CN104423417A - 一种同步相量准确定时系统 - Google Patents

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陈宇晨
曹敏年
刘瑾
曾国辉
杨海马
岳燕
向珏良
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Abstract

本发明公开了一种同步相量准确定时系统，其包括GPS授时模块、同步触发电路、数字信号处理器、上位PC机、AD采样电路及信号采集调理器，所述信号采集调理器的输出通过AD采样电路与数字信号处理器相连，所述数字信号处理器通过高速接口与上位PC机相连，所述信号采集调理器采集被采样电压或者电流信号，并将该信号进行调理、滤波转换成便于数字信号处理器进行处理的模拟电压信号，所述GPS授时模块的输出端与数字信号处理器连接，所述GPS授时模块的输入端与同步触发电路连接。本发明提供的同步相量准确定时系统，可保证数字信号处理器不受温度等因素波动影响实现均匀的数据采集，实现了精确定时，具有实用价值。

Description

一种同步相量准确定时系统
技术领域
本发明涉及一种定时系统，尤其涉及一种精度高、受外界影响小的同步相量准确定时系统。
背景技术
众所周知，计算机的时钟一般都采用石英晶体振荡器。晶振体连续产生一定频率的时钟脉冲，计数器则对这些脉冲进行累计得到时间值。由于时钟振荡器的脉冲受环境温度、匀载电容、激励电平以及晶体老化等多种不稳定性因素的影响，故时钟本身不可避免地存在着误差。若计算机的时钟不经定期同步校准，其自由运行一段时间后的误差可达到系统应用所无法忍受的程度。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种精度高、受外界影响小的同步相量准确定时系统。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种同步相量准确定时系统，包括GPS授时模块、同步触发电路、数字信号处理器、上位PC机、AD采样电路及信号采集调理器，所述信号采集调理器的输出通过AD采样电路与数字信号处理器相连，所述数字信号处理器通过高速接口与上位PC机相连，所述信号采集调理器采集被采样电压或者电流信号，并将该信号进行调理、滤波转换成便于数字信号处理器进行处理的模拟电压信号，所述GPS授时模块的输出端与数字信号处理器连接，所述GPS授时模块的输入端与同步触发电路连接。
作为一种优选方案，所述数字信号处理器为TMS320F2812型。
作为进一步优选方案，所述数字信号处理器包括通过A/D转化接入的输入信号处理单元、通过D/A转化接出的输出信号处理单元、通讯及上位PC机接入的接口以及存储器。
作为一种优选方案，所述AD采样电路中设置有16位四相限高速AD采样芯片。
作为一种优选方案，所述信号采集调理器包括用于采集信号的信号采集模块和用于将信号采集模块采集到的电压或者电流信号进行调理、滤波转换的信号调理模块。
作为一种优选方案，所述GPS授时模块为信号采集调理器进行GPS时间的授入，并对AD采样电路实现同步触发。
作为进一步优选方案，所述GPS授时模块以GPS秒脉冲信号为同步信号，并产生同步的频率基准信号。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的同步相量准确定时系统，由于采用了GPS授时模块，因而保证了数字信号处理器不受温度等因素波动影响实现均匀的数据采集，实现了精确定时，具有实用价值。
附图说明
图1是本发明提供的同步相量准确定时系统的总体框图。
图2是本发明实际采集三相电流电压的示意图。
图3是本发明准确采样定时原理示意图。
图4是本发明对GPS秒脉冲信号进行均匀采样的示意图。
图5是本发明GPS授时模块的软件执行流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细、完整地说明。
如图1所示，本发明提供的同步相量准确定时系统包括GPS授时模块、同步触发电路、数字信号处理器、上位PC机、AD采样电路及信号采集调理器，所述信号采集调理器的输出通过AD采样电路与数字信号处理器相连，所述数字信号处理器通过高速接口与上位PC机相连，所述信号采集调理器采集被采样电压或者电流信号，并将该信号进行调理、滤波转换成便于数字信号处理器进行处理的模拟电压信号，所述GPS授时模块的输出端与数字信号处理器连接。
所述GPS授时模块的输入端与同步触发电路连接，GPS授时模块以GPS秒脉冲信号为同步信号，产生同步的频率基准信号，作为直接数字频率合成晶振信号输入数字信号处理器中，数字信号处理器将该信号输出到与GPS秒脉冲同步的同步触发电路。
所述数字信号处理器（DSP，是Digital Signal Processor的英文缩写）选用TMS320F2812型数字信号处理器，包括通过A/D转化接入的输入信号处理单元、通过D/A转化接出的输出信号处理单元、通讯及上位PC机接入的接口以及存储器；数字信号处理器是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器芯片，其主要运用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
所述AD采样电路中设置有16位四相限高速AD采样芯片。
所述信号采集调理器包括用于采集信号的信号采集模块和用于将信号采集模块采集到的电压或者电流信号进行调理、滤波转换的信号调理模块。其中，信号调理模块：电压、电流信号采集和调理模块主要用于电压、电流言号的采集和调理，该模块将电压、电流信号进行调理、滤波转换成方便DSP进行处理的0-3V的模拟电压信号输出。
信号处理模块：实现信号量的模数转换、FFT运算，包括DSP系统和AD采样电路。
数据传输模块：为实现同步数据采集系统将大量数据快速的传送给PC机进行显示及共享，需要高速的与PC机的接口单元。
GPS授时模块主要为采集装置进行GPS时间的精确授入、对A/D采样电路实现同步触发，也是采集装置实现异地同步采集功能的关键。
GPS时钟已成为世界上传播范围最广、精度最高的时间发布系统之一，GPS接收机接收到的GPS时钟与国际标准时间(UCT)保持高度同步，并具有如下特点：
(1)全球、全天候连续工作，用户数量不限；
(2)精度高：目前美国正在推行GPS现代化计划，已停止施加选择可用(SA——selectiveavailability)干扰，成倍提高了定位和授时精度,最高精度可达20ns；
(3)可以实现实时导航；
(4)GPS采用扩频和伪码技术，抗干扰很强；
(5)可靠性高，信号易于获得，只要获得一颗卫星就可以获得授时信息。
因此，采用GPS时钟可实现精确定时，可保证DSP在频率随温度等因素波动情况下实现均匀的数据采集。
图2所示为本发明系统实际采集三相电流电压的示意图。
图3所示为本发明的准确定时原理图：采用GPS的秒脉冲信号进行准确定时，从某一上升沿开始计数，到下一个脉冲上升沿停止计数，则计数值为N
在DSP中，晶振频率与定时器，计数器定时周期密切相关。
晶振←定时器（timer）←→计数器（counter）
图4所示为实现均匀采样原理图：设采样周期为Δt，当环境温度等因素发生变化时，电压电流的频率将产生变化，若采用传统的方法则可能造成一个周期信号内采样点数不同，即不均匀采样，因此可利用GPS的秒脉冲来同步信号进而减小这种误差。
具体实施步骤为：
1、设定某一晶振频率后，设定计数器的计数周期；
2、采用计数器对GPS信号的秒脉冲信号进行计数设计数值为N，则每个数的计数周期为1/N；
3、系统中采取鉴零电路来检测正弦波通过零点的情况，设采集到的正弦波周期为T，设每周期采样M点，则采样周期为T/M，若用GPS信号来实现精确定时则并实现相应的采样触发，以保证采样周期变化时能够实现动态采样；
4、为防止晶振随温度变化，则每秒计数的N值将发生变化，若采样周期T发生变化以同步信号获得的作为采样周期。
5、间隔一段时间对GPS秒脉冲信号进行采样，更新采样周期。
本发明的程序流程如下：
1、主程序流程
主程序用来负责将各功能子程序合理组织在一起，管理着整个系统软件部分主程序主要完成以下几个方面功能：
a)存储空间的分配；
b)Boot程序；
c)初始化程序；
d)流程控制。
2、本发明GPS授时模块的软件执行流程图如图5所示：
首先，进行程序初始化，然后发GPS接收板初始化命令，然后进行程序的自检，若自检通过那么进行下一步的提取时间信息，若自检没有通过则进行报警输出，然后进行调试，再次进行自检，直到通过自检为止，提取时间信息以后进行时间信息的处理，待时间信息处理完成后将该时间信息发送。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种同步相量准确定时系统，其特征在于：包括GPS授时模块、同步触发电路、数字信号处理器、上位PC机、AD采样电路及信号采集调理器，所述信号采集调理器的输出通过AD采样电路与数字信号处理器相连，所述数字信号处理器通过高速接口与上位PC机相连，所述信号采集调理器采集被采样电压或者电流信号，并将该信号进行调理、滤波转换成便于数字信号处理器进行处理的模拟电压信号，所述GPS授时模块的输出端与数字信号处理器连接，所述GPS授时模块的输入端与同步触发电路连接。
2.如权利要求1所述的同步相量准确定时系统，其特征在于：所述的数字信号处理器包括通过A/D转化接入的输入信号处理单元、通过D/A转化接出的输出信号处理单元、通讯及上位PC机接入的接口以及存储器。
3.如权利要求1所述的同步相量准确定时系统，其特征在于：所述的AD采样电路中设置有16位四相限高速AD采样芯片。
4.如权利要求1所述的同步相量准确定时系统，其特征在于：所述的信号采集调理器包括用于采集信号的信号采集模块和用于将信号采集模块采集到的电压或者电流信号进行调理、滤波转换的信号调理模块。
5.如权利要求1所述的同步相量准确定时系统，其特征在于：所述的GPS授时模块为信号采集调理器进行GPS时间的授入，并对AD采样电路实现同步触发。
6.如权利要求1或5所述的同步相量准确定时系统，其特征在于：所述的GPS授时模块以GPS秒脉冲信号为同步信号，并产生同步的频率基准信号。
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