CN103760759B - 一种自动对正/反向irig‑b码解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动对正/反向IRIG‑B码解码方法，高稳晶振时钟模块为所有模块提供时钟，并配合时间滤波补偿算法提高时钟精度；通过IRIG‑B码方向识别模块识别出IRIG‑B码的方向并将其转化为所需的IRIG‑B码，为识别IRIG‑B码准时延模块提供正向的IRIG‑B码；识别IRIG‑B码准时沿模块提取出IRIG‑B码的准时沿，为识别IRIG‑B信息码模块、秒脉冲模块、串口报文模块提供时间戳；识别IRIG‑B码信息码模块为串口报文提供时间信息；秒脉冲模块输出秒脉冲，可以为对时设备提供秒脉冲对时服务；串口报文模块输出串口报文，可以为对时设备提供串口对时服务。本发明输出的时间信息准确度高、波动小、长期稳定性好。

Description

一种自动对正/反向IRIG-B码解码方法
技术领域
本发明涉及一种自动对正/反向IRIG-B码解码方法，并通过基于高稳晶振的滤波补偿算法，输出准确度高、波动小、长期稳定性好的串口时间信息和秒脉冲的方法，具体涉及对正/反向IRIG-B码解码，基于高稳晶振输出串口时间信息和秒脉冲的方法。
背景技术
电力系统自动化设备对时间的要求越来越高，以便数据信息的统一、事件时间的统一、事故调查的统一。当前电力故障分析中，行波测距要求时间准确度高达1us。传统的IRIG-B解码方法不仅不能自动识别正/反向，而且也不具备时间滤波补偿的功能。不能自动设别IRIG-B码的方向，会导致系统的兼容性不好；不具备时间滤波补偿功能会导致时间的准确度较低。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种自动对正/反向IRIG-B码解码，这种自动对正/反向IRIG-B码解码方法，输出的时间信息准确度高、波动小、长期稳定性好。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种自动对正/反向IRIG-B码解码方法，高稳晶振时钟模块为所有模块提供时钟，并配合时间滤波补偿算法提高时钟精度；通过IRIG-B码方向识别模块识别出IRIG-B码的方向并将其转化为所需的IRIG-B码，为识别IRIG-B码准时延模块提供正向的IRIG-B码；识别IRIG-B码准时沿模块提取出IRIG-B码的准时沿，为识别IRIG-B信息码模块、秒脉冲模块、串口报文模块提供时间戳；识别IRIG-B码信息码模块为串口报文提供时间信息；秒脉冲模块输出秒脉冲，可以为对时设备提供秒脉冲对时服务；串口报文模块输出串口报文，可以为对时设备提供串口对时服务。
时钟模块的频率为100MHz。
100MHz时钟是通过FPGA的PLL锁相环，将外部的20MHz时钟进行倍频产生100MHz时钟，为其他模块提供高稳时钟信号。
IRIG-B码输入方向模块在一秒内对8ms脉冲的进行计数，为其他模块提供所需的IRIG-B码。裁决机制如下：如果8ms脉冲的个数小于等于十个，则输入的IRIG-B码为正方向；如果8ms脉冲的个数大于十个，则输入的IRIG-B码为反方向。
综上，本发明的优点在于基于高稳晶振的时间融合滤波补偿技术，采用FPGA芯片强大的逻辑计算功能自动识别IRIG-B码方向，同时依据高稳时钟建立RTC时钟模型，采用滤波补偿 技术，从而保证输出的时间准确度高到200ns，完全可以满足电力系统设备对时间准确度的要求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一个较佳的实施例框图；
图2是100MHz时钟的框图；
图3是IRIG-B码输入方向模块的框图；
图4是识别IRIG-B码的准时沿模块的框图；
图5是识别IRIG-B的信息码模块的框图；
图6是秒脉冲模块的框图；
图7是串口报文模块的框图。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明公开一种自动对正/反向IRIG-B码解码方法，采用高稳晶振时钟模块为所有模块提供时钟，并配合时间滤波补偿算法提高时钟精度；通过IRIG-B码方向识别模块识别出IRIG-B码的方向并将其转化为所需的IRIG-B码，为识别IRIG-B码准时延模块提供正向的IRIG-B码；识别IRIG-B码准时沿模块提取出IRIG-B码的准时沿，为识别IRIG-B信息码模块、秒脉冲模块、串口报文模块提供时间戳；识别IRIG-B码信息码模块为串口报文提供时间信息；秒脉冲模块输出秒脉冲，可以为对时设备提供秒脉冲对时服务；串口报文模块输出串口报文，可以为对时设备提供串口对时服务。
时钟模块的频率为100MHz。
100MHz时钟是通过FPGA的PLL锁相环，将外部的20MHz时钟进行倍频产生100MHz时钟，为其他模块提供高稳晶振信号。
IRIG-B码方向模块在一秒内对8ms脉冲的进行计数，为其他模块提供正方向的IRIG-B码。裁决机制如下：如果8ms脉冲的个数小于等于十个，则IRIG-B码为正方向；如果8ms脉冲的个数大于十个，则IRIG-B码为反方向。
识别IRIG-B码准时沿模块通过识别相连的脉冲类型的方法来找到IRIG-B码的准时沿。当发现两个连续相连的脉冲都为8ms脉冲信号，则第二个8ms脉冲的信号的上升沿即为IRIG-B码的准时延。
识别IRIG-B码的信息码模块首先从IRIG-B码的准时沿开始识别IRIG-B码的脉冲信号类型，并将它们储存在100bit的缓存中，待下一个准时沿到来后，对照IRIG-B码的定义，组织出IRIG-B码所含的时间信息。
秒脉冲模块含有一个计数器和一个脉宽计时器，计数器是用来对秒的长度计数，脉宽计时器是对高电平的脉宽进行计数。通过使用IRIG-B码的准时延对计数器和脉宽计时器清零，同时启动计数器和脉宽计时器，来实现秒脉冲的输出。
串口报文模块有三个部分组成UART协议机、报文规约部分、波特率发生器组成。100MHz时钟通过波特率发生器后产生UART协议机所需要的时钟信号，当报文规约部分按照报文规约组织好的报文后，通过UART协议机向外发送串口报文。
如图2所示，图2是图1中100MHz时钟模块框图，由外部时钟源和PLL锁相环组成。在实际应用中，FPGA的工作时钟频率可能在几个时间段内变动，对于与之相关的锁相环(PLL)，只要PLL的输入时钟在初始设定的时钟频率的基础上变化不太大，PLL就可以自己调整过来，并重新锁定时钟，获得正确的时钟输出。
如图3所示，图3是图1中的IRIG-B码输入方向模块，包括1ms定时器、脉冲宽度识别、脉冲类型和计数器。当有IRIG-B码输入时，启动脉冲宽度识别模块中的1ms的定时器和1ms计数器检测IRIG-B码，在脉冲的上升沿对计数器清零，在脉冲的下降沿读取计数器里面的值。若大于等于7同时小于等于9，则此脉冲脉宽为8ms；若大于等于4同时小于等于6，则此脉冲脉宽为5ms；若大于等于1同时小于等于3，则此脉冲脉宽为2ms。在识别完脉冲宽度后，通过脉冲类型模块，对8ms脉冲、5ms脉冲、2ms脉冲进行分类。待对脉冲类型分完类后，用计数器对8ms脉宽脉冲进行计数，若在1s内，8ms的个数小于等于10，则IRIG-B码为正向输入，直接输出输入的IRIG-B码；若在1s内，8ms的个数小于等于80，IRIG-B码为反向输入，将输入的IRIG-B码反向后再输出。
如图4所示，图4是图1中的识别IRIG-B码的准时延模块。由连续P码模块和码元上升沿模块组成。连续P码模块检测两个连续的脉冲信号，当检测到连续的两个脉冲信号均为8ms时，清空并启动码元计数器，码元计数器每检测到一个脉冲上升沿，则加1；在检测到两个连续8ms脉宽的脉冲时清零。码上升沿模块中的采样脉冲部分，首先产生一个信号P1，在P1和输入IRIG-B码同向；再产生一个信号P2，让P2和P1反向，因为P2滞后P1一个时钟周期；再产生一个脉冲信号P3，在码元计数器为99时，令P3＝P1&&P2。则P3为滞后于IRIG-B码两个时钟周期的准时沿。
如图5所示，图5是图1中的识别IRIG-B的信息码模块。IRIG-B的信息码包括时间码和功能码。信息码提供时间信息；功能码提供当前IRIG-B码的状态。首先建立一个100bit的存储空间，在IRIG-B码准实验到来时，对存储空间清零。然后根据IRIG-B码输入方向中的脉冲类型和识别IRIG-B码的准实验模块中的码元计数器依次对存储空间赋值。8ms脉宽脉冲赋值1'bz；5ms脉宽脉冲赋值1'b1；2ms脉宽脉冲赋值1'b0。在下一个准时沿到来前读取存储空间里的值，按照IRIG-B码的定义，读取出时间码信息和功能码信息。
如图6所示，图6是图1中的秒脉冲模块。包括计数器和脉宽计数器。在IRIG-B码准时沿后，对计数器清零并对脉宽计时器复位。在脉宽计时器为零前，输出脉冲为高电平，之后为低电平，直到IRIG-B码准时沿到来或者计数器溢出。
如图7所示，图7是图1中的串口报文模块。由UART协议机、协议规约及波特率发生器组成。运行UART协议机需要时钟的支持，根据最大似然原则，本发明中时钟频率为波特率的16倍，波特率发生器就是为了产生此时钟。报文规约部分是将识别IRIG-B码的信息码部分的时间信息按照约定格式进行组织。UART协议机是按照异步通信协议的时序要求，将按照约定格式组织好的时间信息发送出去。
综上，本发明基于高稳晶振滤波补偿技术，采用FPGA芯片强大的逻辑计算功能自动识别IRIG-B码方向，同时依据高稳晶振建立RTC时钟模型，采用滤波补偿技术，从而保证输出的时间准确度高的200ns，完全可以满足电力系统设备对时间准确度的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自动对正/反向IRIG-B码解码方法，其特征在于：高稳晶振时钟模块为所有模块提供时钟，并配合时间滤波补偿算法提高时钟精度；通过IRIG-B码输入方向模块识别出IRIG-B码的方向并将其转化为所需的IRIG-B码，为识别IRIG-B码准时沿模块提供正向的IRIG-B码；识别IRIG-B码准时沿模块提取出IRIG-B码的准时沿，为识别IRIG-B信息码模块、秒脉冲模块、串口报文模块提供时间戳；识别IRIG-B码信息码模块为串口报文提供时间信息；秒脉冲模块输出秒脉冲，可以为对时设备提供秒脉冲对时服务；串口报文模块输出串口报文，可以为对时设备提供串口对时服务；IRIG-B码输入方向模块在一秒内对8ms脉冲的进行计数，为其他模块提供所需的IRIG-B码。
2.根据权利要求1所述的一种自动对正/反向IRIG-B码解码方法，其特征在于：所述时钟模块的频率为100MHz。
3.根据权利要求2所述的一种自动对正/反向IRIG-B码解码方法，其特征在于：100MHz时钟是通过FPGA的PLL锁相环，将外部的20MHz时钟进行倍频产生100MHz时钟，为其他模块提供高稳时钟信号。
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