NTP网络授时模块（NTP时钟同步服务器）

1、简介

1.1产品简介

HR-906MK是一款具有  NTP 时钟协议(RFC1305)的串口联网模块，是在通用串口联网模块HR3210基础上发展而来的。具有HR3210的所有功能和特点，同时模块内嵌的 NTP协议，向时间服务器获取准确时间，定时从串口上输出，同时提供了秒脉冲信号输出和时间有效输出引脚。用户亦可通过指令，查询 HR-906MK内部的时间。

北京华人开创科技提供

岳峰 15901092122

HR-906MK内嵌的 NTP协议，可从5个时间服务器获取时间，并采用了时间滤波和时间选择算法，选择一个离 HR-906MK最近的时钟服务器时间作为准确时间。如果时间服务器在互联网上，对时精度约几十毫秒。如果在本地局域网内有一个标准时钟源(NE3281 就是构建本地标准时钟源的模块)，对时精度可达毫秒级。

HR-906MK使用了通用ARM硬件平台，采用普通晶振，提供一个经济的NTP对时方案，为了弥补由于普通晶振误差和温度漂移引起的时间误差，我们引入了晶振补偿算法。当 HR-906MK模块与服务器之间的通讯延时比较稳定时（如果本地局域网有一个标准时钟源，HR-906MK与时间服务器之间的通讯延时就比较稳定），有良好的表现。可将时间误差提高到 0.5PPM，意味着即使不校正时间，HR-906MK的时间一天仅误差 0.04秒。

1.2  产品特点

★32位CPU；

    ★10/100M Base-TX  以太网接口（使用排针方式引出）；

    ★内置网络隔离变压器；

★支持 AUTO-MDIX技术；

    ★1路通用异步串口接口

串口 TTL 电平方式，波特率 300~230400bps；

串口具有 None、Even、Odd、Mark、Space校验方式；

串口数据位 5、6、7、8  可设定；

串口停止位 1、2  位可设定；

串口均提供 CTS、RTS、DTR、DSR硬件流控信号输入输出；

★1路时钟异步串口接口

TTL电平信号，波特率波特率  300~230400bps；

串口具有 None、Even、Odd、Mark、Space校验方式；

串口数据位 5、6、7、8  可设定；

串口停止位 1、2  位可设定；

★提供秒脉冲输出；

★提供时钟有效输出；

★具有硬件参数保护功能，防止参数被恶意修改；

★支持固件网络升级，可以远程升级设备程序；

★修改参数和固件升级具有密码保护；

★可使用配置工具 SNTPManager Utility for Windows98/me/NT/2000/XP进行参数配置；

★输入电压 DC 5～10V；

★一路 3.3V，200mA电源输出。

★功耗低，最大工作电流 150 mA  ；

★工作温度 0～70ºC；1.5KV电磁隔离；

2、系统结构图

3、管脚定义

3.1 管脚引线

3.2管脚描述

管脚 功能 类型 描述 备注

1、2 GND P 电源接地

3、4 DC+5V P 电源输入

5 Protect I 参数保护脚，如果WP脚电平为高，允许用户修改模块的参数。如果WP脚电平为低，模块的参数受到保护，用户无法修改参数。

6 IO.0 I/O 用户IO口。[注1]

7 SET I 参数设置管脚，如果  SET 管脚出现一个大于100ms的低电平脉冲，模块调入默认参数运行。此时Status管脚输出500Hz方波。再出现一个大于 100ms 的低电平脉冲时，调入用户设置的参数运行。此时Status输出1Hz方波。

8 IO.1 I/O 用户IO口。[注1]

9 Status O 串口连接状态输出，当远端设备与串口对应的接口建立连接后，输出低电平。可以输出或吸收4mA电流。

10 IO.2 I/O 用户IO口，可以定义为输入或输出。可以输出或吸收4mA电流.

11 RTS0 O 串口0请求数据发送输出[注2]

12 IO.3 I/O 用户IO口。[注1]

13 CTS0 I 串口0清除数据发送[注2]

14 SPulse O 秒脉冲输出，当时间有效后，在 0ms 时刻发出一个约 100ms 的高电平脉冲。上跳沿对应0ms时刻

15 RxD0 I 串口0的数据输入[注2]

16 TimeFlag O 时钟有效信号，当模块与远端时间服务器时间同步后，此管脚输出低电平

17 TxD0 O 串口0数据发送[注2]

18 NC 未定义

19 DSR(IO.13) I 串口0数据设备准备就绪

20 TimeRxD1 I 串行时钟数据指令接收(暂时未用)

21 DTR(IO.14) O 串口0数据终端准备就绪

22 TimeTxD1 O 串行时钟数据输出口

23 备用

24 备用

25 DC+3.3V P 3.3V电源输出

26 TX- N 以太网的数据接收脚，一般接到RJ45的第2脚

27 GND P 模块电源地线

28 TX+ N 以太网的数据接收脚，一般接到RJ45的第1脚

29 IO.7 I/O 用户IO口。[注1]

30 RX- N 以太网的数据发送脚，一般接到RJ45的第6脚

31 IO.8 I/O 用户IO口。[注1]

32 RX+ N 以太网的数据发送脚，一般接到RJ45的第3脚

33 IO.9 I/O 用户IO口。[注1]

34 RX/TX_LED O 网络指示灯，如果为高电平，表示网络无数据。如果是低电平，表示发送或接收数据。内部有限流电阻，可以直接接LED。

35 IO.10 I/O 用户IO口。[注1]

36 LINK_LED O 网络指示灯，如果为低电平表示网线已经连接.内部有限流电阻，可以直接接LED

37 IO.11 I/O 用户IO口。[注1]

38 CMGND N 底盘地线

39 IO.12 I/O 用户IO口。[注1]

40 VDD+3.3V P 3.3V输出

41 GND P

42 NC

43 备用

44 备用

45 备用

46 备用

类型说明：

P = 电源管脚；

I = 输入管脚；

O = 输出管脚；

N = 以太网接口；

I/O = 输入输出管脚，用户可自定义；

[注:1] 管脚的输入输出属性用户可自定义，管脚可以输出或吸收4mA电流。允许5V电压输入。

[注:2] 管脚电平为 TTL电平，如需要与  RS232或  RS485设备通讯，需要接上相应的转换电路。

4、硬件接口描述

4.1网络接口

网络接口包括 RX+、RX-、TX+、TX-四根信号线。支持标准的 10/100M  自适应以太网口。由于模块已经内置的网络隔离变压器，因此用户仅需要接一个 RJ45接口，即可连接到以太网网络。HR-906MK网络接口支持AUTO-MDIX，可以自动识别直连线和交叉线：

与 RJ45接口接线可参考下表：

RJ45接线

符号 说明 RJ45脚

TX+ 以太网数据发送正极 1

TX- 以太网数据发送负极 2

RX+ 以太网数据接收正极 3

RX- 以太网数据接收负极 6

网络接口包括两个网络状态输出引脚LINK_LED和RX/TX_LED，描述如下：

符号 状态 说明

LINK_LED 高电平 网线连接断开

低电平 网线连接良好

RX/TX_LED 低电平 RX或TX活动

高电平 网络无数据

4.2串行接口

串行接口包括 RxD、TxD、RTS、CTS、DTR、DSR数据和信号引脚。信号为3.3伏TTL电平，可以直接连接到用户的嵌入式处理器。或是连接到相应的电平转换电路，转成标准的RS232/RS484/RS422电平信号。

串行接口可以耐受 5V电压，外部的5V TTL信号可直接连接这些引脚。

串口信号定义：

符号 说明

RxD 模块串口数据输入端

TxD 模块串口数据发送端

RST 模块串口数据请求发送引脚。在模块设置为允许流控，当模块串口需要发送数据时，该引脚电平置低。无数据发送时，引脚置高电平。无流控方式，RST电平无意义。

CTS 模块串口数据清除发送引脚。在模块设置为允许流控，当 CTS引脚电平为低时，模块被允许发送数据。如果 CTS为高电平，模块不允许发送数据。在无流控方式下，CTS无意义。

DTR 未用

DSR 未用

4.3参数保护

为了防止HR-906MK模块内部的运行参数被恶意的改动，模块提供参数硬件保护引脚   WP，当WP上的电平为低电平时。无法通过网络改变模块的运行参数。如果  WP电平是高电平时，模块的参数不受保护。一般情况下，用户可以在这个引脚上接一个10K上拉电阻，通过跳线把WP脚电平拉低达到参数保护的目的。

符号 电平 说明

WP 高电平 参数不受保护，用户可以任意修改模块参数

低电平 参数受保护，用户无法在此状态下修改模块参数

4.4默认参数

模块有一个SET管脚，当这个管脚上出现一个低电平脉冲时，模块调入出厂默认参数运行，下一个低电平脉冲，模块将调入用户设置的模块运行。一般情况下，用户需要在这个管脚上接一个 10K电阻上拉，以提高抗干扰能力，防止参数意外的变化。

这个功能在用户忘记模块的 IP  地址或是密码的时候特别有用。如果用户忘记模块的密码（如果密码不为空），将无法配置模块的参数，也不能进行模块固件的升级。通过恢复模块的默认参数，使用户可以重新访问模块，配置模块的参数，或进行固件升级。

4.5连接信号

ST 表示与串口相关 Socket 的连接状态，正常时，ST  为高电平。当模块串口对应的接口与远端设备建立 TCP 连接后，ST 输出低电平信号，ST 管脚可以输出或吸收 4mA 电流。ST没有限流电阻，如果用户需要在 ST脚上接电流负载，需要串联一个限流电阻。

注意：使用UDP协议与模块建立Socket，并不会使ST有任何改变。ST仅反映TCP 接口的状态。因为Real-COM是基于TCP的协议。因此，用户使用Real-COM协议，并且模块已与远端建立接口，ST也会输出低电平。

4.6  时间串行输出

模块引脚22脚是时间串行输出接口，3.3V  TTL电平输出，异步串行接口，波特率，校验方式，数据位长度和停止位长度均可单独设置。串口每秒输出一帧时间帧，帧格式请参考附录 1。串口的接收引脚暂时未用。

时钟串口输出格式如下：

首字 = 0x53

时钟状态，1可信，0不可信

年（高位）

年（低位）

月份

日期

小时（24小时格式）

分钟

秒钟

星期[0~6]，0 = 星期天

校验

校验计算方法：

校验字等于数据帧，出校验字节外的所有数据的累加和取反。也就是，整个数据帧，包括校验字累加和应为0xFF

4.7  秒脉冲输出

模块引脚 14脚是秒脉冲的输出引脚，3.3V  TTL电平输出，其上跳沿指示0秒时刻。秒脉冲上跳输出后，紧接着，时间串口输出当前的时间。

4.8  时间有效输出

模块引脚的 16脚是时间有效输出标识，3.3V  TTL电平输出，模块复位后，此引脚处于高电平。当模块从时间服务器获取正确的时间后，控制引脚输出低电平。如果模块启用了离线活动时间，那么当HR-906MK模块与时间服务器断开时间超过此时间时，时间有效输出变为高电平，指示时间可能不准确。

5、参数设置

5.1 使用 SNTPManager设置参数

SNTPManager程序为HR系列进行配置的窗口应用程序。可方便的设HR-906MK的各个参数。运行 SNTPManager 后，单击本地搜索，可以搜索出本局域网内的 HR-906MK  模块，双击搜索出的模块，显示模块的各个参数，修改后点击“确定”即可完成修改。操作界面如下图：

5.2 NTP参数设置

在 NTP参数设置页中，设置HR-906MK模块时间相关的参数，保持时间串口输出的波特率等。

下表列出了NTP相关参数的说明，用户根据现场应用情况设定相应参数。

参数名称 说明

时区 NTP客户端工作的市区，在中国大陆内使用，应设为8

请求间隔 单位为秒，NTP客户端向时间服务器请求时间间隔

第一请求间隔 向第一个时间服务器发送时间请求间隔

广播对时 是否接收并处理 NTP广播时间帧

晶振补偿 是否允许晶振补偿

晶振补偿最大值 每次进行晶振调整的最大值

离线活动时间 单位秒，当 NTP客户端与时间服务器断开后，能继续提供时间的最大时间

误差调整边界 当系统时间与时间服务器的时间差异超过此值时调整时间

最长调整间隔 如果客户端在最长调整时间内都没有调整时间，超时后在下次调整的时机进行一次时间调整

时间服务器 参考时钟源，可使用域名或 IP地址

波特率 根据用户终端的串口参数选择合适的 NTP客户端串口参数

校验方式

数据位

停止位

5.3  通用串口参数设置

通用串口实现了以太网与串口之间数据的转发，支持 TCP、UDP，Real_com  协议，支持服务器，客户端工作模式，功能与使用方法与HR-906M相同，可参考相关文档。

6、串口指令

时间串口定时的发送时间帧，对于使用 HR-906MK，外部的处理器最好有 2个物理串口。对于要求不高的场合，我们提供另外的一个获取时间的方法，就是向通用串口发送特殊指令，获取 HR-906MK的时间。这样外部的处理器只需要一个串口，就可以实现数据的转发与时间的获取。读取时间的串口协议采用我们串口配置协议格式。

6.1帧格式简介

特征命令头 长度 命令 参数 累加和校验

6.2指令帧规则

当模块接收到的数据帧，符合下面的规则时，认为是指令帧，被模块解析处理，不转发到以太网。

•以特征头(02 21 34 48 5D F7)开始。

•长度和校验正确。

•校验后面跟着一个总线空闲。时间大于串口帧间隔时间。

6.3指令格式

发送：（十六进制格式）

0x02，0x21，0x34，0x48，0x5d，0xF7

0x03

0x90

0x93

模块回应（十六进制格式）

0x02，0x21，0x34，0x48，0x5d，0xF7

0x0D

0x90

时钟状态，1可信，0不可信

年（高位）

年（低位）

月份

日期

小时（24小时格式）

分钟

秒钟

毫秒（高位）

毫秒（低位）

星期[0~6]，0 = 星期天

校验

校验值等于计算从[长度]至[参数]之间的所有数据的累加和。

7、机械尺寸

单位(mm)

8、电气特性

8.1极限参数

工作温度 -40～+85ºC

保存温度 -40～125℃

输入电压（V） 18V

IO口电压 -0.5～5.5V

IO电流 ±10mA

3.3V电源输出电流 500mA