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摘 要：作者通过树莓派、UM220-III GNSS模块、以及C#软件研发GPS/北斗授时服务器。使用树莓派的的串行接口接收UM220模块输出的NMEA0183语句数据，通过配置树莓派，从本地串口获取数据，安装配置NTP服务，并利用自研串口一分三模块，通过C#平台开发一套上位机串口时钟同步软件，搭建一套支持NTP授时，串口授时的北斗_GPS双模授时系统，完成对空管系统的授时应用。
关键词：UM220，树莓派，北斗，GPS，NTP，串口报文
1引言：
作者之前基于STC12C5A60s2单片机和网络模块W5500，开发了一套时钟授时服务器，硬件电路简单，成本低廉，使用维护方便。为了进一步提高授时服务器性能和准确性，作者利用树莓派作为处理器，利用树莓派强大的处理性能，研发了新一套高性能、精准授时时钟服务器。
2研发背景：
桂林空管站技保部目前配置两套GPS时钟授时系统，一套是川大智胜的GPS时钟授时系统，另一套是美国Symmetricom公司的GPS服务器。川大智胜的GPS时钟授时系统通过时间同步系统分发主机为用户提供串口时间报文，并在各个引接该系统时钟的主机上安装上位机软件，完成对该系统的授时应用。桂林空管站采用该种方式获取GPS时间的系统主要有：ATC3000自动化系统，64路和48路青岛宏光转报机，HT记录仪，MDSL记录仪，气象自观设备等。
美国Symmetricom公司的GPS服务器，通过一台交换机提供NTP授时服务。在被授时的客户机上设置好服务器IP地址，即可通过NTP协议方式获取GPS时间，完成时间同步。桂林空管站采用该种方式获取GPS时间的系统主要有：新旧两套telephonics自动化系统，FA36网管，FREQUENTIS内话系统，快速检测系统等。
这两套授时系统均只支持串口或者网络其中一种授时方式，不满足现阶段空管众多设备的授时需求。并且该时钟服务器还存在时钟翻转和售后服务困难的问题，设备一旦出现故障，对空管安全生产将造成很大影响，基于此现状，作者研发了支持串口和网络两种授时方式的授时服务器，以作为这两套时钟服务器故障后的备份保障工具。
3系统设计
该系统是基于和芯星通的UM220-III N双系统高性能GNSS模块、树莓派和网络模块W5500开发，使用树莓派作为处核心处理模块，利用树莓派的串行接口接收UM220模块输出的NMEA0183语句数据，通过编程配置，完成NTP授时功能。
3.1硬件设计
UM220-III N模块能够同时支持BD2 B1，GPS L1两个频点，接收北斗和GPS卫星信号。该模块串口1为主串口，输入输出信号类型为LVTTL电平，默认波特率为9600bps，最高可以设为115200bps，可自行配置。模块上还集成了MAX232芯片，提供EIA/TIA-232-E标准电平，以便与PC机等通过RS232串口进行通信。
树莓派它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。
网络授时模块：UM220-III N模块输出的时间信息，通过串口转USB线输出至树莓派，在树莓派上安装ntpd，并配置ntpd从本地串口获取数据，启用NTP服务，完成NTP授时功能。具体步骤如下：
关闭树莓派的串口登陆功能，使得树莓派可以使用GPIO 14和GPIO15作为串口通信。通过指令sudo raspi-config进行配置，找到Serial这一项，选择disable。
通过指令cat/dev/ttyAMA0测试串口，查看树莓派能否读取UM220-III N模块输出的语句
安装配置ntp服务，通过编辑/etc/ntp.conf文件，配置ntpd连接本地串口并获取gps时钟信息，配置完成重启ntp服务sudo service ntp restart
串口授时模块：UM220-III N输出的时间信息，通过自研串口一分三模块输出至需要授时的设备，在设备上安装自研上位机软件，获取精确时间，完成串口授时功能。
3.2上位机软件设计
本系统上位机软件采用C#平台开发，软件包括串口接收模块、UTC时间转换模块、授时模块、图形界面模块。
串口接收模块：接收UM220发出的串口报文，利用编程指令完成时间信息接收和处理;
UTC时间转换模块：卫星提供的时间是UTC时间，与北京时间相差八小时，并且为了保证系统的可靠性，时间转换过程需要考虑闰年等情况
授时模块：处理串口报文，并利用编程指令对系統进行授时，授时的频率可以按需更改
图形界面模块：通过友好的界面开启串口授时，并负责将接收到的时间信息，显示到指定位置。
4结束语
本文介绍的基于树莓派研发的双模授时系统，不仅能够提供精确的NTP授时和串口报文授时，而且具有硬件电路清晰，编程方便，性能稳定的特点，具有一定的使用价值。
关键词：UM220，树莓派，北斗，GPS，NTP，串口报文
1引言：
作者之前基于STC12C5A60s2单片机和网络模块W5500，开发了一套时钟授时服务器，硬件电路简单，成本低廉，使用维护方便。为了进一步提高授时服务器性能和准确性，作者利用树莓派作为处理器，利用树莓派强大的处理性能，研发了新一套高性能、精准授时时钟服务器。
2研发背景：
桂林空管站技保部目前配置两套GPS时钟授时系统，一套是川大智胜的GPS时钟授时系统，另一套是美国Symmetricom公司的GPS服务器。川大智胜的GPS时钟授时系统通过时间同步系统分发主机为用户提供串口时间报文，并在各个引接该系统时钟的主机上安装上位机软件，完成对该系统的授时应用。桂林空管站采用该种方式获取GPS时间的系统主要有：ATC3000自动化系统，64路和48路青岛宏光转报机，HT记录仪，MDSL记录仪，气象自观设备等。
美国Symmetricom公司的GPS服务器，通过一台交换机提供NTP授时服务。在被授时的客户机上设置好服务器IP地址，即可通过NTP协议方式获取GPS时间，完成时间同步。桂林空管站采用该种方式获取GPS时间的系统主要有：新旧两套telephonics自动化系统，FA36网管，FREQUENTIS内话系统，快速检测系统等。
这两套授时系统均只支持串口或者网络其中一种授时方式，不满足现阶段空管众多设备的授时需求。并且该时钟服务器还存在时钟翻转和售后服务困难的问题，设备一旦出现故障，对空管安全生产将造成很大影响，基于此现状，作者研发了支持串口和网络两种授时方式的授时服务器，以作为这两套时钟服务器故障后的备份保障工具。
3系统设计
该系统是基于和芯星通的UM220-III N双系统高性能GNSS模块、树莓派和网络模块W5500开发，使用树莓派作为处核心处理模块，利用树莓派的串行接口接收UM220模块输出的NMEA0183语句数据，通过编程配置，完成NTP授时功能。
3.1硬件设计
UM220-III N模块能够同时支持BD2 B1，GPS L1两个频点，接收北斗和GPS卫星信号。该模块串口1为主串口，输入输出信号类型为LVTTL电平，默认波特率为9600bps，最高可以设为115200bps，可自行配置。模块上还集成了MAX232芯片，提供EIA/TIA-232-E标准电平，以便与PC机等通过RS232串口进行通信。
树莓派它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。
网络授时模块：UM220-III N模块输出的时间信息，通过串口转USB线输出至树莓派，在树莓派上安装ntpd，并配置ntpd从本地串口获取数据，启用NTP服务，完成NTP授时功能。具体步骤如下：
关闭树莓派的串口登陆功能，使得树莓派可以使用GPIO 14和GPIO15作为串口通信。通过指令sudo raspi-config进行配置，找到Serial这一项，选择disable。
通过指令cat/dev/ttyAMA0测试串口，查看树莓派能否读取UM220-III N模块输出的语句
安装配置ntp服务，通过编辑/etc/ntp.conf文件，配置ntpd连接本地串口并获取gps时钟信息，配置完成重启ntp服务sudo service ntp restart
串口授时模块：UM220-III N输出的时间信息，通过自研串口一分三模块输出至需要授时的设备，在设备上安装自研上位机软件，获取精确时间，完成串口授时功能。
3.2上位机软件设计
本系统上位机软件采用C#平台开发，软件包括串口接收模块、UTC时间转换模块、授时模块、图形界面模块。
串口接收模块：接收UM220发出的串口报文，利用编程指令完成时间信息接收和处理;
UTC时间转换模块：卫星提供的时间是UTC时间，与北京时间相差八小时，并且为了保证系统的可靠性，时间转换过程需要考虑闰年等情况
授时模块：处理串口报文，并利用编程指令对系統进行授时，授时的频率可以按需更改
图形界面模块：通过友好的界面开启串口授时，并负责将接收到的时间信息，显示到指定位置。
4结束语
本文介绍的基于树莓派研发的双模授时系统，不仅能够提供精确的NTP授时和串口报文授时，而且具有硬件电路清晰，编程方便，性能稳定的特点，具有一定的使用价值。