元MSP430模块连接。本实用新型专利技术用于铁路时钟同步网的同步控制，使全国时钟通过LED点阵显示实时稳定显示，并对无线网络中网络设备进行网络授时，使其时间显示保持一致，便于火车调度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统，属于卫星定位、导航、通信

技术介绍
卫星导航系统在军事、航海航空、物流运输、城市管理、气象、测绘、农业领域得到广泛应用。目前，美国GPS系统在卫星定位、导航和授时及其相关产业链市场处于垄断地位。我国从20世纪90年代开始引进GPS卫星导航技术，其运用已渗入到生产生活方方面面，几乎无处不在，我国铁路行车调度、运输生产和基础设施在涉及卫星定位、授时等方面也不例外，基本采用GPS系统。但由于GPS系统完全受控于外国，易受国外政策变化影响，从战略角度必须考虑其应用的安全性和可靠性。铁路作为我国国民经济的大动脉，是涉及国计民生的重要基础设施，保证其运营安全稳定有着极其重要的意义。随着我国北斗卫星导航系统的建设和完善，其综合服务能力不断提升，特别是在国家政策的大力推动下，北斗卫星导航应用技术在各个行业得到迅速发展。同样，铁路运输的高速、重载和信息化发展对北斗卫星导航技术有着迫切和广泛的应用需求，如：精密授时功能在铁路同步应用网的应用，快速定位、测速和位置报告功能在列车监控、调度指挥系统的应用，定位和短报文通信功能相结合在铁路沿线地质灾害、重要基础设施监测和应急指挥中现场位置信息、灾情信息报告的应用等。基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统是针对铁路时钟同步控制、开发的一款“天地互备”、高精度、强抗干扰的控制系统。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：本技术提供一种基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统，解决了我过铁路运输各个应用系统可靠性及安全性低的问题，以及克服了现有技术的网络互联性差的缺点、未对授时时间进行实时显示的缺点以及克服了原有方法中仅使用北斗提供时间输出的缺点。本技术技术方案是：一种基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统，包括北斗和GPS双模导航模块1、现场可编程门阵列FPGA控制模块2、LED点阵显示模块3、微控制单元MSP430模块4、无线网络WIFI模块5以及无线网络设备6；所述北斗和GPS双模导航模块1与现场可编程门阵列FPGA控制模块2通过异步串行通用UART接口连接；所述现场可编程门阵列FPGA控制模块2与LED点阵显示模块3通过输入输出GPIO接口连接；所述微控制单元MSP430模块4与现场可编程门阵列FPGA控制模块2通过GPIO接口连接；所述的无线网络WIFI模块5与微控制单元MSP430模块4通过异步串行通用UART接口连接；所述的无线网络设备6与微控制单元MSP430模块4通过无线网络连接。所述北斗和GPS双模导航模块1，接收北斗卫星传输的导航电文，并将接收到的导航电文经解码获得卫星信息；现场可编程门阵列FPGA控制模块2，接收该北斗和GPS双模导航模块1输出的卫星信息，将该获得的卫星信息进行时间提取后并将其转换为国家标准时间，然后将转换后的时间信息存储到现场可编程门阵列FPGA控制模块2内的双端口随机存取到存储器RAM中，控制LED点阵显示模块3的实时显示。所述的LED点阵显示模块3，用于接收来自现场可编程门阵列FPGA模块2中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的时间信息，并实现其实时显示。所述的微控制单元MSP430模块4主要完成与现场可编程门阵列FPGA模块2中双端口随机存取存储器RAM内存储时间信息之间的传输。本技术的工作过程是：北斗和GPS双模导航模块1对接收到的卫星导航电文进行解码，得到卫星信息，卫星信息通过异步串行通用UART接口传入现场可编程门阵列FPGA控制模块2，并提取到满足世界标准的时间信息，然后将其存储到RAM中，LED点阵显示模块3接收该信息并将其显示出来，无线网络设备6在发送网络时间协议NTP报文中加入报文离开无线网络中的网络设备时该设备内的实时时钟RTC提供的当前时间T1，微控制单元MSP430模块4接收现场可编程门阵列FPGA控制模块2传输的时间信息和通过无线网络WIFI模块5输的网络时间协议NTP报文，在报文中加入报文达到微控制单元MSP430模块4时现场可编程门阵列FPGA控制模块2中的双端口随机存储器RAM单元内存储的当前时间T2，在报文中加入报文离开微控制单元MSP430模块4时现场可编程门阵列FPGA控制模块2中的双端口随机存取存储器RAM单元存储的时间T3，无线网络WIFI模块5传输报文到无线网络中的网络设备，并在报文中加入报文达到无线网络中网络设备时设备内的实时时钟的RTC提供的当前时间T4，无线网络设备6中的网络传输模块，利用时间偏差公式，计算得到现场可编程门阵列FPGA控制模块2中的双端口随机存储器RAM单元内存储的时间与无线网络设备6的时间之间的偏差t，用现场可编程门阵列FPGA控制模块2中的双端口随机存储器RAM单元内存储的时间与无线网络中的网络设备6的时间之间的偏差t与无线网络中的网络设备的时间相加，来修正无线网络的网络设备的时间，进而实现铁路时钟同步网控制，最终该时间通过LED点阵显示模块3显示。其中，北斗和GPS双模导航模块1、现场可编程门阵列FPGA模块2、LED点阵显示模块3、微控制单元MSP430模块4、无线网络WIFI模块5、无线网络设备6均可以采用市场上能买到的产品，因为本技术主要针对时间偏差的校正，其中涉及到的内容可以采用计算机领域及自动化领域常规技术手段去实现，并不需要对程序的改进。本技术通过使用北斗和GPS双模导航模块，接收卫星导航电文解码得到卫星信息，现场可编程门阵列模块对解码到卫星信息中的北斗定位符号是否为0的判断，选择对北斗或全球定位系统输出的信息进行世界标准时间提取及加8小时转换，最终实现在LED点阵显示屏实时显示，同时转换后的时间传输给微控制单元MSP430，使用无线网络WIFI模块，实现对无线网络中网络设备的授时，系统在互联性比较高且LED点阵显示屏的实时显示更加直观。通过使用该系统，用户可以得到准确的授时时间，便于火车调度。本技术的有益效果：本系统采用我国自主研发的北斗卫星导航技术，有针对性的投入，引入北斗卫星精密授时信号作为铁路时钟同步网基准源之一，改造完善我国铁路同步网，实现“天地互备”，大大提高了铁路运输各应用系统的可用性、可靠性和安全性。具体表现为：第一，使用无线网络WIFI模块传输转换后的卫星时间信息，克服了现有技术的网络互联性差的特点；第二，使用LED点阵显示屏实现了对授时时间的实时显示，克服了现有技术中未对授时时间进行实时显示的缺点；第三，本系统采用对接收到的卫星信号中的北斗定位符号是否为0的判断，选择提取卫星信息中的北斗或全球定位系统输出的信息中满足世界标准的时间信息，克服了原有方法中仅使用北斗提供时间输出的缺点。本技术用于铁路时钟同步网的同步控制，使全国时钟通过LED点阵显示实时稳定显示，并对无线网络中网络设备进行网络授时，使其时间显示保持一致，便于火车调度。附图说明图1是本技术结构框图。图1中各标号：1-北斗和GPS双模导航模块，2-现场可编程门阵列FPGA控制模块，3- LED点阵显示模块，4-微控制单元MSP430模块，5-无线网络WIFI模块，6-无线网络设备。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本技术作进一步说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统，其特征在于：包括北斗和GPS双模导航模块（1）、现场可编程门阵列FPGA控制模块（2）、LED点阵显示模块（3）、微控制单元MSP430模块（4）、无线网络WIFI模块（5）以及无线网络设备（6）；所述北斗和GPS双模导航模块（1）与现场可编程门阵列FPGA控制模块（2）通过异步串行通用UART接口连接；所述现场可编程门阵列FPGA控制模块（2）与LED点阵显示模块（3）通过输入输出GPIO接口连接；所述微控制单元MSP430模块（4）与现场可编程门阵列FPGA控制模块（2）通过GPIO接口连接；所述的无线网络WIFI模块（5）与微控制单元MSP430模块（4）通过异步串行通用UART接口连接；所述的无线网络设备（6）与微控制单元MSP430模块（4）通过无线网络连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗卫星网络授时的铁路时钟同步网控制系统，其特征在于：包括北斗和GPS双模导航模块（1）、现场可编程门阵列FPGA控制模块（2）、LED点阵显示模块（3）、微控制单元MSP430模块（4）、无线网络WIFI模块（5）以及无线网络设备（6）；所述北斗和GPS双模导航模块（1）与现场可编程门阵列FPGA控制模块（2）通过异步串行通用UART接口连接；所述现...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建德，周成江，王晓东，杨静宗，范玉刚，黄国勇，邹金慧，冷婷婷，张馨予，李富玉，熊新，冯早，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南;53