CN103941579B - 一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法及其装置，其包括GPS天线、时刻记录和时钟同步装置、电源、PC上位机以及触发装置；其中，所述GPS天线与时刻记录和时钟同步装置连接；所述电源、触发装置分别连接至时刻记录和时钟同步装置上；所述时刻记录和时钟同步装置连接至PC上位机上。本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法及其装置具有集成度高，抗干扰能力强，可靠性好且能够备份等诸多优点，适用于多海洋仪器的时间校准以及时钟同步。

Description

一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法

技术领域

本发明涉及一种海洋仪器，具体涉及一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法及其装置，属于海洋技术领域。

背景技术

更为有效地对海洋环境的状态数据进行监测是不断发展海洋经济的基本前提。近年来，为了对海洋环境数据进行全面监测，投入了各类不同目的的传感器，这些观测器都具有自己的数据采集和传输系统，由于缺乏不同探测仪器之间的时间校准系统，这些数据在汇总到计算机之后，往往由于相互之间的采集时间缺乏同步而严重影响了数据实用价值，比如，海底地震探测仪由于缺乏和基准时间的同步机制将无法提供地面震动信号到达的准确时间，进而无法和其他台站所获取数据进行比对，来准确地分析和定位震源。

海洋环境和陆地环境相比较，具有地域广阔，电气基础条件差的特点，在陆地上的分布式系统对时系统无法直接应用到海洋仪器上。因此，开发能够对分布式仪器或装置进行微秒级精度的时间同步的装置有广泛的应用前景，同时在海洋数据监测的同时，也会人为地激发一些事件，比如在海洋资源勘探中，需要首先激励人工震源产生震动信号，然后对该信号进行采集，通过分析传播特性进而得到海底资源的分布规律，这一过程中，准确记录人工震源产生的时间尤为重要，稍有偏差就会引起很大的后续处理误差。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种先进的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法及其装置，以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种集成度高，抗干扰能力强，可靠性好且能够备份的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置。

本发明的另一目的在于提供一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法。

为实现上述第一目的，本发明采用的技术方案为：一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置，其包括GPS天线、时刻记录和时钟同步装置、电源、PC上位机以及触发装置；其中，所述GPS天线与时刻记录和时钟同步装置连接；所述电源、触发装置分别连接至时刻记录和时钟同步装置上；所述时刻记录和时钟同步装置连接至PC上位机上。

本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置进一步设置为：所述时刻记录 和时钟同步装置包括GPS授时定位模块、MCU主控模块、光电隔离电路、脉冲信号驱动模块、指示灯和SD卡存储模块；其中，所述GPS授时定位模块与GPS天线相连，PPS接口和脉冲信号驱动模块的PPS接口连接，COM接口和MCU主控模块的COM1接口连接；所述脉冲信号驱动模块的PPS1接口和MCU主控模块的CAP1接口连接；所述MCU主控模块的COM2接口和PC上位机的COM接口连接；所述光电隔离电路一端和触发装置连接，另一端和MCU主控模块的CAP0接口连接；所述指示灯、SD卡存储模块分别和MCU主控模块连接。

本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置进一步设置为：所述电源连接至MCU主控模块上，并通过MCU主控模块给GPS授时定位模块供电。

本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置进一步设置为：所述指示灯包括电源指示灯、系统初始化错误指示灯、PPS信号指示灯、TTL脉冲信号指示灯以及SD卡存盘指示灯。

为实现上述第二目的，本发明采用的技术方案为：一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法，其包括如下步骤：

1)，GPS授时定位模块接收GPS天线的GPS信号，通过RS232链路连接MCU主控模块的COM1接口，将GPS标准格式数据送出；

2)，GPS授时定位模块的PPS接口连接脉冲信号驱动模块的PPS接口，PPS信号经过脉冲信号驱动模块转换为多路PPS信号输出，其中PPS1接口连接MCU主控模块的CAP1接口，并记录脉冲发生时刻为T0；

3)，触发装置产生TTL脉冲信号经过光电隔离电路从MCU主控模块的CAP0接口输入，并记录脉冲触发时刻T1；

4)，在MCU主控模块中完成PPS和TTL脉冲的时刻运算，并得出时间差为IT，将该时间差加到T0时间的GPS标准数据中的时间信息上，从而得出TTL脉冲信号的准确触发时刻；

5)，将调整过GPS标准格式数据通过RS232链路发送给PC上位机，同时将该GPS标准格式数据存储到SD卡。

本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法进一步为：所述MCU主控模块依次进行SD卡外部存储初始化、I/O口配置、定时器配置、串行收发配置和循环检测的初始化流程。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法及其装置将GPS授时定位模块、PPS脉冲信号驱动装置、MCU主控模块等一体化集成到时刻记录和时钟同步装置上，同时实现了时刻记录功能和各海洋仪器之间的时钟同步功能，增加了系统的集成度，减小了整个装置的体积；

2.本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法及其装置采用了光电隔离电路，大大提高了装置的可靠性和抗干扰能力；

3.本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法及其装置提供装置状态指示灯功能，增加了装置的易用性，并提供SD卡存盘功能，用于数据备份，便于后期的数据处理。

附图说明

图1是本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置的整体方案图。

图2是本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置的详细方案图。

图3是本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置的脉冲信号时刻记录方法时序图。

图4是本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法的流程图。

图5是本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置的MCU主控模块的程序设计框图。

具体实施方式

请参阅说明书附图1至附图5所示，本发明为一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置，其由GPS天线1、时刻记录和时钟同步装置4、电源5、PC上位机2以及触发装置3等几部分组成。

其中，所述GPS天线1与时刻记录和时钟同步装置4连接；所述电源5、触发装置3分别连接至时刻记录和时钟同步装置4上；所述时刻记录和时钟同步装置4连接至PC上位机2上。

进一步的，所述时刻记录和时钟同步装置4由GPS授时定位模块6、MCU主控模块8、光电隔离电路7、脉冲信号驱动模块16、指示灯10和SD卡存储模块9等几部分组成。所述GPS授时定位模块6与GPS天线1相连，PPS接口和脉冲信号驱动模块16的PPS接口连接，COM接口和MCU主控模块8的COM1接口连接。所述脉冲信号驱动模块16的PPS1接口和MCU主控模块8的CAP1接口连接。所述MCU主控模块8的COM2接口和PC上位机2的COM接口连接。所述光电隔离电路7一端和触发装置3连接，另一端和MCU主控模块8的CAP0接口连接。所述指示灯10、SD卡存储模块9分别和MCU主控模 块8连接。

所述电源5连接至MCU主控模块8上，并通过MCU主控模块8给GPS授时定位模块6供电。

所述指示灯10包括电源指示灯11、系统初始化错误指示灯12、PPS信号指示灯13、TTL脉冲信号指示灯14以及SD卡存盘指示灯15。

所述MCU主控模块8采用NXP LPC17xx芯片。

本发明的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法如下：

1)，GPS授时定位模块6接收GPS天线1的GPS信号，通过RS232链路连接MCU主控模块8的COM1接口，将GPS标准格式数据送出；

2)，GPS授时定位模块6的PPS接口连接脉冲信号驱动模块16的PPS接口，PPS信号(PPS脉冲信号时序图如附图3所示)经过脉冲信号驱动模块16转换为多路PPS信号输出，其中PPS1接口连接MCU主控模块8的CAP1接口，并记录脉冲发生时刻为T0；

3)，触发装置3产生TTL脉冲信号(TTL脉冲信号时序图如附图3所示)经过光电隔离电路7从MCU主控模块8的CAP0接口输入，并记录脉冲触发时刻T1；

4)，在MCU主控模块8中完成PPS和TTL脉冲的时刻运算，并得出时间差为IT，将该时间差加到T0时间的GPS标准数据中的时间信息上，从而得出TTL脉冲信号的准确触发时刻；

5)，将调整过GPS标准格式数据通过RS232链路发送给PC上位机2，同时将该GPS标准格式数据存储到SD卡。

请参阅说明书附图附图5所示，本发明的MCU主控模块8依次进行SD卡外部存储初始化、I/O口配置、定时器配置、串行收发配置和循环检测的初始化流程。当发现有未处理事件，处理相应的事件。本程序中的主要事件包括GPS数据串行接收事件、PPS信号捕获中断事件、TTL信号捕获中断事件。当有捕获中断产生，判断捕获中断对象，若为PPS捕获中断，则记录定时器当前计数值T0，若为TTL捕获中断，进行GPS时间数据处理，并将经处理的GPS数据通过串口发送，最后将GPS数据存盘。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法，其采用一种用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步的装置，该装置包括GPS天线、时刻记录和时钟同步装置、电源、PC上位机以及触发装置；其中，所述GPS天线与时刻记录和时钟同步装置连接；所述电源、触发装置分别连接至时刻记录和时钟同步装置上；所述时刻记录和时钟同步装置连接至PC上位机上；所述时刻记录和时钟同步装置包括GPS授时定位模块、MCU主控模块、光电隔离电路、脉冲信号驱动模块、指示灯和SD卡存储模块；其中，所述GPS授时定位模块与GPS天线相连，PPS接口和脉冲信号驱动模块的PPS接口连接，COM接口和MCU主控模块的COM1接口连接；所述脉冲信号驱动模块的PPS1接口和MCU主控模块的CAP1接口连接；所述MCU主控模块的COM2接口和PC上位机的COM接口连接；所述光电隔离电路一端和触发装置连接，另一端和MCU主控模块的CAP0接口连接；所述指示灯、SD卡存储模块分别和MCU主控模块连接；所述指示灯包括电源指示灯、系统初始化错误指示灯、PPS信号指示灯、TTL脉冲信号指示灯以及SD卡存盘指示灯；其特征在于：包括如下步骤：

1)，GPS授时定位模块接收GPS天线的GPS信号，通过RS232链路连接MCU主控模块的COM1接口，将GPS标准格式数据送出；

2)，GPS授时定位模块的PPS接口连接脉冲信号驱动模块的PPS接口，PPS信号经过脉冲信号驱动模块转换为多路PPS信号输出，其中PPS1接口连接MCU主控模块的CAP1接口，并记录脉冲发生时刻为T0；

3)，触发装置产生TTL脉冲信号经过光电隔离电路从MCU主控模块的CAP0接口输入，并记录脉冲触发时刻T1；

4)，在MCU主控模块中完成PPS和TTL脉冲的时刻运算，并得出时间差为IT，将该时间差加到T0时间的GPS标准数据中的时间信息上，从而得出TTL脉冲信号的准确触发时刻；

5)，将调整过GPS标准格式数据通过RS232链路发送给PC上位机，同时将该GPS标准格式数据存储到SD卡。

2.如权利要求1所述的用于海洋仪器的时刻记录和时钟同步方法，其特征在于：所述MCU主控模块依次进行SD卡外部存储初始化、I/O口配置、定时器配置、串行收发配置和循环检测的初始化流程。