1、GPS 寸鐘系統(tǒng)（GPSW 步時鐘）技術(shù)方案技術(shù)分類：通信|2010-11-08維庫在電力系統(tǒng)、CDMA200ODVBDM 蹄系統(tǒng)中，高精度的GPS寸鐘系統(tǒng)（GPS 同步時鐘）對維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)有至關(guān)重要的意義。那如何利用 GPSOEMK 進行二次開發(fā)，產(chǎn)生高精度時鐘發(fā)生器是一個研究的熱點問題。如在 DVB-T 單頻網(wǎng)（SFN）中,對于時間同步的要求，同步精度達到幾十個 ns,對于這樣高精度高穩(wěn)定性的系統(tǒng)，如何進行商業(yè)級設(shè)計？一、引言在電力系統(tǒng)的許多領(lǐng)域，諸如時間順序記錄、繼電保護、故障測距、電能計費、實時信息采集等等都需要有一個統(tǒng)一的、高精度的時間基準。利用 GPS 衛(wèi)星信號進行對時是常用的

2、方法之一。目前，市場上各種類型的 GPS-OE 版很多，價格適中，具有實用化的條件。利用 GPS-OEM 板進行二次開發(fā)，可以精確獲得 GPS 時間信息的 GPS 時鐘系統(tǒng)（GPS 同步時鐘）。本文就是以加拿大馬可尼公司生產(chǎn)的 SUPERSTARGPSOE例介紹如何開發(fā)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的的GPS 寸鐘系統(tǒng)（GPS二、GPSg 時模塊GPS 時 鐘 系 統(tǒng)（GPSIW 步 時 鐘 ） 采 用 SUPERSTARPSOE 微 作 為 GP 或 受 模 塊 ，SUPERSTARGPSOEM為并行 12 跟蹤通道，全視野 GPS受模塊。OEMS 具有可充電鋰電池。L1 頻率為 1575.42MHz,提供

3、偽距及載波相位觀測值的輸出和 1PPS（1PULSEPERSECONID 脈沖輸出。OEMK 提供兩個輸入輸出串行口，一個用作主通信口，可通過此串行口對 OEM進行設(shè)置，也可從此串口讀取國際標準時間、日期、所處方位等信息。另一個串行口用于 RTCM式的差分數(shù)據(jù)的輸出，當無差分信號或僅用于 GPSg 時，此串行口可不用。1PPS 脈沖是標準的 TTL 邏輯輸出形式，當導(dǎo)航輸出有效時，該脈沖的上升沿與時間相對應(yīng)。1PPS 脈沖是每秒中輸出的正脈沖信號，其幅值為 5V,1PPS 脈沖的上升沿與 UCT 標準時間的秒脈沖同步，其誤差在正負 1ws 之內(nèi)。可以利用此脈沖信號的上升沿作為 UTC 時間的對

4、時信號，此外我們可通過同步脈沖電路將 1PPS 信號擴展為 1PPM（1PULSEPERMINUTE、1PPH（1PULSEDERHOUR等等根據(jù)實際情況用于對時。每種脈沖的輸出口數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用要求進行擴展。SUPERSTARGPSOEM 勺主串口的通訊數(shù)據(jù)格式可采用 CMCBINARY!進制或者 CMCt持白 NMEA 勺 ASCII 碼，波特率可以在 300bps 到 38400bps 之間根據(jù)應(yīng)用要求進行調(diào)整，具有 8 位數(shù)據(jù)位、1 位起始位，1 位停止位，無奇偶校驗位。GP 漱據(jù)信息中包含衛(wèi)星狀態(tài)、經(jīng)度、緯度、時間、高度、速度等等各種信息，對于同步時鐘的開發(fā)來講，我們只需要讀取其時間信

5、息即可。因而，可以通過主串口對 OEMS 進行設(shè)置，使其以一定的波特率和某種通訊數(shù)據(jù)格式僅僅發(fā)送時間信息。例如我們?nèi)舨扇?NMEA 勺 ASCII 碼，則只需讀取以“$GPZDA為命令頭的時間數(shù)據(jù)即可，然后可以很方便地從中分離出 UTC 時間的年、月、日、時、分、秒。三、系統(tǒng)組成GPS 時鐘系統(tǒng)（GPS 同步時鐘）包括 GPS受模塊、中心處理單元、RS-232/485 接口、CAN 總線接口、同步脈沖發(fā)生電路、顯示電路等幾個部分。1 .中心處理單元GPS 同步時鐘采用 DS80C320 乍為系統(tǒng)的 CPUDS80C320ft 國 DALLAS 公司推出的 8 位高速單片機，是與 MCS-51

6、系列兼容的單片微機。由于對微處理器內(nèi)核進行了重新設(shè)計省去了多余的時鐘和存儲周期，若時鐘工作頻率相同，執(zhí)行相同的程序代碼，DS80C320 的執(zhí)行速度至少為 8051 的 2.5 倍。DS80C32*80C32 具有完全相同的封裝，除擁有 80C32 所具有的 I/O 口、2 個定時/計數(shù)器、串行口等資源外，還具有一些新*源，現(xiàn)列舉如下。a.串行口 1DS80C32 涮外提供與 80C32 相同的一個硬件串行通信口， 在 GP 洞步時鐘的開發(fā)中， 我們由串行通信口 0 獲彳#GPS 寸間數(shù)據(jù)，而由串行通信口 1 負責與各種電網(wǎng)自動化裝置進行通訊。b.雙數(shù)據(jù)指針DS80C32 鰥供兩個數(shù)據(jù)指針，當

7、 GPS 時鐘接收到 GPSOEMM 言息后，利用這兩個數(shù)據(jù)指針，可以將數(shù)據(jù)送到不同的存儲區(qū)域。c.片內(nèi)復(fù)位電路DS80C320M 有一套完整的上電/掉電復(fù)位邏輯。所以，使用 DS80C320 無需外加外部復(fù)位電路。簡化了硬件，提高了可靠性。d.看門狗定時器DS80C320M 有一個可編程的看門狗定時器2 .同步脈沖發(fā)生電路P3.2 和 P3.3 是 1PPM（1PULSEPERMINUTE）口 1PPH（1PULSEPERHOU 廓沖的選通信號輸出，因而無須象 80C32 那樣外加看門狗電路。端（為禁止發(fā)送 1PPS 脈沖，這兩個控制端在平時均置為低）。以產(chǎn)生 1PPM 脈沖為例：當由串行口

8、 0讀入 UTC 寸間信息，并判斷其為某一分鐘的 59 秒時刻之后，CPUWP3.2 置高，從而在整分時刻發(fā)送一個脈沖。當再一次讀入時間信息，并判斷其為整分時刻時，重又將 P3.2 置低，以禁止發(fā)出脈沖。依次循環(huán)，即可得到精確的 1PPM 脈沖信號。采用同樣的方法，也可以產(chǎn)生 1PPH 的脈沖信號。由于靜態(tài)空節(jié)點方式控制端與信號通道隔離較好，耐壓高，所以 GPS 時鐘系統(tǒng)（GP 理步時鐘）將同步脈沖信號作為一個開關(guān)量以靜態(tài)空節(jié)點方式輸出。3 .RS-232/485 接口GPS 時鐘系統(tǒng)（GP 洞步時鐘）具有 RS232 與 RS485 兩個通信接口，以滿足不同的通信系統(tǒng)的要求。通過這兩個接口，

9、同步時鐘可以輸出每秒一次包括年、月、日、時、分、秒在內(nèi)的完整 UTC 時間信息，也可以作為通信下位機在需要的時候為處于上位機的電網(wǎng)自動化裝置提供準確的時間信息。4 .CAN 總線接口CAN（ControllerAreaNetwork）總線是重要的現(xiàn)場總線之一，目前在電力系統(tǒng)的一些領(lǐng)域（如變電站綜合自動化系統(tǒng)）中也有重要應(yīng)用。因而在設(shè)計 GPS 時鐘系統(tǒng)（GP 祠步時鐘）時，配置了 CAN 總線接口。GPS 寸鐘系統(tǒng)（GP 洞步時鐘）采用 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 SJA1000 作為 CAN議控制器，PCA82C250（乍為 SJA1000 與物理總線的接口。在整分或整時時，DS80C320

10、 可直接將標識符和數(shù)據(jù)通過地址/數(shù)據(jù)總線送入 SJA1000 的發(fā)送緩沖區(qū)，然后置位命令寄存器 CM 珅的發(fā)送請求位 TR,啟動 CAMK 心模塊讀取發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，按 CAN 協(xié)議封裝成一完整 CAN 信息幀通過收發(fā)器發(fā)往總線。 也可在電網(wǎng)自動化裝置要求時響應(yīng)外部中斷，將單片機發(fā)送緩存中的 GPS據(jù)以 CAN議向外輸出。四、軟件設(shè)計GPS 時鐘系統(tǒng)（GPS 同步時鐘）的軟件由主程序和接收/發(fā)送中斷子程序組成。在主程序中進行系統(tǒng)的初始化，包括對 SUPERSTARPSOEM、兩個串行通信口、內(nèi)置可編程看門狗、定時器等的初始化。程序每秒產(chǎn)生一次串行通信口 0 的中斷，讀取 UTC 時間數(shù)據(jù)，并將之轉(zhuǎn)化為北京時間，以 BCD 碼格式通過串行通信口 1 發(fā)出。在中斷子程序中，還將對時間信息進行判斷，在每分鐘的 59 秒時刻和每小時的 59 分 59 秒時刻產(chǎn)生 1PPMF 口 1PPH 信號的選通信號，在整時或整分時刻，則禁止發(fā)出選通信號。GPS 時鐘系統(tǒng)（GPS 同步時鐘）也可響應(yīng)電網(wǎng)自動化裝置發(fā)來的校時命令，將當時的準確時間信息發(fā)送出去。為此只需在程序中增加一個串行通信口 1 的中斷子程序，使之按照一定的通信協(xié)議，為電網(wǎng)