CN101738931B

CN101738931B - 一种irig-b码的对时装置及其对时方法

Info

Publication number: CN101738931B
Application number: CN2009102437977A
Authority: CN
Inventors: 秦立军; 李文彦
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: CN101738931A

Abstract

本发明公开了智能设备对时技术领域中的一种IRIG-B码的对时装置及其对时方法。对时装置包括光电隔离器和核心芯片，所述光电隔离器和核心芯片连接；所述核心芯片包括16位计数器模块；还包括电平转换芯片，当对时装置包括电平转换芯片时，光电隔离器与电平转换芯片连接，电平转换芯片与核心芯片连接；对时方法包括：接收并识别IRIG-B码码元；根据IRIG-B码码元类型启动16位计数器模块；辨识时间信息。本发明利用核心芯片内部的16位计数器模块直接进行IRIG-B码对时，提高了对时的实时性和精确性；同时，核心芯片使用一个I/O口，节约了端口和线路。

Description

一种IRIG-B码的对时装置及其对时方法

技术领域

本发明属于智能设备对时技术领域，尤其涉及一种IRIG-B码的对时装置及其对时方法。

背景技术

近年来，由于用电设备和用电量的逐年增加，人们对电力系统的自动化和安全运行的要求越来越高，而实现电力系统的自动化和安全运行的一个重要条件就是电网时间的精确和统一。随着电力系统微机自动化装置的普及，电网对时间统一的要求更加迫切。GPS(全球定位系统)是精确度极高的对时发布系统，因而逐步在电力系统中得到广泛使用。国家电网公司《关于加强电力系统时钟管理的通知》中就明确要求逐步采用IRIG-B码标准，实现GPS装置和相关系统或设备的对时。

IRIG码是美国靶场司令委员会制定的一种对时标准，现在广泛应用于军事、商业、工业等诸多领域。IRIG-B码是IRIG系列码的一种，携带信息丰富，抗干扰性好，具备国际的通用接口。IRIG-B以其自身的优点广泛应用在电力、电信、国防等领域。

目前，在我国有很大一部分变电站智能设备的对时系统采用IRIG-B码对时系统。图1是目前常用的IRIG-B码对时系统的基本原理图。图1中，IRIG-B码对时系统电路的基本原理是，通过中断(IQR)输入口处理IRIG-B码脉冲信号序列，先把同步信息与IRIG-B码的时间信息解析过来，通过对时模块的串行口(包括串行外围设备接口SPI和串行通信接口SCI)和系统各功能模块的CPU模件通信，传送具体时间代码报文，同时通过一个TTL电平的I/O端口输出“秒”脉冲或“分”脉冲信号给主CPU模件进行时间同步。这种系统由于IRIG-B码信号既含有同步信号，又包含时间信息，需要对信号进行采集、分析，从而使得对时的时间延长，降低了对时的精确性。由于目前的变电站自动化系统对时间同步的要求越来越高，这就要求变电站智能设备对IRIG-B码信号的分析具有实时性和准确性。另外，现有系统使用串口接收IRIG-B码信号的，占用口线较多。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种IRIG-B码的对时装置及其实现方法，用以解决目前常用的IRIG-B码对时系统，在对时精确性和占用口线方面存在的问题。

本发明的技术方案是，一种IRIG-B码的对时装置，其特征是所述装置包括光电隔离器和核心芯片，所述光电隔离器和核心芯片连接；

所述核心芯片包括16位计数器模块，用于识别输入的IRIG-B码的时间信息；

所述光电隔离器件用于提高输入的IRIG-B码码元信号的抗干扰能力。

所述对时装置还包括电平转换芯片，当所述装置包括电平转换芯片时，所述光电隔离器与电平转换芯片连接，电平转换芯片与核心芯片连接；所述电平转换芯片用于将经过光电隔离器的IRIG-B码码元信号，转换为TTL电平信号。

一种IRIG-B码的对时方法，其特征是所述方法包括：

--接收并识别IRIG-B码码元；

--根据IRIG-B码码元类型记录16位计数器模块的当前计数值，记为第一计数值；

--当16位计数器模块的计数值与第一计数值之差大于设定阈值时，辨识时间信息。

所述根据IRIG-B码码元类型记录16位计数器模块的计数值具体是，当连续接收的两个IRIG-B码码元类型为P码码元时，记录16位计数器模块的当前计数值。

所述辨识时间信息具体是，将接收的所有IRIG-B码码元转换成0码、1码或者P码，形成二进制码序列，再按照IRIG-B码脉冲序列顺序，分别找到时间信息中的秒、分、时、天对应的二进制码子序列，并将二进制码子序列分别转换成秒、分、时、天。

所述将接收的所有IRIG-B码码元转换成0码、1码或者P码具体是，通过16位计数器模块确定IRIG-B码码元上升沿或者下降沿的脉冲宽度，将IRIG-B码码元转换成0码、1码或者P码。

本发明提供的一种IRIG-B码的对时装置，采用先进的中央处理器CPU芯片作为核心芯片，利用其内部的16位计数器模块直接进行IRIG-B码对时，提高了对时的实时性和精确性；同时，核心芯片使用一个I/O口，而不再需要SCI或SPI的资源，进而节约了端口和线路。

附图说明

图1是目前常用的IRIG-B码对时系统的基本原理图；

图2是本发明的实施例1提供的IRIG-B码对时装置的基本原理图；

图3是本发明的实施例2提供的IRIG-B码对时装置的基本原理图；

图4是MCF52259芯片电路图；

图5是IRIG-B码基本码元示意图，其中，(a)是‘0’码元示意图，(b)是‘1’码元示意图，(c)是‘P’码元示意图；

图6是IRIG-B码脉冲序列示意图；

图7是IRIG-B码的对时方法实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

图2是本发明的实施例1提供的IRIG-B码对时装置的基本原理图。图2中，本发明所提供的一种IRIG-B码的对时装置，包括光电隔离器和核心芯片，所述光电隔离器和核心芯片连接。核心芯片可以采用飞思卡尔半导体公司于2008年推出的型号为MCF52259的32位高性能芯片，其工作频率最高可以到80MHZ，内部集成了512K的FLASH及64K的RAM，使用它的16位计数器模块(GTP)，可以轻松完成对IRIG-B码码元的识别，进而实现IRIG-B码对时。光电隔离器件用于提高输入的IRIG-B码码元信号的抗干扰能力。

实施例2

图3是本发明的实施例2提供的IRIG-B码对时装置的基本原理图。图3中，本发明所提供的一种IRIG-B码的对时装置，包括光电隔离器和核心芯片，还包括电平转换芯片。此时各个器件的连接方式是：光电隔离器与电平转换芯片连接，电平转换芯片与核心芯片连接。电平转换芯片可以采用型号为MAX3088的芯片，用于将经过光电隔离器的IRIG-B码信号，转换为TTL电平信号。

实施例3

本实施例中，以核心芯片采用型号为MCF52259的32位高性能芯片，电平转换芯片采用型号为MAX3088的芯片为例，说明IRIG-B码实现对时的过程。

首先，按照图3进行器件连接，将光电隔离器与MAX3088芯片连接，MAX3088芯片与MCF52259芯片连接。其中，MAX3088芯片与MCF52259芯片连接具体是，MAX3088芯片与MCF52259芯片的GPT管脚连接。图4是MCF52259芯片电路图。图4中，MCF52259芯片的GPT管脚是图4中虚线框出的部分。本发明中，在不使用MAX3088芯片时，可以直接使光电隔离器与MCF52259芯片的GPT管脚连接。

其次，在MCF52259芯片中，使用16位计数器模块(GTP)。在GTP模块设计中，将相应的管脚设成上升沿和下降沿触发中断，同时启动16位计数器计数。16位计数器设成100微秒自加一次。当上升沿触发中断时读出16位计数器的值，然后再下降沿触发中断时读出16位计数器的值，两者之差既是脉冲宽度。

IRIG-B码以每秒1次的频率发送包括天、时、分、秒等在内的时间信息，IRIG-B码信号是每秒一帧的时间串码，其基本的码元是‘0’码元、‘1’码元和‘P’码元，每个码元占用10毫秒时间，一帧串码含100个码元。码元‘0’‘1’对应的脉冲宽度为2毫秒和5毫秒，P码元是位置码元，对应的脉冲宽度为8毫秒。

图5是IRIG-B码基本码元示意图。图5中，(a)是‘0’码元示意图，(b)是‘1’码元示意图，(c)是‘P’码元示意图。在GTP模块中，将16位计数器设成100微秒自加一次，即0.1毫秒自加一次。以‘0’码元为例，假设计数器起始值为0。当上升沿触发中断时读出16位计数器的值为0，2毫秒后，下降沿触发中断，读出16位计数器的值为20，两者之差为20，即脉冲宽度为2毫秒，由此可以判断次码为‘0’码元。使用同样的方法，当脉冲宽度为5毫秒时，可断定为‘1’码元，当脉冲宽度为8毫秒时，可断定为‘P’码元。这样，通过GTP模块实现了IRIG-B码基本码元的辨识。

在对基本码元实现辨识后，即可确定具体的时间。在上面指出，IRIG-B码的每个码元占用10毫秒时间，一帧串码含100个码元。这样一帧串码刚好占用了1秒的时间，而IRIG-B码一帧串码的100个码元又刚好描述了一年中的天、时、分、秒信息。图6是IRIG-B码脉冲序列示意图，图6中显示的是一帧串码的100个码元，码元编号从0-99。由于纸张大小的限制，图6中将一帧串码的100个码元分成了两段，上段(左段)为0-49码元，下段(右段)为50-99码元。图6中，连续的两个‘P’码元表示整秒的开始，连续的两个‘P’码元的第二个‘P’码元的脉冲前沿是‘准时’参考点，定义其为‘Pr’，每10个码元有一个位置码元(‘P’码元)，共10个，定义其为P1，P2，……，P9。P5～P8之间为控制功能码。IRIG-B码时间格式的时序为秒、分、时、天，所占信息为秒7位、分7位、时6位、天10位，所对应的码元编号为，‘秒’信息位于第1，2，3，4，6，7，8码元，中间编号为5的码元为索引标志码元；‘分’信息位于第10、11、12、13、15、16、17码元，中间编号为14的码元为索引标志码元；‘时’信息位于第20、21、22、23、25、26码元；‘天’信息位于第30、31、32、33、35、36、37、38、40、41码元。秒、分、时、天信息分别根据图5的方式，识别相应信息，得出的二进制数低位在前，高位在后。秒、分、时、天信息识别后的结果，遵循个位在前，十位在后的原则。个位和十位间有一个脉冲宽度为2毫秒的索引码元。

图7是IRIG-B码的对时方法实现流程图。图7中，使用IRIG-B码的对时装置实现对时方法的流程包括：

步骤101：接收并识别IRIG-B码码元。

步骤102：判断IRIG-B码码元是否为P码，如果是，执行步骤103；否则，执行步骤106。

步骤103：接收并识别下一个IRIG-B码码元。

步骤104：判断接收的下一个IRIG-B码码元是否为P码，如果是，执行步骤105；否则，执行步骤106。

步骤105：由于前述两个连续的码元为P码，这说明接收到的序列正好是IRIG-B码一帧串码的帧头，即串码的起始位置。此时，记录16位计数器模块的当前计数值，并将其记为第一计数值。

步骤106：将接收的所有IRIG-B码码元转换为0码、1码或者P码。

步骤107：判断16位计数器模块的计数值与第一计数值之差是否大于设定阈值4900。因为IRIG-B码一帧串码的100个码元的时间信息都记录在前50个码元，每个码元占用10毫秒，则从连续的2个P码元开始计时，前500毫秒的即可确定IRIG-B码一帧串码的具体时间。而16位计数器模块每个0.1毫秒(100微秒)计数一次，则500毫秒的时间计数此时为5000，除去步骤102第一个P码(10毫秒)未计时的时间，则用490毫秒(即计数4900)即可获得所有IRIG-B码一帧串码的具体时间。也就是说，从两个连续的P码的第二个P码开始计数，经过阈值4900(计数4900)，即可获得IRIG-B码一帧串码的前50个码元信息，则IRIG-B码一帧串码的秒、分、时、天信息都可得到。

如果16位计数器模块的计数值与第一计数值之差是否大于设定阈值4900，则执行步骤108。如果16位计数器模块的计数值与第一计数值之差不大于设定阈值4900，则返回步骤101，继续接收IRIG-B码。

步骤108：形成二进制码序列，再按照IRIG-B码脉冲序列顺序，分别找到时间信息中的秒、分、时、天对应的二进制码子序列，并将二进制码子序列分别转换成秒、分、时、天。

IRIG-B码脉冲序列顺序为：如图6所示，秒占7位，即第1，2，3，4，6，7，8码元，根据图5所示的码元识别方法，码元1-8位的识别结果对应的二进制码子序列为：0100 0110，根据二进制数低位在前、高位在后原则，上面的二进制数实际值为：0010 0110，识别结果为2和3。再根据信息识别后的结果，遵循个位在前，十位在后的原则，则得出图6所示的秒信息为：32。

同理，‘分’信息位于第10、11、12、13、15、16、17码元，‘分’信息识别结果对应的二进制码子序列为：0001 0000，根据二进制数低位在前、高位在后原则，上面的二进制数实际值为：1000 0000，识别结果为8和0。再根据信息识别后的结果，遵循个位在前，十位在后的原则，则得出图6所示的份信息为：8。

‘时’信息位于第20、21、22、23、25、26码元，‘时’信息识别结果对应的二进制码子序列为：0010 10，根据二进制数低位在前、高位在后原则，上面的二进制数实际值为：0100 01，识别结果为4和1。再根据信息识别后的结果，遵循个位在前，十位在后的原则，则得出图6所示的时信息为：14。

‘天’信息位于第30、31、32、33、35、36、37、38、40、41码元，‘天’信息识别结果对应的二进制码子序列为：1000 1001 10，根据二进制数低位在前、高位在后原则，上面的二进制数实际值为：0001 1001 01，识别结果为1、9和1。再根据信息识别后的结果，遵循个位在前，十位在后的原则，则得出图6所示的天信息为：191。

采用上述方式，得出图6中所示的时间信息为一年中的第191天14时8分钟32秒。这样使用核心芯片直接识别了IRIG-B码的信息，从而实现时间信息的获取，进一步实现系统对时功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种IRIG-B码的对时装置，其特征是所述装置包括光电隔离器和核心芯片，所述光电隔离器和核心芯片连接；

所述核心芯片用于识别输入的IRIG-B码的时间信息；

所述核心芯片包括16位计数器模块；所述16位计数器模块设成上升沿和下降沿触发中断，并设成100微秒自加一次；16位计数器模块通过计算上升沿触发中断时读出的值与其后的下降沿触发中断时读出的值之差确定脉冲宽度，并根据脉冲宽度将IRIG-B码码元转换成0码、1码或者P码；

2.根据权利要求1所述的一种IRIG-B码的对时装置，其特征是所述对时装置还包括电平转换芯片，当所述装置包括电平转换芯片时，所述光电隔离器与电平转换芯片连接，电平转换芯片与核心芯片连接；所述电平转换芯片用于将经过光电隔离器的IRIG-B码码元信号，转换为TTL电平信号。

3.一种使用如权利要求1所述的IRIG-B码的对时装置实现对时的方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：16位计数器模块设成上升沿和下降沿触发中断，并设成100微秒自加一次；

步骤2：接收IRIG-B码码元，当上升沿触发中断时读出16位计数器的值，然后再下降沿触发中断时读出16位计数器的值，两者之差既是脉冲宽度；

步骤3：根据脉冲宽度识别IRIG-B码码元；

步骤4：判断IRIG-B码码元是否为P码，如果是，执行步骤5；否则，执行步骤8；

步骤5：接收并识别下一个IRIG-B码码元；

步骤6：判断接收的下一个IRIG-B码码元是否为P码，如果是，执行步骤7；否则，执行步骤8；

步骤7：记录16位计数器模块的当前计数值，并将其记为第一计数值；

步骤8：将接收的所有IRIG-B码码元转换为0码、1码或者P码；

步骤9：判断16位计数器模块的计数值与第一计数值之差是否大于设定阈值；如果16位计数器模块的计数值与第一计数值之差大于设定阈值，则执行步骤10；如果16位计数器模块的计数值与第一计数值之差不大于设定阈值，则返回步骤2，继续接收IRIG-B码；

步骤10：形成二进制码序列，再按照IRIG-B码脉冲序列顺序，分别找到时间信息中的秒、分、时、天对应的二进制码子序列，并将二进制码子序列分别转换成秒、分、时、天。