CN103838135A - 一种基于gps模块的脉冲信号精确计时装置 - Google Patents

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刘保华
游庆瑜
裴彦良
李西双
张桂恩
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Qingdao Jiaolong Deep Ocean Technology Co ltd
Institute of Geology and Geophysics of CAS
First Institute of Oceanography SOA
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Qingdao Jiaolong Deep Ocean Technology Co ltd
Institute of Geology and Geophysics of CAS
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Abstract

本发明涉及一种基于GPS模块的脉冲信号精确计时装置，它包括单片机控制模块、GPS模块、接口模块和电源模块，所述电源模块将220VAC市电变换为单片机控制模块所需的直流电；所述GPS模块接收GPS卫星定位信息，输出测量船位置数据和1PPS时间基准信号；所述接口模块接收GPS模块提供的定位信息，并将此信息由RS232电平转换为TTL电平后输送至单片机控制模块，接收GPS模块1PPS时间基准信号和枪阵控制器发出的激发脉冲信号并经过光电隔离后输送至单片机控制模块，将单片机控制模块输出的枪阵激发脉冲计时结果存储到内置存储卡，同时从标准串行口输出。本发明计时精度优于0.01ms，完全可以满足海洋深部地震勘探作业对枪阵激发时间精确计时的要求。

Description

一种基于GPS模块的脉冲信号精确计时装置
技术领域
本发明涉及一种地震勘探系统的脉冲信号精确计时装置，属于地球物理勘探技术领域。
背景技术
在深部地震勘探作业中，地震勘探系统分为震源和采集两个单元。海洋地震勘探系统一般采用枪阵作为震源单元，海底地震仪作为采集单元。枪阵激发、海底地震仪数据接收必须采用相同的时间标准，这个时间标准就是GPS时间。海底地震仪集成了内置微型GPS接收模块以记录GPS时间，而在过去的勘探系统中，枪阵激发的时间由导航定位计算机记录，但定位计算机一般采用Windows操作系统，其计时精度只能达到百毫秒数量级。海底地震仪的数据采样率一般在200Hz左右，也就是说海底地震仪记录的地震数据每5ms左右就有一个样点，枪阵激发时间百毫秒的计时精度无法满足要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种计时精度高的基于GPS模块的脉冲信号精确计时装置。
本发明包括单片机控制模块、GPS模块、接口模块和电源模块，所述电源模块，将220VAC市电变换为单片机控制模块所需的直流电；所述GPS模块，接收GPS卫星定位信息，输出测量船位置数据和1PPS时间基准信号；所述接口模块，接收GPS模块提供的定位信息，并将此信息由RS232电平转换为TTL电平后输送至单片机控制模块，接收GPS模块1PPS时间基准信号和枪阵控制器发出的激发脉冲信号并经过光电隔离后输送至单片机控制模块，将单片机控制模块输出的枪阵激发脉冲计时结果存储到内置存储卡，同时从标准串行口输出。
本发明接收内置GPS模块提供的定位信息和1PPS时间基准信号，给出并记录枪阵激发脉冲信号的精确时间，计时精度优于0.01ms。
本发明所述单片机控制模块，采用基于RL-RTX核的实时操作系统（RTOS），实现多任务并发执行和实时响应。单片机控制程序包含GPS数据读取任务，状态显示任务，数据发送任务，文件记录任务，外部中断响应等。
本发明的精确计时装置开机后，单片机程序首先执行系统初始化任务，对输入/输出端口、存储卡文件系统等进行初始化，建立状态显示、GPS数据读取、数据记录、数据发送等一系列任务。
当收到1PPS时间基准信号时，单片机执行1PPS中断程序。程序首先判断GPS数据是否有效，如果GPS有效则对实时时钟进行整秒对时。
当收到GPS数据时，单片机执行GPS数据读取任务。程序在众多GPS数据中读取GPRMC标准语句，得到当前日期、时间和位置信息。
当收到枪阵激发脉冲信号时，单片机记录当前精确时间，并执行数据记录任务、数据发送任务和状态显示任务。
本发明所述的单片机控制模块，单片机自带高精度实时时钟，并根据GPS差分导航定位系统提供的1PPS时间基准信号，每秒钟对高精度实时时钟进行一次校准。当枪阵激发脉冲信号来到时，用高精度实时时钟对此信号进行计时并输出结果。
本发明所述的单片机控制模块，单片机时钟源采用12MHz高稳定性温补型晶振。该晶振输出的时钟信号经时钟节拍计数器预分频后产生高稳定性32.768kHz震荡信号，作为高精度实时时钟的时钟源。
本发明内包含GPS模块，实时记录调查船的位置信息和并提供1PPS时间基准信号，给出并记录枪阵激发脉冲信号的精确时间，计时精度优于0.01ms，完全可以满足海洋深部地震勘探作业对枪阵激发时间精确计时的要求。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的接口模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明，但本发明不限于以下具体实施例。
本发明内置GPS模块实时提供调查船定位信息和1PPS时间基准信号，记录并输出枪阵激发脉冲信号的精确时间。
如图1所示，本发明包括电源模块1、接口模块2、单片机控制模块3和GPS模块4。其中单片机控制模块3包含实时时钟5。
如图2所示，本发明接口模块2包括枪阵激发脉冲BNC接口6、1PPS时基脉冲接口7、定位输入串口8、计时输出串口9、光电信号隔离模块10、TTL与RS232电平转换模块11和存储卡12。
所述电源模块1，将220VAC市电变换为单片机控制模块所需的3.3V直流电。作为另外一种选择，也可以由计算机USB口供电，电源模块1将USB口直流电变换为单片机控制模块所需的3.3V直流电。
所述接口模块2，将枪阵激发脉冲信号和GPS模块提供1PPS时间基准信号分别经过接口6和BNC接口7连接至光电信号隔离模块10，送至单片机控制模块3。将GPS模块4提供的NMEA RMC格式定位信息经串口8输入，经过TTL与RS232电平转换模块11送至单片机控制模块3。
所述单片机控制模块3，包含实时时钟5，根据GPS模块4提供NMEA RMC格式定位信息对实时时钟5进行初始化，并根据1PPS时间基准信号，每秒钟对实时时钟5进行一次校准。当枪阵激发脉冲信号来到时，用实时时钟5对此信号进行计时，计时结果送至存储卡12，计时结果同时经过TTL与RS232电平转换模块11送至串口8输出。
所述GPS模块4，接收GPS卫星定位信息，输出NMEA RMC格式测量船位置数据和1PPS时间基准信号。

Claims (4)

1.一种基于GPS模块的脉冲信号精确计时装置，其特征在于它包括单片机控制模块、GPS模块、接口模块和电源模块，所述电源模块，将220VAC市电变换为单片机控制模块所需的直流电；所述GPS模块，接收GPS卫星定位信息，输出测量船位置数据和1PPS时间基准信号；所述接口模块，接收GPS模块提供的定位信息，并将此信息由RS232电平转换为TTL电平后输送至单片机控制模块，接收GPS模块1PPS时间基准信号和枪阵控制器发出的激发脉冲信号并经过光电隔离后输送至单片机控制模块，将单片机控制模块输出的枪阵激发脉冲计时结果存储到内置存储卡，同时从标准串行口输出。
2.如权利要求1所述的脉冲信号精确计时装置，其特征在于所述单片机采用基于RL-RTX核的实时操作系统，实现多任务并发执行和实时响应。
3.如权利要求1所述的脉冲信号精确计时装置，其特征在于所述单片机控制模块包含高精度实时时钟。
4.如权利要求4所述的脉冲信号精确计时装置，其特征在于所述单片机和高精度实时时钟均采用同一只高稳定性温补型晶振为时钟源。
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