CN108601080B - 一种基于无线通信的时间同步信号传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的时间同步信号传输方法，主设备接收时间同步信号测试仪的时间信号并解析，获得时间信息，生成包含时间信息的时间报文，并传输给每个从设备；从设备接收主设备发送的时间报文并产生中断信号，对时间报文内容解析，获得秒极时间，根据中断信号获得纳秒级时间，对纳秒级时间进行补偿，得到准确的对时信息，生成IRIG‑B码对时时间信号，并输出至待对时的测试设备。本发明摆脱了时间同步信号测试工作中的布线、搬运测试仪、架设卫星接收天线等限制。

Description

一种基于无线通信的时间同步信号传输方法和装置

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种基于无线通信的时间同步信号传输方法和装置。

背景技术

电力系统领域中，对很多设备都有时间精度的要求。在对电力系统设备进行时间同步精度测试时，有两种方法：

一、将被测试设备接线至时间同步信号测试仪，这样需要在被测试设备和时间同步信号测试仪之间布置线缆，在被测试设备较多的情况下，需要布置多条线缆，极为不便。此外，测试人员在布线、整理线路时，会浪费大量时间，降低测试工作效率。

二、搬运时间同步信号测试仪至每一台被测试设备附近进行测试工作，时间同步信号测试仪需要外接室外天线才能从卫星上获取时间基准，这样不但搬运不便，而且每搬运一次都需要对测试仪天线重新进行一次布置。

而在电力系统的电厂、变电站现场进行测试时，现场设备比较多，屏柜排列密集，上述两个方法存在的弊端更为明显。因此，如何将测试仪的时间信号进行传输，仍是待解决的技术问题。

发明内容

为了减少布置整理线路浪费的时间，避免搬运设备及布线带来的不便，提高测试人员效率，本发明提出了一种基于无线通信的时间同步信号传输方法和装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于无线通信的时间同步信号传输方法，该方法包括以下步骤：

主设备接收时间同步信号测试仪的时间信号并解析，获得时间信息，生成包含时间信息的时间报文，并传输给每个从设备；

从设备接收主设备发送的时间报文并产生中断信号，对时间报文内容解析，获得秒极时间，根据中断信号获得纳秒级时间，对纳秒级时间进行补偿，得到准确的对时信息，生成IRIG-B码对时时间信号，并输出至待对时的测试设备。

进一步的，所述时间信号包括GPS信号、北斗信号和IRIG-B码信号。

进一步的，所述时间报文内包含当前时间的总秒值，通过对总秒值进行年月日的换算，可得到当前时间。

进一步的，所述根据中断信号获得纳秒级时间的步骤包括：

从设备将中断的发生时间作为时间的准时沿，对秒极时间进行校准，获得纳秒级时间。

进一步的，所述对纳秒级时间进行补偿的步骤包括：

统计一段时间内多个中断信号的时间偏差，去除最大偏差值和最小偏差值，计算偏差均值，作为抖动偏差；

根据抖动偏差对纳秒级时间进行补偿，获得准确的对时信息。

一种基于无线通信的时间同步信号传输装置，该装置包括主设备和多个从设备，

所述主设备，被配置为接收时间同步信号测试仪的时间信号并解析，获得时间信息，生成包含时间信息的时间报文，并传输给每个从设备；

所述从设备，被配置为接收主设备发送的时间报文并产生中断信号，对时间报文内容解析，获得秒极时间，根据中断信号获得纳秒级时间，对纳秒级时间进行补偿，得到准确的对时信息，生成IRIG-B码对时时间信号，并输出至待对时的测试设备。

进一步的，所述主设备包括第一输入输出模块、第一信息处理模块和第一无线模块，其中，

所述第一输入输出模块用于接收时间同步信号测试仪的时间信号，发送至第一信息处理模块；

所述第一信息处理模块用于时间信号并解析，获得准确的时间信息，并处理成包含时间信息的时间报文，发送至第一无线模块；

所述第一无线模块用于通过无线网络将接收到的包含时间信息的时间报文传输给每个从设备。

进一步的，所述第一信号处理模块包括FPGA处理器和ARM处理器；

所述FPGA处理器用于对接收到的时间信号进行解析，得到时间信息，并发送至ARM处理器；

所述ARM处理器用于对接收到的时间信息进行处理，生成包括时间信息的时间报文。

进一步的，所述从设备包括第二输入输出模块、第二信息处理模块和第二无线模块，其中，

所述第二无线模块用于接收主设备发送的包含时间信息的时间报文，并产生中断信号，将包含时间信息的时间报文和中断信号发送至第二信息处理模块；

所述第二信息处理模块用于对包含时间信息的报文内容进行解析，获得秒级时间，根据接收到的中断信号获得纳秒级时间，对纳秒级时间进行补偿，得到准确的对时信息，生成IRIG-B码对时时间信号，并发送至第二输入输出模块；

所述第二输入输出模块用于接收IRIG-B码对时时间信号，并输出至待对时的测试设备。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明摆脱了时间同步信号测试工作中的布线、搬运测试仪、架设卫星接收天线等限制；

(2)本发明通过硬件定制与软件算法的过滤，降低了时间信号在无线传输过程中的抖动影响，对时精度偏差控制在150ns以内，满足电力系统的精度要求；

(3)本发明基于该方法所生产的设备成本低，体积小，配置灵活，满足工程及现场的应用需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是基于无线通信的时间同步信号传输装置结构图；

图2是基于无线通信的时间同步信号传输方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在布置整理线路浪费时间，需要搬运设备和重新布置测试仪天线的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于无线通信的时间同步信号传输方法和装置，减少布置整理线路浪费的时间，避免搬运设备及布线带来的不便，提高测试人员效率。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种基于无线通信的时间同步信号传输装置，该装置包括三组设备，一组作为主设备，剩下两组作为从设备，标号1号、2号，有输入信号的设备作为主设备，没有的为从设备。将时间同步信号测试仪的RIG-B码信号、GPS信号或北斗信号作为主设备输入信号，连接到主设备的输入接口，从设备设定为两个。

所述主设备，被配置为接收时间同步信号测试仪的时间信号并解析，获得时间信息，生成包含时间信息的时间报文，并传输给每个从设备。

所述主设备包括第一输入输出模块、第一信息处理模块和第一无线模块。主设备通电后，主设备初始化配置，给定主设备无线模块地址，将时间同步信号测试仪的IRIG-B码输出信号作为主设备的第一输入输出模块的输入信号，IRIG-B码输入信号进入第一信号处理模块，第一信号处理模块中的FPGA处理器对IRIG-B码信号处理，经过软件处理后获得准确的时间信息，发送给第一信号处理模块中的ARM处理器，通过ARM处理器对时间信息进行处理，生成可用于无线传输的包含时间信息的时间报文，ARM处理器通过SPI将包含时间信息的时间报文发送至第一无线模块信息。所述ARM处理器采用STM32系列微控制器。

主设备初始化后，主设备的第一无线模块具有自己的地址，主设备的第一信号处理模块控制时间报文发送，给定第一无线模块CE引脚控制信号后，主设备的第一无线模块与从设备的第二无线模块建立联系，通过无线网络将处理后包含时间信息的时间报文传输给从设备的第二无线模块，1号、2号从设备作出响应。

所述1号、2号从设备分别包括第二输入输出模块、第二信息处理模块和第二无线模块。1号、2号作为从设备，在主设备发送数据后，给出响应，接收主设备发送的时间报文数据，时间报文数据接收完成后，从设备的第二无线模块IRQ引脚产生中断信号，用作数据接收完成信号，时间报文数据和中断信号都送入从设备的第二信号处理模块处理；第二无线模块接收的数据通过SPI进入第二信号处理模块。

所述第二信息处理模块对包含时间信息的时间报文进行处理，主要包括两部分：

(1)通过时间报文获得的秒级以上的时间，从设备的第二信号处理模块接收到时间报文，第二信号处理模块通过软件算法对时间报文内容解析，获得准确的秒级时间。

(2)通过接收完成产生的中断信号获得的纳秒级时间；信号处理模块根据接收的无线模块IRQ中断信号获得纳秒级时间。

(3)对纳秒级时间的抖动时间进行补偿，获得准确的对时时间信息，生成IRIG-B码对时时间信号，送到第二输入输出模块。

所述第二输入输出模块通过输出接口将IRIG-B码对时时间信号发送至需要对时的测试设备。

在本实施例中，所述第一输入输出模块和第二输入输出模块分别采用现有技术结构，在文中不再赘述。所述第一无线模块和第二无线模块采用现有技术结构，在文中不再赘述。

本发明提出的基于无线通信的时间同步信号传输装置，通过主设备和从设备实现时间信号的无线传输，摆脱了时间同步信号测试工作中的布线、搬运测试仪、架设卫星接收天线等限制，并对时间信号进行补偿，降低了时间信号在无线传输过程中的抖动影响，对时精度偏差控制在150ns以内，满足电力系统的精度要求。

本申请的另一种典型方式，如图2所示，提供了一种基于无线通信的时间同步信号传输方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：主设备处理接收时间同步信号测试仪的时间信号，生成包含时间信息的时间报文；

步骤二：主设备向从设备发送包含时间信息的时间报文；

步骤三：从设备接收包含时间信息的时间报文；

步骤四：从设备处理接收到的包含时间信息的时间报文，得到准确的对时信息；

步骤五：从设备输出对时信息，完成基于无线通信的时间同步信号传输。

在上述的步骤一中，所述主设备处理接收的时间信号的具体方法为：

主设备通电后，主设备初始化配置，给定主设备的第一无线模块地址，将时间同步信号测试仪的IRIG-B码输出信号作为主设备的第一输入输出模块的输入信号，IRIG-B码输入信号进入主设备的第一信号处理模块，第一信号处理模块中的FPGA对IRIG-B码信号处理，经过软件处理后获得准确的时间信息，发送给第一信号处理模块中的STM32处理，生成可用于无线传输的包含时间信息的时间报文，STM32通过SPI将包含时间信息的时间报文发送至第一无线模块。

在上述的步骤二中，所述主设备发送时间报文的具体方法为：

主设备初始化后，主设备的第一无线模块具有自己的地址，主设备的第一信号处理模块控制时间报文发送，给定第一无线模块CE引脚控制信号后，主设备的第一无线模块与从设备的第二无线模块建立联系，通过无线网络将处理后包含时间信息的时间报文传输给从设备的第二无线模块，1号、2号从设备作出响应。

在上述的步骤三中，所述从设备接收时间报文的具体方法为：1号、2号作为从设备，在主设备发送数据后，给出响应，接收主设备发送的数据，数据接收完成后，从设备的第二无线模块IRQ引脚产生中断信号，用作数据接收完成信号，数据和中断信号都送入从设备的第二信号处理模块处理，第二无线模块接收的数据通过SPI进入第二信号处理模块。

主设备会在每一秒的开始给从设备发送一个时间报文，从设备收到时间报文时会触发中断，中断触发时间被认为是这一秒的开始，及该秒的第0ns。从设备将中断的发生时间作为时间的准时沿来校准自己内部时钟。

在上述的步骤四中，所述从设备处理包含时间信息的时间报文的方法主要包括两部分：

(1)通过时间报文获得的秒级以上的时间；从设备无线模块接收到时间报文，信号处理模块通过软件算法对时间报文内容解析，获得准确的秒级时间。

时间报文内包含当前时间的总秒值，通过对总秒值进行年月日的换算，可得到当前时间信息。

(2)通过接收完成产生的中断信号获得的纳秒级时间；信号处理模块根据接收的无线模块IRQ中断信号获得纳秒时间。无线传输快慢，设备处理速度都影响中断信号产生时间，需要计算延迟时间并作出补偿。无线传输时间通过公式

计算，设备处理时间根据晶振频率及设备程序代码量计算并给出补偿。此外，由于无线模块自身原因，IRQ信号产生时间不是稳定的，往往存在抖动，抖动是影响时间的主要因素，模块硬件短时间内一般相对稳定，时间抖动相对固定，计算固定时间抖动作为设备的时间抖动，统计1min内60个中断时间偏差，去除两个极值，计算58组偏差均值，作为固定时间抖动，根据计算结果对抖动时间补偿，消除抖动对设备的影响，补偿后获得准确的时间信息。

在上述的步骤五中，从设备输出对时信息的具体方法为：

从设备的第二信号处理模块对信息处理补偿后获得准确的时间信息，生成IRIG-B码对时时间信号，送到第二输入输出模块的输入接口，通过第二输入输出模块的输出接口输出给需要对时的测试设备。

本发明提出的基于无线通信的时间同步信号传输方法，通过主设备和从设备实现时间信号的无线传输，摆脱了时间同步信号测试工作中的布线、搬运测试仪、架设卫星接收天线等限制，并对时间信号进行补偿，降低了时间信号在无线传输过程中的抖动影响，对时精度偏差控制在150ns以内，满足电力系统的精度要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种基于无线通信的时间同步信号传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

主设备接收时间同步信号测试仪的时间信号并解析，获得时间信息，生成包含时间信息的时间报文，并传输给每个从设备；

从设备接收主设备发送的时间报文并产生中断信号，对时间报文内容解析，获得秒极时间，根据中断信号获得纳秒级时间，对纳秒级时间进行补偿，得到准确的对时信息，生成IRIG-B码对时时间信号，并输出至待对时的测试设备；

所述主设备包括第一信息处理模块和第一无线模块，所述从设备包括第二无线模块；

主设备的第一无线模块具有自己的地址，主设备的第一信号处理模块控制时间报文发送，给定第一无线模块CE引脚控制信号后，主设备的第一无线模块与从设备的第二无线模块建立联系，通过无线网络将处理后包含时间信息的时间报文传输给从设备的第二无线模块；

所述从设备在主设备发送数据后，给出响应，接收主设备发送的时间报文数据，时间报文数据接收完成后，从设备的第二无线模块IRQ引脚产生中断信号，用作数据接收完成信号；

所述对纳秒级时间进行补偿的步骤包括：

统计一段时间内多个中断信号的时间偏差，去除最大偏差值和最小偏差值，计算偏差均值，作为抖动偏差；

根据抖动偏差对纳秒级时间进行补偿，获得准确的对时信息；对时精度偏差控制在150ns以内，满足电力系统的精度要求；

所述时间信号包括GPS信号、北斗信号和IRIG-B码信号；

通过主设备和从设备实现时间信号的无线传输，摆脱时间同步信号测试工作中的布线、搬运测试仪、架设卫星接收天线限制，并对时间信号进行补偿，降低时间信号在无线传输过程中的抖动影响。

2.根据权利要求1所述的基于无线通信的时间同步信号传输方法，其特征在于，所述时间报文内包含当前时间的总秒值，通过对总秒值进行年月日的换算，可得到当前时间。

3.根据权利要求1所述的基于无线通信的时间同步信号传输方法，其特征在于，所述根据中断信号获得纳秒级时间的步骤包括：

从设备将中断的发生时间作为时间的准时沿，对秒极时间进行校准，获得纳秒级时间。

4.一种基于无线通信的时间同步信号传输装置，其特征在于，包括主设备和多个从设备，

所述主设备，被配置为接收时间同步信号测试仪的时间信号并解析，获得时间信息，生成包含时间信息的时间报文，并传输给每个从设备；

所述从设备，被配置为接收主设备发送的时间报文并产生中断信号，对时间报文内容解析，获得秒极时间，根据中断信号获得纳秒级时间，对纳秒级时间进行补偿，得到准确的对时信息，生成IRIG-B码对时时间信号，并输出至待对时的测试设备；

所述主设备包括第一信息处理模块和第一无线模块，所述从设备包括第二无线模块；

主设备的第一无线模块具有自己的地址，主设备的第一信号处理模块控制时间报文发送，给定第一无线模块CE引脚控制信号后，主设备的第一无线模块与从设备的第二无线模块建立联系，通过无线网络将处理后包含时间信息的时间报文传输给从设备的第二无线模块；

所述从设备在主设备发送数据后，给出响应，接收主设备发送的时间报文数据，时间报文数据接收完成后，从设备的第二无线模块IRQ引脚产生中断信号，用作数据接收完成信号；

所述对纳秒级时间进行补偿的步骤包括：

统计一段时间内多个中断信号的时间偏差，去除最大偏差值和最小偏差值，计算偏差均值，作为抖动偏差；

根据抖动偏差对纳秒级时间进行补偿，获得准确的对时信息；对时精度偏差控制在150ns以内，满足电力系统的精度要求；

所述时间信号包括GPS信号、北斗信号和IRIG-B码信号；

通过主设备和从设备实现时间信号的无线传输，摆脱时间同步信号测试工作中的布线、搬运测试仪、架设卫星接收天线限制，并对时间信号进行补偿，降低时间信号在无线传输过程中的抖动影响。

5.根据权利要求4所述的基于无线通信的时间同步信号传输装置，其特征在于，所述主设备还包括第一输入输出模块，其中，

所述第一输入输出模块用于接收时间同步信号测试仪的时间信号，发送至第一信息处理模块；

所述第一信息处理模块用于时间信号并解析，获得准确的时间信息，并处理成包含时间信息的时间报文，发送至第一无线模块；

所述第一无线模块用于通过无线网络将接收到的包含时间信息的时间报文传输给每个从设备。

6.根据权利要求5所述的基于无线通信的时间同步信号传输装置，其特征在于，所述第一信号处理模块包括FPGA处理器和ARM处理器；

所述FPGA处理器用于对接收到的时间信号进行解析，得到时间信息，并发送至ARM处理器；

所述ARM处理器用于对接收到的时间信息进行处理，生成包括时间信息的时间报文。

7.根据权利要求4所述的基于无线通信的时间同步信号传输装置，其特征在于，所述从设备还包括第二输入输出模块和第二信息处理模块，其中，

所述第二无线模块用于接收主设备发送的包含时间信息的时间报文，并产生中断信号，将包含时间信息的时间报文和中断信号发送至第二信息处理模块；

所述第二信息处理模块用于对包含时间信息的报文内容进行解析，获得秒级时间，根据接收到的中断信号获得纳秒级时间，对纳秒级时间进行补偿，得到准确的对时信息，生成IRIG-B码对时时间信号，并发送至第二输入输出模块；

所述第二输入输出模块用于接收IRIG-B码对时时间信号，并输出至待对时的测试设备。

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