CN106301749A - 一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，包括机盒和时钟单元，时钟单元的输入端连接有接收单元，时钟单元的输出端连接有输出单元，接收单元包括北斗模块和GPRS模块，北斗模块和GPRS模块的输入端连接有接收天线，北斗模块和GPRS模块的输出端连接有信号调理模块；时钟单元包括核心处理器，核心处理器的数据输入端连接有信息读取模块，核心处理器的输出端连接有信息交换模块，信息交换模块连接到输出单元的输入端，核心处理器还连接有PPL锁相环模块、人机交互模块和电源模块。本发明采用北斗加GPS的双时钟同步方案，可实现由本装置所构成的主时钟内部时间在纳秒级精度内准确并保持稳定输出。

Description

一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置
技术领域
本发明涉及北斗应用技术领域，具体为一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置。
背景技术
现代电网的主要特征是远距离输电，高电压、大机组，其运行监控的基础是通信技术、继电保护技术以及计算机技术。电网运行状况随着时间而不断变化，同时，它又是分层管理的。某些电力设备要听从远距离调度员的指令来运行。所以一个统一的精确的时间标准在电网中是至关重要的，时间标准在电力系统中的继电保护、计算机通信网络、运行表报、故障录波、事件顺序记录、雷电定位、实时信息采集、AGC调频与负荷控制等很多领域都非常重要。目前，电力系统中的时间同步通常选用美国的GPS接收器，由于处理方式、接口标准不统一，整个系统的可靠性无法保证，而且过于依赖于GPS，对于重要的国家安全信息容易造成泄漏。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，可实现由本装置所构成的主时钟内部时间在纳秒级精度内准确并保持稳定输出，有利于维护信息安全，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，包括机盒和时钟单元，所述时钟单元的输入端连接有接收单元，时钟单元的输出端连接有输出单元，且时钟单元、接收单元和输出单元均安装在机盒的内部，所述接收单元包括北斗模块和GPRS模块，所述北斗模块和GPRS模块的输入端连接有接收天线，北斗模块和GPRS模块的输出端连接有信号调理模块；所述时钟单元包括核心处理器，所述核心处理器的数据输入端连接有信息读取模块，核心处理器的输出端连接有信息交换模块，信息交换模块连接到输出单元的输入端，核心处理器还连接有PPL锁相环模块、人机交互模块和电源模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述北斗模块和GPS模块的主要组成均为基带芯片，所述北斗模块采用GM4660系列芯片，所述GPS模块采用SIRF三代芯片，且基带芯片的输入端均连接有射频收发器，所述射频收发器的输入端连接到接收天线。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信号调理模块包括低噪声放大器，所述低噪声放大器的输出端连接有带通滤波器，所述带通滤波器的输出端连接有调制解调器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述核心处理器采用ARM11系列嵌入式处理器，且核心处理器还连接有64Kb的同步动态随机存储器和25MHz的时钟晶振。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信息读取模块包括UART转换串口，所述UART转换串口的输出端连接有模数转换器，所述模数转换器的输出端连接有解码器，所述解码器的输出端连接到核心处理器的数据输入端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信息交换模块包括编码器和静态存储器，所述编码器的输入端连接到核心处理器的输出端，且编码器的输出端还连接有RS232通信接口，所述静态存储器内置有标准编码数据库。
作为本发明一种优选的技术方案，所述PPL锁相环模块包括鉴相器和压控振荡器，所述鉴相器连接到核心处理器，鉴相器和压控振荡器之间还连接有滤波器，所述压控振荡器输出端连接有分频器，所述分频器的输出端反馈连接到鉴相器的输入端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述人机交互模块包括液晶触摸屏和输入键盘，所述液晶触摸屏和输入键盘的数据端连接有电平转换器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电源模块包括锂电池组和电压变换器，所述电压变换器的输出端还连接有多路电子开关。
作为本发明一种优选的技术方案，所述输出单元连接到RS232通信接口，且输出单元由多个串行输出端口组成，包括TTL电平输出端口、RS405输出端口和光纤接口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于北斗系统的电力系统时间同步装置，通过设置北斗模块和GPS模块，利用双定位系统提高装置的稳定性能；通过设置PPL锁相环模块，利用鉴相器和压控振荡器结合滤波器和分频器，实现相位跟踪和反馈调节，从而保证了输入输出信号的严格同步，从而提高定时授时精度；通过设置RS232通信接口和UART转换串口，实现了不同模块之间的数据格式转换，并且通过输出单元可以连接多个不同类型的对时设备，提高装置通用性能；本发明采用北斗加GPS的双时钟同步方案，可实现由本装置所构成的主时钟内部时间在纳秒级精度内准确并保持稳定输出，有利于维护信息安全。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明剖面结构示意图；
图3为PPL锁相环模块电路原理图。
图中：1-机盒；2-时钟单元；3-接收单元；4-输出单元；5-北斗模块；6-GPRS模块；7-信号调理模块；8-核心处理器；9-信息读取模块；10-信息交换模块；11-PPL锁相环模块；12-人机交互模块；13-电源模块；14-接收天线；15-基带芯片；16-射频收发器；17-低噪声放大器；18-带通滤波器；19-调制解调器；20-同步动态随机存储器；21-时钟晶振；22-UART转换串口；23-模数转换器；24-解码器；25-编码器；26-静态存储器；27-鉴相器；28-压控振荡器；29-滤波器；30-分频器；31-液晶触摸屏；32-输入键盘；33-电平转换器；34-锂电池组；35-电压变换器；36-多路电子开关；37-RS232通信接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，包括机盒1和时钟单元2，所述时钟单元2的输入端连接有接收单元3，时钟单元2的输出端连接有输出单元4，且时钟单元2、接收单元3和输出单元4均安装在机盒1的内部，其特征在于：所述接收单元3包括北斗模块5和GPRS模块6，所述北斗模块5和GPRS模块6的输入端连接有接收天线14，北斗模块5和GPRS模块6的输出端连接有信号调理模块7；所述时钟单元2包括核心处理器8，所述核心处理器8的数据输入端连接有信息读取模块9，核心处理器8的输出端连接有信息交换模块10，信息交换模块10连接到输出单元4的输入端，核心处理器8还连接有PPL锁相环模块11、人机交互模块12和电源模块13；
所述北斗模块5和GPS模块6的主要组成均为基带芯片15，所述北斗模块5采用GM4660系列芯片，所述GPS模块6采用SIRF三代芯片，且基带芯片15的输入端均连接有射频收发器16，所述射频收发器16的输入端连接到接收天线14；所述信号调理模块7包括低噪声放大器17，所述低噪声放大器17的输出端连接有带通滤波器18，所述带通滤波器18的输出端连接有调制解调器19；所述核心处理器8采用ARM11系列嵌入式处理器，且核心处理器8还连接有64Kb的同步动态随机存储器20和25MHz的时钟晶振21；所述信息读取模块9包括UART转换串口22，所述UART转换串口22的输出端连接有模数转换器23，所述模数转换器23的输出端连接有解码器24，所述解码器24的输出端连接到核心处理器8的数据输入端；所述信息交换模块10包括编码器25和静态存储器26，所述编码器25的输入端连接到核心处理器8的输出端，且编码器25的输出端还连接有RS232通信接口37，所述静态存储器26内置有标准编码数据库；
所述PPL锁相环模块11包括鉴相器27和压控振荡器28，所述鉴相器27连接到核心处理器8，鉴相器27和压控振荡器28之间还连接有滤波器29，所述压控振荡器28输出端连接有分频器30，所述分频器30的输出端反馈连接到鉴相器27的输入端；所述人机交互模块12包括液晶触摸屏31和输入键盘32，所述液晶触摸屏31和输入键盘32的数据端连接有电平转换器33；所述电源模块13包括锂电池组34和电压变换器35，所述电压变换器35的输出端还连接有多路电子开关36；所述输出单元4连接到RS232通信接口37，且输出单元4由多个串行输出端口组成，包括TTL电平输出端口、RS405输出端口和光纤接口。
本发明的工作原理：所述机盒1用于实现内部元件的安装与集成，所述接收单元3接收来自定位系统的卫星信号，并进行相应的信号调理后送入至时钟单元2，所述时钟单元2将接收到的进行处理编码后产生标准的时钟信息编码，所述输出单元4用于连接需要对时的被授时设备。
(1)所述接收单元3设置北斗模块5和GPRS模块6两种定位授时模块，互为备用，从而提高稳定性能，所述接收天线14用于感应来自卫星发出的电磁波信号，基带芯片15控制射频收发器16从接收天线14获取信息，再通过信号调理模块7将接收到的混频信号进行处理：首先通过低噪声放大器17将接收到的信号进行放大处理，再通过带通滤波器18进行滤波除去干扰信号，最后放大滤波后的信号经过调制解调器19进行解调还原；
(2)所述核心处理器8用于控制接收信号、进行数据处理并控制信号输出，所述同步动态随机存储器20用于扩大核心处理器8的RAM容量并实现动态缓存，从而提高处理速度，所述时钟晶振21用于提供标准振荡周期；所述信息读取模块9用于读取接收单元3的输出信号，所述UART转换串口22将调制解调器19的输出信号转换成UART格式，再通过模数转换器23进行模数转换变成数字信号，转换后的数据交由解码器24进行解码操作；
(3)所述PPL锁相环模块11用于实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，从而保证输入信号与输出信号完全同步，所述鉴相器27用于鉴别输入信号与输出信号之间的相位差，并输出误差电压，所述滤波器29滤除误差电压中的干扰信号，所述压控振荡器28将电路的输出振荡频率拉向环路输入信号频率，所述分频器30用于采集反馈频率信号实现反馈；
(4)所述信息交换模块10用于实现授时信号输出，所述核心处理器8控制编码器25将接收到的数据进行编码，通过从静态存储器26的标准编码数据库进行比对查找，最终生成标准B码；最终生成的标准B码通过输出单元4传输到需要对时的设备终端；
(5)所述人机交互模块12用于实现人机交互操作，所述液晶触摸屏31用于实现界面显示和选择操作，所述输入键盘32用于输入指令，所述电平转换器33用于实现液晶触摸屏31和输入键盘32电平与TTL电平之间的转换；所述电源模块13为整个装置供电，所述锂电池组34提供供电电压，所述电压变换器35实现电压变换以适应不同模块要求，所述多路电子开关36在核心处理器8的控制下实现对不同工作模块的通断控制。
该基于北斗系统的电力系统时间同步装置，通过设置北斗模块5和GPS模块6，利用双定位系统提高装置的稳定性能；通过设置PPL锁相环模块11，利用鉴相器和27、压控振荡28结合滤波器29和分频器30，实现相位跟踪和反馈调节，从而保证了输入输出信号的严格同步，从而提高定时授时精度；通过设置RS232通信接口37和UART转换串口22，实现了不同模块之间的数据格式转换，并且通过输出单元4可以连接多个不同类型的对时设备，提高装置通用性能；本发明采用北斗加GPS的双时钟同步方案，可实现由本装置所构成的主时钟内部时间在纳秒级精度内准确并保持稳定输出，有利于维护信息安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，包括机盒(1)和时钟单元(2)，所述时钟单元(2)的输入端连接有接收单元(3)，时钟单元(2)的输出端连接有输出单元(4)，且时钟单元(2)、接收单元(3)和输出单元(4)均安装在机盒(1)的内部，其特征在于：所述接收单元(3)包括北斗模块(5)和GPRS模块(6)，所述北斗模块(5)和GPRS模块(6)的输入端连接有接收天线(14)，北斗模块(5)和GPRS模块(6)的输出端连接有信号调理模块(7)；所述时钟单元(2)包括核心处理器(8)，所述核心处理器(8)的数据输入端连接有信息读取模块(9)，核心处理器(8)的输出端连接有信息交换模块(10)，信息交换模块(10)连接到输出单元(4)的输入端，核心处理器(8)还连接有PPL锁相环模块(11)、人机交互模块(12)和电源模块(13)。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述北斗模块(5)和GPS模块(6)的主要组成均为基带芯片(15)，所述北斗模块(5)采用GM4660系列芯片，所述GPS模块(6)采用SIRF三代芯片，且基带芯片(15)的输入端均连接有射频收发器(16)，所述射频收发器(16)的输入端连接到接收天线(14)。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述信号调理模块(7)包括低噪声放大器(17)，所述低噪声放大器(17)的输出端连接有带通滤波器(18)，所述带通滤波器(18)的输出端连接有调制解调器(19)。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述核心处理器(8)采用ARM11系列嵌入式处理器，且核心处理器(8)还连接有64Kb的同步动态随机存储器(20)和25MHz的时钟晶振(21)。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述信息读取模块(9)包括UART转换串口(22)，所述UART转换串口(22)的输出端连接有模数转换器(23)，所述模数转换器(23)的输出端连接有解码器(24)，所述解码器(24)的输出端连接到核心处理器(8)的数据输入端。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述信息交换模块(10)包括编码器(25)和静态存储器(26)，所述编码器(25)的输入端连接到核心处理器(8)的输出端，且编码器(25)的输出端还连接有RS232通信接口(37)，所述静态存储器(26)内置有标准编码数据库。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述PPL锁相环模块(11)包括鉴相器(27)和压控振荡器(28)，所述鉴相器(27)连接到核心处理器(8)，鉴相器(27)和压控振荡器(28)之间还连接有滤波器(29)，所述压控振荡器(28)输出端连接有分频器(30)，所述分频器(30)的输出端反馈连接到鉴相器(27)的输入端。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述人机交互模块(12)包括液晶触摸屏(31)和输入键盘(32)，所述液晶触摸屏(31)和输入键盘(32)的数据端连接有电平转换器(33)。
9.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述电源模块(13)包括锂电池组(34)和电压变换器(35)，所述电压变换器(35)的输出端还连接有多路电子开关(36)。
10.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的电力系统时间同步装置，其特征在于：所述输出单元(4)连接到RS232通信接口(37)，且输出单元(4)由多个串行输出端口组成，包括TTL电平输出端口、RS405输出端口和光纤接口。
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