基于ZigBee技术的公共时钟系统构建

3．2 软件设计
系统设计的主要工作在于软件设计。下面将软件设计程序分为时间源节点程序、路由节点程序和时钟节点程序3部分。
3．2．1 时间源节点程序
时间源节点程序主要包括组网、GPS接收和时间同步等功能，其流程如图3所示。

ZigBee网络由协调器发动并且建立，它首先进行信道扫描，采用一个其他网络没有使用的空闲信道，然后选择一个随机的PAN ID并开始监听此信道，同时规定网络的拓扑参数，如最大的子节点数、最大层数、路由算法、路由表生存期等。
实际通信是通过MAC地址进行数据传输的，所以每个节点在接收到信息包时，都要维护邻居表，邻居表主要起地址解析的作用，即将邻居节点的网络地址转换成MAC地址。同步采用定期同步方式。每一个设备储存一个全局变量32位的有符号数用于记录自身时间戳。
3．2．2 路由节点程序
路由节点程序主要包括加入网络、子节点时间同步和父节点时间同步等功能，其流程如图4所示。
协调器启动后，路由节点加入网络时，将自己的信道设置成与现有的协调器使用的信道相同，并提供正确的认证信息，即可请求加入网络，并获取协调器的地址、自己的短MAC地址、ZigBee网络地址以及协调器规定的拓扑参数。
3．2．3 时钟节点程序
时间节点程序主要包括加入网络、时间同步模块和驱动显示等功能，其流程如图5所示。其中，时间节点加入网络过程如同路由节点。

4 应用
本文设计的公共时钟系统在某电站办公综合楼内得到应用。系统由1台监控PC计算机、1台美国MINI GPS接收机、1台主时钟、31个时钟指示器和6个路由器组成。公共时钟系统应用示意图如图6所示。

主时钟接收GPS导航卫星标准时钟，主时钟通过RS232串口与监控计算机相连。GPS接收机、主时钟和监控计算机布置于6楼。每层楼布置1台路由器和若干时钟指示器，路由器1至路由器6分别是6楼至1楼的路由器。楼板对传输ZigBee信号的屏蔽作用，经过实测，每隔两层楼信号需要转接。
经过一年的运行，结果表明：主时钟能对所有节点进行稳定可靠的同步，同步精度较高，监控显示同步精度在20 ms内，人工没有观察到跳秒现象。

结语
公共时钟系统主要为公众场所提供统一的标准时间，使这些场所的设备和人员的活动有序协调，对公共场所活动的正常运行起着非常重要的作用。
本文以ZigBee技术为基础，构建的一种公共时钟系统，具有非布线、自组织、低功耗等特点，为公共时钟系统的实现提供了新的技术途径。其中的ZigBee技术更具有显著的低成本、传输距离远以及组网性能好等优势。所构建的公共时钟系统经过一年的运行，其结果表明，系统时钟同步精度高、运行可靠稳定。这说明本文所构建的公共时钟系统是可行的，能够克服目前普遍采用的基于互联网、RS485网等时钟同步系统的缺陷。