GPS時計とNTPサーバー運用にチャレンジ中!

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tankimono
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GPS時計とNTPサーバー運用にチャレンジ中!

投稿記事by tankimono » 2018年9月05日(水) 19:51

宅内の正確な時計は長波のJJYでの更正の電波時計です。
このJJYの長波の40KHz(福島県田村市都路町)と60KHz(佐賀県佐賀市 富士町)で我が家の近畿地方は中間地点で季節や時間帯で受信できない時間帯が生じてしまいます。
そこで常時正確な時間(±1ms以内)が確認可能なように宅内にGPS時計を配置しその正確なGPS時計で更正したNTPサーバーを設置し常時正確な時間を宅内で確認可能なように宅内LANでNTPサーバーの運用を考えています。
使用するGPS時計とNTPサーバーはどちらもトライステート社(新)GPS世界時計キット画像
NTP-Server キットです。
画像
今回はGPS時計のGPS受信機を受信状態の良い窓際に設置するためGPS時計からケーブルで設置場所まで引き回すことと防滴構造のアンテナユニットのYIC製GPS/GLONASS受信機
画像を選択したためGPSユニットからのNMEAのヘッダーが標準のAE-GPSとは異なり、又1PPSパルス信号も極性が異なりアクティブhightの正パルスの信号のためGPS時計とNTPサーバーのファームウェアの変更が必要です。
ここで、今回トラブッテしまい丸一日費やしてしまいました。

原因は、ファームウェアの書き込みに使用したアプリケーションの開発およびデバッグ用の統合開発プラットフォーム(IDP)
AtmelStudioに有りました。
プログラム書き込み用のソースディレクトリに宅内LANサーバーの日本語などの2バイト文字のディレクトリを指定するとエラーが発生してデーターがプラットホームに読み込みできないようです。
2バイト文字のディレクトリでないローカルPCのHDD直下のルートなどにソースファイルを置いておくと何の問題も無く書き込みに成功いたしました。
ファームウェアをアップデートして動作を検証中ですがまたまた問題が出ています。

現在キットの開発もとのトライステート社に私の設定が可笑しいのかそれともキットのファームウェアに問題が有って430mSecものずれが生じているのか問い合わせ中です。


稼動後の12時間ほど経過後の翌朝確認すると以下のビデオのように略正確に表示しています。

前回は30FPSで撮影しましたが、今回は略同期しているように見えたので60FPSで撮影しましたが1フレーム(≒16mSec)程度のNTPサーバー側の表示が速く表示されているようです。
今朝のTVニュースでトライステート社の所在する北海道で大規模な地震が発生しているようです。
私も阪神淡路大震災の経験者なので混乱を察しています。
回答を頂けるのはしばらく後になるのではと考えています。

その後の検証、
  1. NTP-Server キットをリセット・ブートすると再び同じように(新)GPS世界時計キットより凡そ0.5Sec程度早く表示している。
    この状態は何時間後には(新)GPS世界時計キットの表示と同じ程度で表示されるようになる。
  2. 逆に(新)GPS世界時計キットをリセット・ブートしてもこの様にNTP-Server キットとの時間表示がずれることも無く両機は略同期した状態で表示している。
これ等の検証から、NTP-Server キット側のGPS受信機からの信号と1PPSパルスでの時間計測か表示アルゴリズムで無駄?おかしな処が在るのか若しくは修正アルゴリズムが時間が後戻りすることなく急激な時間修正は行わず徐々に修正するアルゴリズムが採用されているのでしょうか?
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Re: GPS時計とNTPサーバー運用にチャレンジ中!

投稿記事by tankimono » 2018年9月07日(金) 17:31

本日2018.09.07 13:52 メールで現況をトライステート社から一報いただきました。
現地では現在停電中で何も出来ないようで今回のメールも発電機を使ってメール吸い上げと返信をいただいたようです。
不幸中の幸いで「人的・物的には、被害は最小限に済みました。」とのご一報を頂きました。
私も阪神淡路大震災の経験者で10日間ほど断水で水洗トイレが流せず池の水をバケツで汲み上げ汚物を流した経験があります。
この様な中わざわざ発電機を使ってご一報を居ただけ安心いたしました。
停止している発電所も1週間ほど後には稼動できそうなTVニュースが此方に流れているので今月末ごろには様子をお伺いできるのではと思っています。 :)
ユニットのハードウェア・リセットでの動作検証

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NTPサーバーキットの立ち上げ時のオフセット問題検証

投稿記事by tankimono » 2018年9月23日(日) 21:22

今回のキットでの問題発生でGPS時計精度のNTPを調査していてRaspberry PiでGPS時計更正のNTPサーバーを検討を行ってみました。
まだまだスタート段階で勉強不足で上手く使いこなせていませんが、パフォーマンス不足でお蔵入りしていたRaspberry Pi B+を引っ張り出してきて実験を始めています。
今まで液晶表示の目視でのずれを観測していましたが今回、Raspberry Pi にPPS付のGPS受信機を接続してのGPS時計精度のStratum-1 NTP Serverで運用監視を試みています。
まだまだ、Raspberry PiやNTSサーバーの運用方法が勉強不足で上手く測定できていませんが感触はつかめたようです。
NTP-Server キットに使用するGPS受信機もGPS受信機キット 1PPS出力付き 「みちびき」3機受信対応GPS/GLONASS受信機(Galileo/BeiDou可)u‐blox M8搭載 みちびき受信対応はPPSのパルス極性が反転していますが動作に違いは無いようで同じようにNTP-Server キットのリブートで0.5秒ほど時間が進んでしまうようです。
  • リブート後の進んでいる状態
    画像
    この画像でRaspberry PiのGPS PPS NTSサーバーがNTSキットGPS受信機キット1PPS「みちびき」3機受信を接続しているNTP-Server キットが400mSec以上進んでいるのが観測されています。
  • 以下の画像は正常時の観測データです。
    画像
    この観測データーでは1/2000程度の200μSec程度のオフセットが観測されています。情報通信研究機構のStratum-1 NTP Serverとは約300μSec程度オフセットしていますが5mほどGPS受信機をケーブルで延長していることで遅延が考えられるので十分満足する値と思われます。

    pi@pintp:~ $ ntpq -p
    remote refid st t when poll reach delay offset jitter
    ==============================================================================
    oPPS(0) .PPS. 0 l 15 16 377 0.000 -0.002 0.002 ←(Raspberry Pi+GPS受信機u-blox)
    *192.168.0.220 .GPS. 1 u 64 64 377 1.881 -0.315 0.097 ←(NTSキット+GPS時計1PPS「みちびき」受信
    +ntp-a3.nict.go. .NICT. 1 u 128 256 377 11.010 0.198 0.303

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GPS時計&NTPサーバー&RapberryPi NTP消費電流

投稿記事by tankimono » 2018年10月04日(木) 19:33

新GPS時計kitとNTPサーバーKitとRapberryPiのNTPサーバーの消費電流を測定しました。

GPS時計関連消費電力


  1. 新GPS時計キット」(12.0V供給)
    [電圧本体のみ]
    1. バックライトON
      • PPSLEDOn= 50.0mA (0.60W) 内バックライト消費0.29W
      • PPSLEDOff= 49.0mA (0.59W)
    2. バックライトOFF
      • PPSLEDOn= 26.1mA (0.31W)
      • PPSLEDOff= 24.6mA (0.30W)
    [GPS受信機込]
    1. バックライトON
      • PPSLEDOn= 80.0mA(0.96W)
      • PPSLEDOff= 68.0mA (0.82W)
  2. NTPキット(+新GPS時計キット)」(12.0V供給)
    1. バックライトON
      • 本体のみ= 200.0mA (2.40W)
      • 新GPS時計接続= 280.0mA (3.36W)(GPS時計の液晶バックライトOFF時3.07W)
    2. バックライトOff(改造パターンカット&ジャンパーポスト)
      • 本体のみ= 180.1mA (2.16W)
      • 新GPS時計接続= 240.0mA (2.88W)(GPS時計の液晶バックライトOFF)
  3. キット供給電圧8V時
    これ等のキットは下限電圧が8V~と成っています。
    理由は回路図から解釈すると電源入力ジャック以降に逆接保護のブリッジ・ダイオードが挿入されてその後にNJM7805のシリーズ方式のレギュレータで5V Vccが供給されています。
    このNJM7805の最低動作保障電圧が7Vである事から、ブリッジダイオードの順方向電圧の0.7~1Vを考慮して動作最低電圧Min8Vが規定されているものと思われます。
    シリーズレギュレータ方式のNJM7805であることから動作供給電圧の如何にかかわらず電流が一定であると考えられ、これ等のキットの供給電源電力は電圧に比例すると思われLCDのバックライト消灯時の電力
    240.0mA x 8V ≒ 1.92W 程度ではないかと思われます。
     
  4. RspberryPi 1 B+」(5.0V)
    1. GPS受信器込= 330.0mA1.65W
    以上の検証結果ではRspberryPi 1 B+でNTPサーバーを構築すると、NTP-Server キット(新)GPS世界時計キットでの運用した場合の1/2の消費電力で運用可能(LCDバックライト消灯時は86%程度)であることが解ります。
     
  5. RspberryPi 3 B+」(5.0V)
    1. GPS受信器込= 520.0mA2.60W
      NTPサーバー以外の動作をさせるのであれば余裕の3B+で動作可能です。
      消費電力的にも2.6WとGPS時計+NTPサーバーキットの12V動作のバックライトOffの2.88Wより省電力ですが8V動作の1.92Wよりは電力を35%多く消費しています。


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