ntp时钟显示屏（子钟）子母钟在校园网络中的应用
ntp时钟显示屏（子钟）子母钟在校园网络中的应用
用于校园、医院、交通等工程的时钟系统产品（子母钟）必须准确、安全、可靠。
在总结公司及国内外同行多年来生产时钟系统经验的基础上，我们采用系统论和过程论的设计思想，应用当今世界上先进的通信及计算机技术，采用分布式结构，设计出具有集散控制、双机热备份、自动切换保护、具有高精确性和高可靠性，技术先进、质量优良的大区域子母时钟系统。
在本技术方案书中提供设备均为公司自行研制开发产品，系统设备所采用元器件和零部件（除CUP芯片个别器件之外），绝大部分的设备和元器件均选用国产知名品牌，在软、硬件的设计上遵循了先进性与可靠性并重的原则，考虑各现场的复杂环境条件，在产品设计上充分考虑南北方的环境差异和建筑风格不同，对产品从外观设计以及产品内外防护上作了充分准备和考虑，尤其子钟的外观设计上与现场装修设计风格相互协调，达到功能与观感的完美结合。
子母钟系统对于工程系统可以说是一个不可缺少的重要组成部份，其主要作用是为系统工作人员和广大人们提供一个标准统一的时间信息，同时为各科室其它各相关营运系统设备提供统一的标准时间信号与本系统同步，从而实现科室及其全网的时间标准统一。对系统的服务质量起到了重要的作用。
子母钟系统工作原理是由母钟接收GPS/北斗卫星的时间信息，母钟通过串口和NTP以太网接口为其他各系统提供统一的标准时间信号，使网络其他通信系统设备和局域网服务器、计算机工作站与时钟系统时间同步，从而实现全网统一的时间标准。
1.1.2.系统设计要点
① 本系统所有设备均能满足每天24小时不间断连续运行。
② 本系统具备可监控性，通过设置在校园控制中心监控计算机能够实时监测时钟系统主要设备的运行状态及校园时钟同步情况。
③ 系统设计采用分布式结构，系统由母钟（Zigbee无线接口、多路串口输出接口设备、NTP网络授时接口）子钟及传输通道等组成。校园母钟独立于上层网，可单独控制子钟时间，同样NTP服务器也可独立于上层网可对网络提供标准时间信号。
④ 网络母钟通过接收上层网标准时间或本站GPS/北斗卫星标准时间信号，产生精确时间码。采用Zigbee无线通讯接口与本站子钟及其它各系统进行通讯。从而保证整个网络系统时间与上层网或卫星标准时间严格同步。
⑤ 绿色环保的设计理念的推广和全过程控制、低能耗元器件的选择和使用、低能长寿命发光材料的应用、新型耐用材料的使用、先进的超大规模集成电路技术的引进与应用，使得时钟系统的总体能耗大幅度降低，提高了时钟系统的使用寿命，并降低了使用成本。
⑥ 为提高系统的可靠性，系统采用闭环控制，实施隔离技术、掉电保护、软件自诊断措施等，软硬件设计采用较大冗余度。
⑦ 本系统的设计遵循了成熟、精确、简单、可靠、易扩容、易管理的原则，以确保长期运行的安全、可靠及低成本。同时易于管理和扩展，并保持了一定时期内的先进性。
⑧ 本系统的设计充分考虑了高铁交通的特性，特别注意了电磁电机所产生的电磁波对时钟系统的干扰，采用了抗电磁、抗电气干扰的设备和电缆，并采取了必要的防护措施。
⑨ 本系统可以很方便地进行扩展和升级，对每个节点的校园母钟系统的改动都不会影响整个系统。
1.1.3.系统构成
1.1.3.1.系统结构图
1.1.3.2.系统功能
同步校对功能:
网络母钟接收来自上层网（母钟）时钟源标准时间（主用外时钟源）或本站设置的GPS/北斗时间码信号（备用外时钟源），用以校准自身的内部时钟精度，与上层网标准时间和本站GPS/北斗标准时间保持同步。 网络母钟在上层网和GPS/北斗信号同时失效后，母钟自动切换到母钟自身高稳定工作母钟上。
时间显示：
母钟按时：分：秒格式显示时间；数字式子钟为时：分：秒显示（或可选用带日期显示）。日期显示：
母钟能够显示年、月、日、星期、时、分、秒等全时标时间信息，可以显示所负载的子钟的运行信息。
为其它系统提供标准时间信号：
母钟设备设有NTP以太网接口输出接口，以太网(NTP协议)接口信号给其它系统设备。
系统热备份功能：
母钟均由主、备母钟组成，具有热备份功能，当主母钟出现故障时，系统立刻能检测到并自动切换到备母钟，备母钟全面代替主母钟工作，主母钟恢复正常后，备母钟立即切换回主母钟。
网络母钟功能：
网络母钟的主备信号处理单元是整个校园时钟系统的中枢部分，其工作的稳定性很大程度上决定了整个系统的可靠性，因此将其设计为主、备机配置的双机系统模式，主、备机具有自检和互检功能，并且主、备机之间可实现自动或手动切换。网络母钟的输出为数字信号，符合行业标准及国际电信联盟（ITU）相关规范。
⑴ 网络母钟能够显示年、月、日、星期、时、分、秒等全时标时间信息。
网络母钟面板指示器显示以下信息：
ⅰ.GPS/北斗数据有效数量
ⅱ.上层网数据有效指示
ⅲ.电源状况
ⅳ.以YY-MM-DD（年-月-日）格式显示时钟设备输出的日期
ⅴ. 以HH-MM-SS（时-分-秒）格式显示时钟设备输出的时间，可在12小时和24小时两种格式之间切换。
ⅵ 本地故障报警指示灯
网络母钟有以下告警输出，
ⅰ.GPS/北斗信号故障
ⅱ. BITS信号故障
ⅲ.输出故障
ⅳ.电源故障
Ⅴ.附属系统故障
⑵网络母钟与GPS/北斗或上层网标准时间保持同步。
⑶ 网络母钟可通过设置在带锁前面板上的键盘实现对时间的统一调整。
⑷ 网络母钟能够接收水产苗种和GPS/北斗时间信号。但当外部时钟源发生故障或时间信号中断时，传真民主母钟经判断确认后立即进入“自由运行”模式，判断外部时钟源实效的过程不超过5秒钟。处于自由运行模式时，网络母钟根据最后收到的上层网或GPS/北斗信号来生成时间信息为参照时间，在外部信号中断期间，网络母钟继续独立工作，采用自身的高稳定晶振产生的时间信号作为时间基准，以“独立运行”模式运行，使其本身及附属系统保持连续性。并同时向时钟系统维护终端及武广线调度中心集中告警发出告警。
⑸网络母钟具有统一调整起始时间、变更时钟快慢的功能。
⑹网络母钟通过传输线缆提供的数据通道经由分路输出接口箱接收校园母钟回送的自身和校园母钟所属子钟的运行状态信息。
⑺ 网络母钟具有夏令时的设置和定时切换功能，该功能主要考虑了将来可以适应该地区统一实行夏时制的需要，平时为关闭状态，需要时可以立即激活，以免人工干预。
⑻网络母钟能够实时检测市电电网的频率波动情况，当频率波动过大时，可发出报警以提醒设备管理人员采取必要措施。
⑼网络母钟通过标准的RS232/422接口与调度中心维护终端以或铁道部监控中心的集中告警网管相连，以实现对时钟系统主要设备和部件的监控。
⑽ 网络母钟通过10路标准的RS422/485接口，向运营组织、客运管理部门、校园及信号、公务电话系统、专用电话系统、无线系统、广播系统、AFC系统、录音系统、PIS系统、信号系统、MCS系统和SCADA系统等及其他需要统一时间的子系统发送全时标时间信号，以实现各通信子系统时间的严格统一。
⑾ 网络母钟通过对主、备母钟工作状态的循环自检和互检，在发现故障时能够立即实现母钟主、备机的自动转换，平常主、备母钟也可以手动转换。
⑿系统工作时间：25年×365天×24小时连续不间断工作。不加接放大器和中继设备采用普通五类UTP传输，校园母钟驱动子钟的极限线距为1500米（光纤传输不受距离限制）。
子钟功能
各网络的子钟均通过NTP接口，采用直接电缆以点对多点的方式与校园母钟相连，接收校园母钟发送的同步时间信号，对自身的内部时钟进行校准，向工作人员及乘客直接指示时间信息。子钟在接收到标准时间信号后，向所属校园母钟回送自身的工作状态。
子钟不直接接入校园电源系统均由校园母钟采用点对点的方式提供220V交流电源。各子钟通过点亮时钟面板上的LED指示灯，表示接收到正确的控制数据，并已与校园母钟同步。
当子钟从本地校园母钟接收到有效控制信号时，其与校园母钟的时间误差不得超过10微妙。
所有子钟均具有独立的计时功能，平时跟踪校园母钟工作。当校园母钟出现故障或因其它原因，接收不到同步时间信号时，子钟仍能依靠自身晶振工作，并通过RS422接口向上层网或校园母钟发送告警信息。
信号中断时，子钟将进入“自由运行”模式，LED指示灯熄灭。在重新接收到有效的控制数据之后，子钟将自动校准。数字式子钟校准在1秒内完成，模拟式子钟最长追时距离为6小时（可正转和反转追时），按60倍速需6分钟完成追时。除非子钟发生故障，无需对显示时间进行人工调整均。
本工程采用的子钟为数字式子钟和模拟式子钟两种类型嵌入式子钟全部嵌入到校园站台和站厅的引导屏上，在其上按照时钟系统给定的尺寸开窗口，子钟以封闭独立模块嵌入到该窗口内，电源线和信号线单独引入。
所有子钟均具有记忆功能，内置实时时钟集成电路和可充电电池，停电后可继续保持实时时间数据十年，来电后数字式子钟立即自动刷新和显示正确时间，模拟式子钟自动进入追时程序，自动计算选择最短路径正拨或倒拨，以60倍速快速追到正确时间后正常运行。
在各种光照条件下（例如较强的直射阳光），所有子钟都清晰可见。
子钟外壳采用不锈钢或铝等金属材料，子钟护罩的设计效果图见外观图，该外观设计符合规范规定的各项要求，充分考虑到子钟和子钟箱在校园内的视觉影响。机箱设计也考虑了人体工程学因素及与校园设计的总体协调性。
子钟护罩选色范围不限，可以按照业主要求的颜色的色标制作。选色将由业主在设计联络过程中决定。
所有子钟护罩均配备防破碎、防反射玻璃或麻面板。
维护终端功能
各校园设置时钟系统监测管理PC机即维护终端，可进行系统性能管理、配置管理、故障管理、安全管理。监控软件用VisualBasic6.0编制而成，运行于WINDOWS XP HOME 操作系统。监控界面采用全中文显示、下拉菜单模式，具有友好的人机界面、良好的开放性和可扩充性。可以很方便地进行需要监控的校园母钟和子钟数量的增删和更改。它通过标准的RS232/422接口与上层网相连，具有集中维护和自诊断功能。
维护终端能够实时检测铁路校园级时钟系统主要设备的运行状态，对系统的工作状态、故障状态进行显示、打印、存档，并能够对全线时钟进行点对点的控制，其主要监控及显示的内容包括：
⑴ 上层网和GPS/北斗信号的接收状态
⑵ 信号处理单元的工作状态
⑶ 校园母钟、每个子钟的工作状态
⑷ 输出接口的工作状态
⑸ 传输通道的工作状态
⑹ 对全线时钟系统的控制
⑺ 电源的工作状态
⑻ 基本故障排除原则等帮助信息
监控终端还能对故障状态及时间进行打印和存储记录。系统出现故障时能够发出声光报警，指示故障部位。同时，故障信息能够传输到客服信息平台的集中告警终端，以便与客服信息系统集中管理（通过网卡实现）。另外，还可实现远程联网报警，及时将相关信息传送到不在故障现场的设备管理人员的通讯工具上。
NTP服务器功能
网络时间协议（Network Time Protocol）是一种通过因特网服务于计算机时钟的同步时间协议。它提供了一种同步时间机制，能在庞大而复杂多样因特网中用光速调整时间分配。它使用的是可返回时间设计方案，其特点是：时间服务器是一种分布式子网，能自我组织操作、分层管理配置，经过有线或无线方式同步逻辑时钟达到国家标准时间。此外，通过本地路由选择运算法则及时间后台程序，服务器可以重新分配标准时间。
NTP 的设计带来了三种产品 — 时钟偏移、时间延迟及差量，所有这三种与指定参考时钟都是相关联的。时钟偏移表示调整本地时钟与参考时钟相一致而产生的偏差数；时间延迟表示在指定时间内发送消息与参考时钟间的延时时间；差量表示了相对于参考时钟本地时钟的最大偏差错误。因为大多数主机时间服务器通过其它对等时间服务器达到同步，所以这三种产品中的每一种都有两个组成部分：其一是由对等决定的部分，这部分是相对于原始标准时间的参考来源而言；其二是由主机衡量的部分，这部分是相对于对等而言。每一部分在协议中都是独立维持的，从而可以使错误控制和子网本身的管理操作变得容易。它们不仅提供了偏移和延迟的精密测量，而且提供了明确的最大错误范围，这样用户接口不但可以决定时间，而且可以决定时间的准确度。
采用工业级标准，19英寸标准机架式，通过接收卫星的标准时间信号，先同步自身内部时钟，然后再通过10M/100M以太网卡同步局域网内的计算机设备，具体硬件配置如下：
1、输入信号：时间码Time code：BNC或DB9
2、输出信号：10BaseT/100BaseT以太网接口/RJ45用于NTP
时间码Time code：BNC或DB9
3、管理端口：10BaseT/100BaseT以太网接口/RJ45用于管理
RS-232：终端接口用于配置
4、网络时间同步精度：TCP/IP网络上的NTP-1-10ms
5、环境要求：工作温度：0～＋50℃；
6、供电电源：交流电220V±25%，50Hz±5%；
7、电源频率：50Hz±5%。
8、功率：≤15W
9、平均无故障时间（MFBF）：≥7万小时
1.1.3.3.设备配置及性能指标
设备性能指标：
网络母钟
☉供电电源：交流电220V±15%，50Hz±5%
☉同步精度：正常接收GPS/北斗/上层网信号时，与上层网/GPS/北斗信号的时间误差不超过≤±1微秒
☉可带≤120台二级母钟，可带指针式和数字式子钟4200面
☉跟子钟同步精误差≤10ms
☉NTP服务器≤2ms，BITS服务器≤2ns
☉可扩展NTP服务器功能
☉自由运行精度优于：
ⅰ.经一小时运行后，精度达到99.998%
ⅱ.经一周运行后，精度达到99.9997%
☉GPS/北斗信号恢复时自动校准完成时长：5秒
☉自身晶振精度：1×10－8秒/天
☉输出接口：标准RS422接口/NTP接口
☉子钟负载方式：点对多点
☉传输距离： 网线的标准通讯距离
☉功耗：小于10W
☉环境温度: -10℃～ 65℃
☉相对湿度: 5％～95％
GPS/北斗接收装置
☉跟踪卫星数：≥6颗卫星同时跟踪
☉计时精度：0.1秒/年
☉接口方式：标准RS-422接口
☉天线馈线长度：30米
☉天线：具备避雷装置，防水、防腐，防护等级不低于IP65
☉信号传输距离：100米
☉供电电源：AC220V±20%，50Hz±5%
单面数字子钟
☉显示时分秒、年月日、星期可选。
☉支持同步公、私网NTP时间服务器。
☉支持倒计时显示时间。
☉可远程软件关闭时钟显示，减少能耗。
☉版面各显示模块亮度软件可调，确保显示版面LED亮度匀称。
☉时钟自动切换主、备NTP时间服务器地址。
☉时钟软件可在线升级。
☉数码管笔端故障自动扫描报警。
☉支持网络化批量化管理
☉计时精度：0.5秒/天
☉工作电源：AC 220V 50Hz
☉工作温度：-20~70℃
☉外形尺寸：70*30*5cm；70*19*5cm；
☉LED显示单元发光强度：≥200cd/㎡
☉对比度：≥10：1
☉LED显示屏可视视角：≥±65º
☉LED显示屏MTBF：≥50000小时
☉独立计时精度：≤±0.5秒/天
☉环境要求：工作温度-40～＋50℃
NTP网络时间服务器
☉输入信号：时间码Time code：BNC或DB9
☉输出信号：10BaseT/100BaseT以太网接口/RJ45用于NTP
时间码Time code：BNC或DB9
☉管理端口：10BaseT/100BaseT以太网接口/RJ45用于管理
RS-232：终端接口用于配置
☉网络时间同步精度：TCP/IP网络上的NTP：1-10ms
☉环境要求：工作温度：0～＋50℃；
☉供电电源：交流电220V±25%，50Hz±5%；
☉电源频率：50Hz±5%。
☉功率：≤15W
☉平均无故障时间（MFBF）：≥7万小时
设备配置详细描述
在每个网络通信控制室（机房）设置一台NTP时钟服务器于机柜，在其他的各个科室大厅、走廊、通道等醒目处及住院房屋内设子钟显示屏；NTP时钟服务器设备包括NTP以太网输出接口、GPS/北斗信号接收处理器以及供子钟显示屏同步的网络接口信号。
详细描述如下表：
产品名称 品牌型号 配置描述 数量 优惠价
GPS网络母钟
型号：HR-906D 采用GPS卫星作为时钟源，输出4路NTP网络接口(RJ45)供计算机网络时钟同步，2路RS232串行口，精度达1-10ms，双电源冗余备份，机架式设计，30米天线，客户端软件，天线支架等附件； 1台
网络子钟屏 HR-XS100 5寸数码管电源模块显示时分秒网络模块 1台
网络子钟屏 HR-XS200 2.3和5寸数码管电源模块显示年月日星期时分秒网络模块 1台 4800
具体设备图片如下：
NTP卫星母钟：
子钟显示时分秒：
长770mm 高180mm 厚 50mm
子钟显示年月日星期时分秒：
长770mm 高 290mm 厚50mm
