CN110109157A - 一种b码发生单元及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种B码发生单元及装置，包括：信号接收电路，用于接收时间信号和位置信号，并将接收的时间信号和位置信号传输至信号处理电路；信号处理电路，用于对所述时间信号和位置信号进行处理，生成携带位置信息的B码数字信号。本发明能够提供授时和定位功能，输出的B码数字信号为双端差分数字信号，具有较强的抗干扰能力，适于长距离传输，适用范围广泛。

Description

一种B码发生单元及装置

技术领域

本发明涉及对时同步授时设备技术领域，特别是指一种B码发生单元及装置。

背景技术

现有的地震观测仪一般通过内置的GPS模块或是北斗模块，通过同轴电缆外接天线方式接收获取精确的时间和位置信息。由于有些地震观测仪的安装位置特殊，如架设于山洞、井下、大坝、矿井内的井下地震观测仪、大坝地震观测仪、矿井地震观测仪等，这些地震观测仪的安装位置往往距离天线较远。为实现授时和定位，可在地震观测仪与天线之间设置用于对信号进行恢复、放大处理的中继站，通过中继站对信号进行处理后，会影响信号精度、降低信噪比。在天线附近架设授时装置能够给地震观测仪提供时间信号，但是，现有的授时装置，其输出的时间信号是单端TTL电平信号，不适于长距离传输，而且，不提供位置信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种B码发生单元及装置，具有授时和定位功能，输出的B码数字信号适于长距离传输。

基于上述目的，本发明提供了一种B码发生单元，包括：

信号接收电路，用于接收时间信号和位置信号，并将接收的时间信号和位置信号传输至信号处理电路；

信号处理电路，用于对所述时间信号和位置信号进行处理，生成携带位置信息的B码数字信号。

可选的，所述信号处理电路包括：

主处理器，用于接收所述时间信号和位置信号，对所述时间信号和位置信号按照IRIG-B码格式进行编码，生成IRIG-B码；

时间调整电路，用于根据时钟信号和所述时间信号，确定标准时间宽度；

PWM电路，用于根据所述标准时间宽度和所述IRIG-B码，进行脉冲宽度调制处理，输出具有标准时间宽度的IRIG-B码；

差分驱动电路，用于对所述标准时间宽度的IRIG-B码进行处理，生成差分B码数字信号。

可选的，所述时间调整电路包括计数器、时钟振荡器、锁存器，所述时间调整电路根据计数器、锁存器锁存的计数器的计数值和所述时间信号对时钟振荡器的频率进行测量，根据测量结果，分别计算2毫秒、5毫秒、8毫秒所需时钟周期数，确定所述标准时间宽度。

可选的，所述IRIG-B码的自定义字段携带所述位置信息及辅助信息，所述辅助信息包括高程信息、可用卫星数和定位精度因子信息。

本发明实施例还提供一种B码发生装置，包括密封壳体及其内的所述B码发生单元。

可选的，所述密封壳体包括底座、上盖，所述底座和上盖密封连接，所述B码发生单元内置于所述上盖的容置空间中，由所述B码发生单元引出的接线电缆经所述底座上的出线口引出。

可选的，所述底座上开有第一出线口，所述底座的侧壁上开有第二出线口，所述第一出线口内通过压板、固定件压接固定密封圈，并灌封密封胶。

可选的，所述上盖和底座的连接位置安装密封圈，并涂抹密封材料。

可选的，所述底座的下部开有插接孔，所述插接孔用于插接高度可调整的支撑杆。

可选的，所述上盖和底座采用聚碳酸酯材料制成，所述聚碳酸酯材料中混合有抗老化和抗紫外线材料。

本发明提供的B码发生单元及装置的优点是：

1、本发明实施例提供的B码发生单元，通过信号接收电路接收时间信号和位置信号，通过信号处理电路对时间信号和位置信号进行处理，生成携带位置信息的B码数字信号，能够提供授时和定位功能；

2、本发明实施例提供的B码发生单元，B码数字信号为双端差分数字信号，具有较强的抗干扰能力，适于长距离传输，同时，也能够提供单端信号，满足单端信号的应用需求；

3、本发明实施例提供的B码发生装置，包括密封壳体及其内部的B码发生单元，防水、防潮、防腐蚀，适于全天候户外使用，能够为架设于野外、环境恶劣等特殊位置的仪器提供精确的授时和定位功能；

4、本发明实施例提供的B码发生装置，成本低、装置小型化，可安装于室内或户外不同的高度位置，适用范围广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的B码发生单元的结构框图；

图2为本发明另一实施例的B码发生单元的结构框图；

图3为本发明实施例的产生标准时间宽度的流程示意图；

图4为本发明实施例的差分驱动电路的电路原理示意图；

图5为本发明实施例的IRIG-B码的数据帧波形图。

图6为本发明实施例的B码发生装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

图1为本发明实施例的B码发生单元的结构框图。如图所示，本发明实施例提供的B码发生单元，包括信号接收电路10和信号处理电路20，

信号接收电路10，用于接收时间信号和位置信号，并将接收的时间信号和位置信号传输至信号处理电路；

信号处理电路20，用于对时间信号和位置信号进行处理，生成携带位置信息的B码数字信号。

本发明实施例的B码发生单元，通过信号接收电路10接收时间信号和位置信号，通过信号处理电路20对时间信号和位置信号进行处理，生成携带位置信息的B码数字信号，该B码数字信号为符合IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group)时间码格式的数字信号，该IRIG-B码的自定义位为编码的位置信息。B码发生单元输出的B码数字信号抗干扰能力强，适于长距离传输，能够为安装于特殊位置的仪器提供授时及定位功能。

图2为本发明另一实施例的B码发生单元的结构框图。如图所示，于一些实施例中，信号接收电路10包括GPS模块、北斗模块及天线模块，能够通过GPS模块、北斗模块及天线模块接收定位信号和时间信号。可选的，信号接收电路可以选用将GPS模块、北斗模块及天线模块集成在一起的GPS、北斗双模授时模块，其中的天线模块为无源陶瓷天线。

信号处理电路20包括主处理器、时间调整电路、PWM电路、差分驱动电路，

主处理器，用于接收信号接收电路发送的时间信号和位置信号，对时间信号和位置信号按照IRIG-B码格式进行编码，生成IRIG-B码；

时间调整电路，用于根据时钟信号和接收的时间信号，确定标准时间宽度；

PWM电路，用于根据标准时间宽度和IRIG-B码，进行脉冲宽度调制处理，输出具有标准时间宽度的IRIG-B码；

差分驱动电路，用于对标准时间宽度的IRIG-B码进行处理，生成差分B码数字信号。

于一些实施例中，信号接收电路10与主处理器的信号输入端相连接，信号接收电路10将接收的时间信号和位置信号传输至主处理器。主处理器接收时间信号和位置信号，确定时间精度和定位精度，对时间信号、位置信号按照IRIG-B码格式进行编码，得到IRIG-B码。所述主处理器可以使用单片机。

在一些实施例中，主处理器接收北斗模块采集的位置信号及辅助信号，辅助信号包括高程信号、卫星数信号、定位精度因子信号，主处理器对时间信号、位置信号和辅助信号按照IRIG-B码格式进行编码，得到IRIG-B码。

时间调整电路包括时钟振荡器、计数器、锁存器。其中，时钟振荡器为主处理器提供时钟信号，因受温度、精度、老化等多种因素的影响，时钟振荡器无法输出高精度的时钟信号。本发明实施例中，根据时钟振荡器的时钟信号和接收的时间信号共同确定标准时间宽度，用以同步IRIG-B码，具体是：

根据计数器和接收的时间信号对时钟振荡器的频率进行测量，根据测量结果实时计算得到标准时间宽度所需要的时钟周期，产生精确的标准时间宽度，用以同步发送IRIG-B码。图3为本发明实施例的产生标准时间宽度的流程示意图，如图所示，根据北斗模块输出的PPS信号(秒脉冲信号)，利用锁存器锁存计数器的计数值，即每一个PPS信号，锁存一个计数值(每一秒记录一个计数值)，锁存器的锁存值使用之后清零，每个锁存值是从零开始的计数值；经主处理器编码后的IRIG-B码的每个码元的码元宽度由当前锁存值和前9秒的9个锁存值共同计算确定，得到IRIG-B码中分别对应2毫秒、5毫秒、8毫秒的时钟周期数。例如，锁存器的锁存值为C1、C2、C3…C10，则2毫秒码元宽度需要的时钟周期为2*(C1+C2+C3+C4+C5+C6+…+C10)/10000，5毫秒码元宽度需要的时钟周期为5*(C1+C2+C3+C4+C5+C6+…+C10)/10000，8毫秒码元宽度需要的时钟周期为8*(C1+C2+C3+C4+C5+C6+…+C10)/10000，10毫秒码元宽度需要的时钟周期为10*(C1+C2+C3+C4+C5+C6+…+C10)/10000。根据主处理器编码后的IRIG-B码和计算得到的不同码元对应的时钟周期数，通过PWM电路进行脉冲宽度调制处理，输出经过时钟周期调整的IRIG-B码，得到具有标准时间宽度的IRIG-B码，实现B码输出同步时钟功能。

图4为本发明实施例的差分驱动电路的电路原理示意图。如图所示，PWM电路输出的具有标准时间宽度的IRIG-B码，输入差分驱动电路处理，得到差分B码数字信号。

于一些实施例中，差分驱动电路包括施密特触发器17-19、23-25，电阻20-22、26-28、31-33，二极管29、30。施密特触发器17、18、19对输入的IRIG-B码进行整形驱动，通过电阻20、21、22输出差分负端的B码数字信号，施密特触发器23、24、25对输入的IRIG-B码进行整形驱动，通过电阻26、27、28输出差分正端的B码数字信号；电阻31、32、33构成电阻网络，通过调节电阻31、32、33的阻值比例关系，调节差分负端的B码数字信号与差分正端的B码数字信号的幅度。于一种实施例中，可将B码数字信号调节为+1.5伏为中间电平的差分信号。二极管29、30为浪涌保护器件，可提高B码发生单元的可靠性。

本发明实施例的B码发生单元输出的B码数字信号，既能满足现有的单端TTL电平应用，也能提供双端差分信号输出的应用，差分B码数字信号具有较强的抗干扰能力，适于远距离传输。于本实施例中，将多组施密特触发器并联使用，能够提高驱动电流的能力，延长差分B码数字信号的传输距离，差分B码数字信号可传输1千米左右，能够为安装于特殊位置的仪器提供精确的时间和位置信息。

图5为本发明实施例的IRIG-B码的数据帧波形图。如图所示，经主处理器编码得到的IRIG-B码，包括时间信息、位置信息，还包括辅助信息。主处理器根据接收的时间信号、位置信号和辅助信号，将接收的时间信号、位置信号及辅助信号按照IRIG-B码格式及自定义格式进行编码，如图所示，编码后的IRIG-B码，每个数据帧由100个码元组成，每10个码元有一个位置识别标志，共P0-P9十个位置识别标志，其中，P0-P4包括的码元携带了时间信息，即秒、分、时、天信息，P5-P7为自定义字段；于一些实施例中，利用自定义字段携带位置信息，使得B码发生单元输出的B码数字信号为包括时间信息和位置信息的信号，从而能够为仪器提供时间和定位功能。

表1

表1所示为本发明实施例中，利用自定义字段P5-P7，携带位置信息和辅助信息的编码格式及定义。当P5为000000010时，P6为ASCII编码格式的北纬或南纬信息，当P5为000000011时，P6和P7为BCD编码格式的纬度整数信息，当P6为000000100时，P6和P7为BCD编码格式的纬度小数信息；同理，可根据P5-P7确定经度信息；当P5为000001000时，P6为BCD编码格式的可用卫星数；当P5为000001001时，P6和P7为BCD编码格式的高程信息；当P5为000001010时，P6和P7为BCD编码格式的DOP定位精度因子信息。

如图2所示，B码发生单元还包括电源转换电路，用于将外部输入电源转换成信号接收电路10和信号处理电路20所需电源。于一些实施例中，B码发生单元通过接线电缆与外部线缆连接，其中，接线电缆包括电源输入端和信号输出端。可选的，接线电缆可以是四芯电缆，四芯电缆中的两芯作为供电电源输入9-25伏直流电源，通过电源转换电路将输入的直流电源转换为3伏电压和5伏电压，分别给信号接收电路10和信号处理电路20供电；四芯电缆中的另外两芯作为B码发生单元的差分B码数字信号的信号输出端。

图6为本发明实施例的B码发生装置的结构示意图。如图所示，本发明实施例提供的B码发生装置，包括密封壳体及其内部的B码发生单元。

密封壳体包括底座2、上盖1，底座2和上盖1密封连接，B码发生单元内置于上盖的容置空间中。具体的说，信号接收电路10配置于第一电路板31上，信号处理电路20配置于第二电路板32上，第一电路板31与第二电路板32通过插座4电性连接，信号接收电路10接收的时间信号和位置信号经插座传输至信号处理电路20。

如图6所示，第二电路板32与底座2固定连接，第二电路板32通过固定件固定于底座2的支柱21上，底座2上开有第一出线口22，底座2的侧壁上开有第二出线口23，由B码发生单元引出的接线电缆经第一出线口22、第二出线口23伸出，可通过外部线缆与仪器连接，用于为仪器提供授时和定位功能。

于一些实施例中，密封壳体具有密封、防水功能。第一出线口22内通过压板6、固定件7压接固定密封圈5，并灌封密封胶。底座2的支柱21外侧设有连接部，上盖1的相应位置设有配合连接部，底座2的连接部与上盖1的配合连接部配合连接，二者的连接位置安装密封圈8，底座2的连接部涂抹防水材料。于一些实施例中，连接部是螺纹，配合连接部是配合螺纹。

本发明实施例的B码发生装置的安装步骤是，将第一电路板31与第二电路板32通过插座4连接，第二电路板32通过固定件(如螺钉)固定连接于底座2的支柱21上；将焊接于第二电路板32上的接线电缆经第一出线口22、第二出线口23引出，于第一出线口22中安装密封圈5，并通过压板6、固定件7压接固定密封圈5，使用密封胶灌封第一出线口22；内部组件安装之后，底座2的连接部位置安装密封圈8，然后在底座2的连接部均匀涂抹防水材料(如防水硅脂)，然后，将上盖1的配合连接部与底座2的连接部配合连接。本发明实施例的B码发生装置具有良好的防水、抗腐蚀及密封效果，防水等级可达到IP68等级，能够适于户外全天候使用。

于一些实施例中，上盖1和底座2采用聚碳酸酯材料制成，在聚碳酸酯材料中混合加入抗老化和抗紫外线材料(如光稳定剂)，使得B码发生装置具有防水、抗腐蚀功能。

于一些实施例中，底座2下部开有插接孔，用于插接高度可调整的支撑杆9，可通过调整支撑杆9的高度，将B码发生装置安装于不同的高度位置。B码发生装置的接线电缆可通过外部线缆与仪器连接，仪器可以是架设于野外、环境恶劣等特殊位置的井下地震观测仪、大坝地震观测仪、矿井地震观测仪等，仪器可通过B码发生装置获取精确的时间信息和位置信息。

上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种B码发生单元，其特征在于，包括：

信号接收电路，用于接收时间信号和位置信号，并将接收的时间信号和位置信号传输至信号处理电路；

信号处理电路，用于对所述时间信号和位置信号进行处理，生成携带位置信息的B码数字信号。

2.根据权利要求1所述的B码发生单元，其特征在于，所述信号处理电路包括：

主处理器，用于接收所述时间信号和位置信号，对所述时间信号和位置信号按照IRIG-B码格式进行编码，生成IRIG-B码；

时间调整电路，用于根据时钟信号和所述时间信号，确定标准时间宽度；

PWM电路，用于根据所述标准时间宽度和所述IRIG-B码，进行脉冲宽度调制处理，输出具有标准时间宽度的IRIG-B码；

差分驱动电路，用于对所述标准时间宽度的IRIG-B码进行处理，生成差分B码数字信号。

3.根据权利要求2所述的B码发生单元，其特征在于，所述时间调整电路包括计数器、时钟振荡器、锁存器，所述时间调整电路根据计数器、锁存器锁存的计数器的计数值和所述时间信号对时钟振荡器的频率进行测量，根据测量结果，分别计算2毫秒、5毫秒、8毫秒所需时钟周期数，确定所述标准时间宽度。

4.根据权利要求2所述的B码发生单元，其特征在于，所述IRIG-B码的自定义字段携带所述位置信息及辅助信息，所述辅助信息包括高程信息、可用卫星数和定位精度因子信息。

5.一种B码发生装置，其特征在于，包括密封壳体及其内的如权利要求1-4任意一项所述的B码发生单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述密封壳体包括底座、上盖，所述底座和上盖密封连接，所述B码发生单元内置于所述上盖的容置空间中，由所述B码发生单元引出的接线电缆经所述底座上的出线口引出。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述底座上开有第一出线口，所述底座的侧壁上开有第二出线口，所述第一出线口内通过压板、固定件压接固定密封圈，并灌封密封胶。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述上盖和底座的连接位置安装密封圈，并涂抹密封材料。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述底座的下部开有插接孔，所述插接孔用于插接高度可调整的支撑杆。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述上盖和底座采用聚碳酸酯材料制成，所述聚碳酸酯材料中混合有抗老化和抗紫外线材料。