LKJ时间校准器的设计与实现

郑继东

郑继东:贵阳电务段 工程师 550011 贵阳

通常在给LKJ校时时，转储器或校时卡等校时设备是在本段的子母钟上完成读取标准时间的操作后，再送至各个作业点对LKJ的时间进行校准。这种方式不仅造成资源浪费，而且在周转过程中时间延迟有可能造成新的误差，给LKJ的正常使用带来不必要的麻烦。此外，校时过程是自动完成，作业人员不能直观看到校正误差，对超出标准范围的校时也不能及时处理，造成LKJ记录数据不准确，对事件分析非常不利。为此，贵阳电务段与郑州爱普锐科技有限公司合作，开发研制了LKJ时间校准器，可以从GPS标准时间校准装置获取标准时间，并通过液晶显示实时校准，为LKJ提供方便快捷地校时操作，校时完成后自动关机。

1 校准器组成

该校准器采用1100 mA·h锂电池供电，利用软开关省电模式，保证了系统运行的稳定。同时采用液晶屏直观显示实时时间，避免在使用中的误操作。该装置以STC89C54RD+单片机为核心，配以ISL1208芯片，达到时间和通信上的稳定。外配5 V直流充电器、USB充电线和通信线。

2 硬件设计

2.1 芯片选型

1．STC89C54RC/RD+系列单片机是兼容8051内核的、高速、低功耗的新一代单片机，可反复设置12时钟/机器周期和6时钟/机器周期，工作频率为0～40 MHz，相当于普通8051的0～80 MHz。内部有16 KB的程序存储空间和1280 B的ROM，具有看门狗功能，无需再增加存储字模数据的存储芯片和专用看门狗芯片，极大地简化了电路设计，降低了系统成本。单片机具有ISP功能，不需要专用的编程器编程。

2．STC89C54具有在线系统可编程特性，在销售前其内部已经固化有ISP系统引导程序。配合PC端的控制程序，通过串口即可将所需系统的程序代码下载到单片机内部，不需要编程器。

3．ISL1208是低功耗实时时钟，具有定时与晶体补偿、时钟/日历、电源失效指示器、周期或轮询报警、智能后备电池切换和后备电池供电的用户SRAM等功能。

4．振荡器采用32.768 kHz的晶体。实时时钟用独立的时、分、秒寄存器跟踪时间，并且还带有日历寄存器用于存储日、月、年和星期。日历精确到2099年且具有闰年自动修正功能。

2.2 ISP编程技术

单片机的ISP技术，即单片机的在线系统可编程技术，是指单片机芯片可以直接焊接到目标电路板上。用户可把已编译好的用户代码直接写入目标电路板上的单片机，而不需要从电路板上取下单片机，并且不必考虑器件是空白的还是已被编程的。下载后直接调试，调试结束即为成品，免去了调试时频繁插取芯片而对芯片和电路板造成损害。ISP革命性编程方式使得修改程序的容易程度接近仿真器。

2.3 接口电路设计

连接外部设备后，系统自动识别外部类型并进行“校时或受时”。无论是同LKJ2000、子母钟，还是同PC机、GPS标准时间校准装置等，均采用串口通信。由于采用了锂电池供电，所以设计了升压电路模块和串口通信模块。

2.4 低功耗及电源管理

为了保证系统的稳定运行，该系统采用1100 mA·h锂电池，一方面其供电电压平稳、带负载能力强、没有记忆效应;另一方面，具有体积小、无污染、充电时间短等优点。

采用的软开关设计，保证了该校准器的省电模式。软开关控制电路如图1所示。按“K1”2 s，设备开机，屏幕显示“日期和时间信息”;在开机状态下，继续按“K1”到P12高电平设定时间后，CPU送出关机指令，松手设备自动关机。待机时间到150 s时，屏幕上提示“待机时间到，系统即将自动关机”。

图1 软开关控制电路图

3 软件设计

软件通过串口完成校时卡读写标准时间的功能。根据计算机配置的不同，提示出所有可用的串口以及描述，并根据选择校正时间还是读取时间来操作此设备。

该校准器可以通过SNTP协议实现Internet时间服务器时间校正功能，使用中国国家授时中心(http://www.time.ac.cn)和微软时间服务器(time.windows.com)选择校时。如果选择自动校时，系统会每隔1 h校时一次。对于本地网络，如果没有Internet连接，可选择一台计算机作为时间服务器来校正其他计算机的时间，Intranet时间服务器会每隔50 s对其子机进行校正。

该校准器在运行过程中采用2种时间信息，内部传输采用UTC时间标准，外部显示根据计算机所在时区不同显示不同时间。

4 校准器特点

把校准器的插头和待校装置连接好后，自动进入校时状态，当校准器显示屏显示“校时成功”并闪亮3次，被校装置时间更新为校准器校准时间，完成对该装置的校时，且本次校时的信息自动存入校准器内。若显示“校时失败”，可以取下校准器重新插上自动校时，或者按校准器键盘上的“校时”键，手动校时。

在对LKJ2000校时成功后，会自动把监控装置校时时间、类型、机车号和GPS校时器内存的存储序号自动保存在校准器内，可通过校时管理软件进行查看管理。校准器对校时记录实行循环式存储，最多可存6万条记录，超过时，新的记录覆盖最早一条记录。为避免有用信息被覆盖，校时信息可读取并存储到系统数据库中，可随时调阅。校准器外形如图2所示。

5 结束语

LKJ时间校准器通过GPS授时系统可以快速、精确地获得时间数据，显著提高了列车运行监控装置校时的工作效率和时间的精准。2009年生产出来后一直在贵阳电务段试用，使用效果稳定可靠，显示直观，在校时中能显示出校正时间差异，作业人员通过校正值超出标准时，判断LKJ本身的时钟系统是否存在故障，从而避免了简单盲目的校时，解决了原校时设备存在的弊端。在LKJ检测作业中，还可以用转储卡完成LKJ数据的转储，取代寿命短价格高的转储盒，节约成本，具有较好的实用价值。

图2 监控时间校准器外形图

［1］ 杨志刚．LKJ2000型列车运行监控记录装置［M］ ．北京:中国铁道出版社，2008．

［2］ 黄建文．微电子电路设计原理及应用［M］ ．北京:中国铁道出版社，1999．