CN106230577A - 一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法 - Google Patents

一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法，属于网络通信技术领域。该方法在由分别配置MCU、晶振、时钟芯片、存储器的一个主板和若干从板通过CAN总线通信连接构成的智能网荷互动终端中，主板和若干从板之间还接有时钟同步总线。本发明由于CAN总线对时后在第一毫秒时刻时钟同步总线就立即启动同步信号，将其相应的微秒计时器清零后与主板保持同步，实现了两者之间最优匹配，并引入了微秒定时确保了“毫秒”级的同步，CAN总线间隔1秒的同步信号安全避免了元器件个体差异的影响，因此显著提高了对智能网荷互动终端整体的SOE分辨率。

Description

一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高分辨率的方法，尤其是一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法，属于网络通信技术领域。
背景技术
智能网荷互动终端是一种基于高速网络通信以快速响应为目的、用于多条供配电线路电气量的采集、控制的实时测控装置。智能网荷互动终端由一块主板和若干块从板通过高速CAN总线连接构成（参见申请号201310124359.5、名称《一种基于智能电网的网荷互动多维运行系统》的中国专利文献），主板负责与主站通信，从板负责采集包括配电房内一次设备运行状态、控制设备动作信号以及告警信号在内各种事件的遥测、遥信量等数据信息。这些信息的正确与否直接影响系统的运行方式和调度人员的决策，对电网的安全稳定运行具有重要意义。
目前，电力系统的不断发展对SOE （Sequence Of Event,即事件顺序）分辨率的要求越来越高，虽然单个板SOE的分辨率问题基本解决（参见申请号为201310627487.1、名称为《一种提高远动终端SOE 时间分辨率的方法》的中国专利文献），但由于各板采用独立的处理器和晶振，而这些元器件之间的个体差异无法保证多板间的时钟达到毫秒级同步，因此多板SOE的分辨率问题始终没有得到妥善解决，结果对智能网荷互动终端整体的SOE分辨率产生不利影响。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种保证多板间时钟一致性的提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法，从而为电力系统的运行决策提供更为准确可靠的数据信息。
为了达到以上目的，本发明提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法在由分别配置MCU、晶振、时钟芯片、存储器的一个主板和若干从板通过CAN总线通信连接构成的智能网荷互动终端中，所述主板和若干从板之间还接有时钟同步总线；
所述主板运行步骤为：
第一步、上电后读取时钟芯片的绝对时钟并转换为相对时钟格式写入指定内存区域；所述相对时钟含有微秒计数器、毫秒计数器和分级计数器；
第二步、配置100微秒硬件中断，且控制每次进入中断处理状态时，将相对时钟的微秒计数器加100微秒；当微秒计数器到达1000时，毫秒计数器加1，同时微秒计数器清零；当毫秒计数器到达60000时，分级计数器加1，同时毫秒计数器清零；
第三步、配置CAN总线的通信速率为1Mbps，并控制CAN广播对时报文的通信及处理时间在200～300微秒；
第四步、配置时钟同步总线为输出模式；
第五步、判断相对时钟的分级计数器中计数是否等于5的整数倍、且毫秒计数器和微秒计数器的计数都等于0，如否则直接进行第六步；如是则通过以太网通道与SNTP（SimpleNetwork Time protocol 简单网络时间协议）服务器进行网络对时，对时成功后，将当前最新时钟以绝对时钟格式写入时钟芯片，同时以相对时钟格式写入指定内存区域，再进行第六步；
第六步、当相对时钟的秒级计数器计数变化时，通过CAN总线采用相对时钟格式对各从板发送广播对时指令，在200～300微秒内完成；
第七步、判断相对时钟的毫秒计数器和微秒计数器是否分别等1和0，如否则直接进行第八步；如是则通过时钟同步总线对当前输出电平取反，再进行第八步；
第八步、接收到从板主动上传的SOE，存储并择机上传主站；返回第五步循环运行；
所述从板运行步骤为：
步骤一、上电后初始化内存中的格式与主板一致的相对时钟；
步骤二、配置100微秒硬件中断，且控制每次进入中断处理状态时，将相对时钟的微秒计数器加100微秒；当微秒计数器到达1000时，毫秒计数器加1，同时微秒计数器清零；当毫秒计数器到达60000时，分级计数器加1，同时毫秒计数器清零；
步骤三、配置CAN总线的通信速率与主板通信速率匹配；
步骤四、配置时钟同步总线为输入模式；
步骤五、通过CAN总线接收主板发送的广播对时指令，写入相对时钟内存区域；
步骤六、判断时钟同步总线是否电平取反，如否则直接进行步骤七；如是则将毫秒计数器和微秒计数器分别修改为1和0，再进行步骤七；
步骤七、判断遥信状态是否发生变位且超过防抖时间，如否则返回步骤五，如是则取当前相对时钟的时间生成SOE并通过CAN总线上传给主板，再返回步骤五。
本发明由于采取了如下独特的技术手段，因此显著提高了对智能网荷互动终端整体的SOE分辨率：
1、实现了CAN总线和时钟同步总线的最优匹配——一方面通信速率高达1MbpsCAN纵向有200-300微秒的通信时间，而各从板处理对时报文的时间由其程序当前的运行状态决定，通常存在100-200微秒误差，因此综合误差可达300-500微秒。消除此综合误差依靠时钟同步总线与CAN总线的匹配完成。本发明一旦CAN总线对时完成后，在第一毫秒时刻时钟同步总线就立即启动同步信号，将其相应的微秒计时器清零后与主板保持同步，因此两者之间实现了最优匹配。
2、引入了微秒定时，使时钟具有了更为精准的最小刻度，与现有技术的毫秒级定时相比，可以微秒级的同步运算精度确保“毫秒”级的同步。
3、CAN总线间隔1秒的同步信号可以安全地避免元器件个体差异的影响，确保实现毫秒级同步。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一个实施例的主板运行流程图。
图2是本发明一个实施例的从板运行流程图。
图3是图1、图2实施例的SNTP对时时序图。
图4是图1、图2实施例的高速CAN总线 /时钟同步总线对时时序图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法在由分别配置MCU、晶振、时钟芯片、存储器的一个主板和若干从板通过CAN总线通信连接构成的智能网荷互动终端中，主板和若干从板之间还接有时钟同步总线。主板运行参见图1所示，涉及到的SNTP对时时序、高速CAN总线 /时钟同步总线对时时序参见图3、图4，具体运行步骤为：
第一步、上电后立即读取时钟芯片的绝对时钟，绝对时钟由六部分组成：byYear采用1字节表示年，byMonth采用1字节表示月，byDay采用1字节表示日，byHour采用1字节表示时，byMinute采用1字节表示分，bySecond采用1字节表示秒，绝对时钟数据结构如下：
struct VAbsoluteClock /* 绝对时钟 */
{
BYTE byYear; /* 年 */
BYTE byMonth; /* 月 */
BYTE byDay; /* 日 */
BYTE byHour; /* 时 */
BYTE byMinute; /* 分 */
BYTE bySecond; /* 秒 */
};
读取时钟芯片的绝对时钟并转换为相对时钟格式写入指定内存区域，相对时钟含有微秒计数器、毫秒计数器和分级计数器。具体为读取绝对时钟成功后，将绝对时钟转换为相对时钟格式，相对时钟表示从2000年1月1日起所走的相对时钟数，将相对时钟写入指定内存区域。相对时钟由三部分内容组成：分级计数器dwMinute采用4字节，表示从2000年1月1日起的分钟数；毫秒计数器wMSecond采用2字节，表示当前不足1分钟的毫秒数；微秒计数器wUSecond采用2字节，表示当前不足1毫秒的微秒数，相对时钟数据结构如下：
struct VRelativeClock /* 相对时钟 */
{
DWORD dwMinute; /* 分级计数器，从2000年1月1日起的分钟数 */
WORD wMSecond; /* 毫秒计数器，不足1分钟的毫秒数 */
WORD wUSecond; /* 微秒计数器，不足1毫秒的微秒数 */
};
第二步、配置100微秒硬件中断，且控制每次进入中断处理状态时，将相对时钟的微秒计数器wUSecond加100微秒；当微秒计数器wUSecond到达1000时，毫秒计数器wMSecond加1，同时微秒计数器wUSecond清零；当毫秒计数器wMSecond到达60000时，分级计数器dwMinute加1，同时毫秒计数器清零；
第三步、配置CAN总线的通信速率为1Mbps，并控制CAN广播对时报文的通信及处理时间在200～300微秒；
第四步、配置时钟同步总线为输出模式；
第五步、判断相对时钟的分级计数器dwMinute中计数是否等于5的整数倍、且毫秒计数器wMSecond和微秒计数器wUSecond的计数都等于0，如否则直接进行第六步；如是则通过以太网通道与SNTP（Simple Network Time protocol 简单网络时间协议）服务器进行网络对时，对时成功后，将当前最新时钟以绝对时钟格式写入时钟芯片，同时以相对时钟格式写入指定内存区域，再进行第六步；
第六步、当相对时钟dwMinute的秒级计数器计数变化时（相当于间隔1秒），通过CAN总线采用相对时钟格式对各从板发送广播对时指令，在200～300微秒内完成；
第七步、判断相对时钟的毫秒计数器wMSecond和微秒计数器是wUSecond否分别等1和0，如否则直接进行第八步；如是则通过时钟同步总线对当前输出电平取反，再进行第八步；
第八步、接收到从板主动上传的SOE，存储并择机上传主站；返回第五步循环运行。
为降低成本，与主板高速CAN总线、时钟同步总线通信连接的各从板配置相对主板较少，主要包括MCU、晶振等，其相应的运行过程参见图2，具体为：
步骤一、上电后初始化内存中的格式与主板一致的相对时钟；
步骤二、配置100微秒硬件中断，且控制每次进入中断处理状态时，将相对时钟的微秒计数器wUSecond加100微秒；当微秒计数器wUSecond到达1000时，毫秒计数器wMSecond加1，同时微秒计数器wUSecond清零；当毫秒计数器wMSecond到达60000时，分级计数器dwMinute加1，同时毫秒计数器wMSecond清零；
步骤三、配置CAN总线的通信速率与主板通信速率匹配，使之能够正常接收主板的对时指令；
步骤四、配置时钟同步总线为输入模式；
步骤五、通过CAN总线接收主板发送的广播对时指令，写入相对时钟内存区域；
步骤六、判断时钟同步总线是否电平取反，如否则直接进行步骤七；如是则将毫秒计数器和wMSecond微秒计数器wUSecond分别修改为1和0，再进行步骤七；
步骤七、判断遥信状态是否发生变位且超过防抖时间，如否则返回步骤五，如是则取当前相对时钟的时间生成SOE并通过CAN总线上传给主板，再返回步骤五。
这样，CAN总线和时钟同步总线得到完美匹配，一旦CAN对时完成后，在第一个毫秒时刻时钟同步总线就立即配合启动同步信号，将相应的微秒计时器清零处理，和主板保持同步。微秒定时器作为时钟的最小刻度确保了“毫秒”的同步。而CAN总线间隔1秒的同步信号消除了元器件之间个体差异的影响，进一步保证了毫秒级同步。可见，本实施例妥善解决了智能网荷互动终端多板之间长期存在的未精确同步问题，进而提高智能网荷互动终端多板分辨率，为电力系统的运行决策提供准确可靠的数据信息。

Claims (3)

1.一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法，在由分别配置MCU、晶振、时钟芯片、存储器的一个主板和若干从板通过CAN总线通信连接构成的智能网荷互动终端中，其特征在于：所述主板和若干从板之间还接有时钟同步总线；
所述主板运行步骤为：
第一步、上电后读取时钟芯片的绝对时钟并转换为相对时钟格式写入指定内存区域；所述相对时钟含有微秒计数器、毫秒计数器和分级计数器；
第二步、配置100微秒硬件中断，且控制每次进入中断处理状态时，将相对时钟的微秒计数器加100微秒；当微秒计数器到达1000时，毫秒计数器加1，同时微秒计数器清零；当毫秒计数器到达60000时，分级计数器加1，同时毫秒计数器清零；
第三步、配置CAN总线的通信速率为1Mbps，并控制CAN广播对时报文的通信及处理时间在200～300微秒；
第四步、配置时钟同步总线为输出模式；
第五步、判断相对时钟的分级计数器中计数是否等于5的整数倍、且毫秒计数器和微秒计数器的计数都等于0，如否则直接进行第六步；如是则通过以太网通道与SNTP服务器进行网络对时，对时成功后，将当前最新时钟以绝对时钟格式写入时钟芯片，同时以相对时钟格式写入指定内存区域，再进行第六步；
第六步、当相对时钟的秒级计数器计数变化时，通过CAN总线采用相对时钟格式对各从板发送广播对时指令，在200～300微秒内完成；
第七步、判断相对时钟的毫秒计数器和微秒计数器是否分别等1和0，如否则直接进行第八步；如是则通过时钟同步总线对当前输出电平取反，再进行第八步；
第八步、接收到从板主动上传的SOE，存储并择机上传主站；返回第五步循环运行；
所述从板运行步骤为：
步骤一、上电后初始化内存中的格式与主板一致的相对时钟；
步骤二、配置100微秒硬件中断，且控制每次进入中断处理状态时，将相对时钟的微秒计数器加100微秒；当微秒计数器到达1000时，毫秒计数器加1，同时微秒计数器清零；当毫秒计数器到达60000时，分级计数器加1，同时毫秒计数器清零；
步骤三、配置CAN总线的通信速率与主板通信速率匹配；
步骤四、配置时钟同步总线为输入模式；
步骤五、通过CAN总线接收主板发送的广播对时指令，写入相对时钟内存区域；
步骤六、判断时钟同步总线是否电平取反，如否则直接进行步骤七；如是则将毫秒计数器和微秒计数器分别修改为1和0，再进行步骤七；
步骤七、判断遥信状态是否发生变位且超过防抖时间，如否则返回步骤五，如是则取当前相对时钟的时间生成SOE并通过CAN总线上传给主板，再返回步骤五。
2.根据权利要求1所述一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法，其特征在于：所述绝对时钟数据结构如下：
struct VAbsoluteClock /* 绝对时钟 */
{
BYTE byYear; /* 年 */
BYTE byMonth; /* 月 */
BYTE byDay; /* 日 */
BYTE byHour; /* 时 */
BYTE byMinute; /* 分 */
BYTE bySecond; /* 秒 */
}。
3.根据权利要求1或2所述一种提高智能网荷互动终端多板分辨率的方法，其特征在于：所述相对时钟数据结构如下：
struct VRelativeClock /* 相对时钟 */
{
DWORD dwMinute; /* 分级计数器，从2000年1月1日起的分钟数 */
WORD wMSecond; /* 毫秒计数器，不足1分钟的毫秒数 */
WORD wUSecond; /* 微秒计数器，不足1毫秒的微秒数 */
}。
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