CN112994822A - 一种实现时间同步的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现时间同步的方法，包括以下步骤：配置单片机；使用第一捕获通道捕获卫星模块发送的秒脉冲；通过PWM模块产生脉冲信号，将脉冲信号反馈给单片机的第二捕获通道；计算本地时间和卫星时间之间的秒时差；计算多个秒时差，根据多个秒时差获取稳定性参数；根据稳定性参数进行相位调整，实现时间同步。与方法对应的一种实现时间同步的系统，包括单片机和PWM模块；其中，单片机包括系统时钟频率源、第一捕获通道、第二捕获通道、秒时差计算模块、稳定性判定模块、相位调整模块。利用本发明实现时间同步能克服现有技术复杂度高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及时间同步技术领域，具体涉及一种实现时间同步的方法和系统。
背景技术
目前，利用卫星时间进行时间同步的方法多种多样，例如利用DA校准频率源方法和利用数字式频率合成器DDS实现本地时间与卫星时间在起始时刻同步。然而，上述实现本地时间和卫星时间同步的方法设计复杂度高，且利用上述方法实现时间同步的过程中，使用到的器件较多，从而降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的实现时间同步的方法使用的器件多，导致方法设计复杂度高，从而降低了系统的可靠性。目的在于提供一种实现时间同步的方法和系统，从而降低时间同步方法的复杂度，提升时间同步系统的可靠性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种实现时间同步的方法，包括以下步骤：
步骤1：对具有第一捕获通道和第二捕获通道的ARM单片机进行配置；
步骤2：将卫星模块发送的1PPS秒脉冲接入所述第一捕获通道；
步骤3：通过PWM模块产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲信号，并将所述1PPS脉冲信号反馈给所述第二捕获通道；
步骤4：实时计算所述第一捕获通道中的1PPS秒脉冲与第二捕获通道中的1PPS秒脉冲信号之间的秒时差Δt；
步骤5：持续计算一段时间内的多个秒时差Δt，并根据所述多个秒时差Δt得到本地频率源的稳定性参数；
步骤6：根据所述稳定性参数进行相位调整，实现时间同步。
本发明与现有技术相比发明点在于，现有的时间同步方法，如利用DA校准频率源方法和数字式频率合成器DDS实现本地时间与卫星时间同步，上述方法复杂度高、使用的器件较多，导致系统的可靠性降低。本发明一种实现时间同步的方法，采用单一的ARM单片机即可进行时间同步，减少了器件数量，并且通过PWM波的下降沿对时来校准本地时间，降低了方法的复杂度。
作为对本发明的进一步描述，步骤1中对ARM单片机的配置方法为：
(1)在ARM单片机中设置高稳晶振，将高稳晶振作为系统时钟频率源；
(2)将ARM单片机的数据传输方式设置为串口通信。
作为对本发明的进一步描述，步骤5中，稳定性参数的获取方法为：
(1)将计算得到的多个秒时差Δt分为n组，每组分别包括m个秒时差Δti，其中，i＝1,2,3,...,m，m、n为正整数；
(2)计算每一组中m个秒时差Δti的平均值
得到n个平均值
其中，j＝1,2,3,...,n，n为正整数；
(3)针对所述n个平均值
计算出n个平均值
的平均值
(4)将所述平均值
与所述平均值
进行比较，得到稳定性参数。
作为对本发明的进一步描述，计算每一组中m个秒时差Δti的平均值
的方法为：去掉m个秒时差Δti中的最大值Δtmax和最小值Δtmin，针对其余m-2个秒时差Δti进行平均值计算，得到平均值
作为对本发明的进一步描述，通过相位调整实现时间同步的方法为：
当捕获通道2中的1PPS脉冲信号超前时，利用PWM模块产生一个以
为周期且下降时间为1ms脉宽的PWM延时波；将所述PWM延时波发送给所述捕获通道2进行捕获，并重新产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲延时信号；按照上述方法进行循环，直到本地时间与卫星时间同步后结束；
当捕获通道2中的1PPS脉冲信号滞后时，利用PWM模块产生一个以
为周期且下降时间为1ms脉宽的PWM提前波；将所述PWM提前波发送给所述捕获通道2进行捕获，并重新产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲提前信号；按照上述方法进行循环，直到本地时间与卫星时间同步后结束。
一种实现时间同步的系统，包括ARM单片机和PWM模块。其中，PWM模块，用于产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲信号，并将1PPS脉冲信号反馈给ARM单片机；ARM单片机，用于产生本地时间秒脉冲，同时接收卫星模块发送的1PPS秒脉冲和PWM模块反馈的1PPS脉冲信号，并利用1PPS脉冲信号对本地时间秒脉冲进行相位调整。
作为对本发明的进一步描述，ARM单片机还包括：
系统时钟频率源，用于产生本地时间秒脉冲；
第一捕获通道，用于捕获卫星模块发送的1PPS秒脉冲；
第二捕获通道，用于捕获PWM模块反馈的1PPS脉冲信号；
秒时差计算模块，用于实时计算所述第一捕获通道中的1PPS秒脉冲与所述第二捕获通道中的1PPS秒脉冲信号之间的秒时差；
稳定性判定模块，用于根据秒时差获取本地频率源的稳定性参数，并根据所述稳定性参数判定本地频率源的稳定状态；
相位调整模块，用于对本地时间秒脉冲进行相位调整。
作为对本发明的进一步描述，稳定性判定模块包括：
秒时差分类单元，用于将计算得到的多个秒时差分为n组，每组分别包括m个秒时差；
秒时差均值计算单元，用于计算每一组中m个秒时差的平均值，得到n个秒时差均值；并对所述n个秒时差均值进行平均值计算，得到秒时差总体均值；
稳定性参数获取单元，用于将秒时差总体均分别与秒时差均值进行比较，获取稳定性参数；
稳定性判定单元，用于根据稳定性参数判定本地频率源的稳定状态。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明以高稳晶振作为系统时钟频率源，保证了ARM单片机产生的时间秒脉冲的准确性；
2、本发明利用ARM单片机进行时间同步，减少了器件数量；
3、本发明利用PWM模块产生PWM波进行卫星时间同步，降低了同步时间方法的复杂性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中，
图1为本地秒超前情况下本地1PPS与卫星1PPS的波形对比图。
图2为本地秒滞后情况下本地1PPS与卫星1PPS的波形对比图。
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，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例：
本发明一种实现时间同步的方法，使用高稳晶振作为系统时钟频率源的ARM单片机，使用高稳晶振作为系统时钟频率源的好处在于，能够保证ARM单片机能够产生准确的时间秒脉冲。
同时，ARM单片机通过串口实现本地ARM单片机与卫星模块之间的数据传输，将卫星模块发送的1PPS秒脉冲通过串口接入ARM单片机的捕获通道1中进行捕获，其中捕获通道1设置为上升沿捕获。
当本地产生初始1PPS秒脉冲时，使用PWM模块产生一个下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲信号，并将所述1PPS脉冲信号反馈给所述ARM单片机的捕获通道2进行捕获。
当捕获通道1未捕获到由卫星模块发送的1PPS秒脉冲时，由本地频率源维持时间；当捕获通道1捕获到由卫星模块发送的1PPS秒脉冲时，实时计算处捕获通道1中的1PPS秒脉冲与捕获通道2中的1PPS脉冲信号之间的秒时差Δt，并将Δt存入存储器中。
持续计算出一段时间内的多个秒时差Δt，并根据多个秒时差Δt获取本地频率源的稳定性参数，当获取的稳定性参数表示本地频率源处于稳定状态时，再进一步对本地1PPS脉冲信号进行相位调整。
其中，为获取稳定性参数，将计算得到的一段时间内的多个Δt分为n组，每组分别包括m个Δti，其中，i＝1,2,3,...,m，m、n为正整数；针对每一组中的m个Δti，计算出m个Δti的平均值
并将所述
存入存储器中，得到n个
其中，j＝1,2,3,...,n，n为正整数；针对n个
计算出n个
的平均值
将所述
与所述
进行比较，获取稳定性参数。
例如在一段时间内共计算得到100个秒时差Δt，记为Δt1，Δt2，……，Δt100，将这100个Δt平均分为10组，第一组包括Δt1，Δt2…，Δt10；第二组包括Δt11，Δt12，…，Δt21，以此类推。以第一组为例，计算第一组中10个秒时差的平均值，计算公式为
计算出
并存入存储器中。按照此方法，计算得出得到其余8个秒时差的平均值并存入存储器中，得到
接下来，利用得到的
对这10个秒时差的平均值再按照公式
进行求解。
另外，对本地1PPS脉冲信号进行相位调整的具体方法为：当捕获通道2中的1PPS脉冲信号超前时，利用PWM模块产生一个以
为周期且下降时间为1ms脉宽的PWM延时波；将所述PWM延时波发送给所述捕获通道2进行捕获，并重新产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲延时信号；按照上述方法进行循环，直到本地时间与卫星时间同步后结束；当捕获通道2中的1PPS脉冲信号滞后时，利用PWM模块产生一个以
为周期且下降时间为1ms脉宽的PWM提前波；将所述PWM提前波发送给所述捕获通道2进行捕获，并重新产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲提前信号；按照上述方法进行循环，直到本地时间与卫星时间同步后结束。
与上述实现时间同步的方法相对应的一种实现时间同步的系统，包括ARM单片机和PWM模块。其中，PWM模块，用于产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲信号，并将1PPS脉冲信号反馈给ARM单片机；ARM单片机，用于产生本地时间秒脉冲，同时接收卫星模块发送的1PPS秒脉冲和PWM模块反馈的1PPS脉冲信号，并利用1PPS脉冲信号对本地时间秒脉冲进行相位调整。
其中，ARM单片机还包括：系统时钟频率源，用于产生本地时间秒脉冲；第一捕获通道，用于捕获卫星模块发送的1PPS秒脉冲；第二捕获通道，用于捕获PWM模块反馈的1PPS脉冲信号；秒时差计算模块，用于实时计算所述第一捕获通道中的1PPS秒脉冲与所述第二捕获通道中的1PPS秒脉冲信号之间的秒时差；稳定性判定模块，用于根据秒时差获取本地频率源的稳定性参数，并根据所述稳定性参数判定本地频率源的稳定状态；相位调整模块，用于对本地时间秒脉冲进行相位调整。
更进一步地，稳定性判定模块包括：秒时差分类单元，用于将计算得到的多个秒时差分为n组，每组分别包括m个秒时差；秒时差均值计算单元，用于计算每一组中m个秒时差的平均值，得到n个秒时差均值；并对所述n个秒时差均值进行平均值计算，得到秒时差总体均值；稳定性参数获取单元，用于将秒时差总体均分别与秒时差均值进行比较，获取稳定性参数；稳定性判定单元，用于根据稳定性参数判定本地频率源的稳定状态。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种实现时间同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对具有第一捕获通道和第二捕获通道的ARM单片机进行配置；
步骤2：将卫星模块发送的1PPS秒脉冲接入所述第一捕获通道；
步骤3：通过PWM模块产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲信号，并将所述1PPS脉冲信号反馈给所述第二捕获通道；
步骤4：实时计算所述第一捕获通道中的1PPS秒脉冲与第二捕获通道中的1PPS秒脉冲信号之间的秒时差Δt；
步骤5：持续计算一段时间内的多个秒时差Δt，并根据所述多个秒时差Δt得到本地频率源的稳定性参数；
步骤6：根据所述稳定性参数进行相位调整，实现时间同步。
2.根据权利要求1所述的一种实现时间同步的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述ARM单片机的配置方法为：
步骤1.1：在所述ARM单片机中设置高稳晶振，将所述高稳晶振作为系统时钟频率源；
步骤1.2：将所述ARM单片机的数据传输方式设置为串口通信。
3.根据权利要求1或2所述的一种实现时间同步的方法，其特征在于，所述步骤5中，所述稳定性参数的获取方法为：
步骤5.1：将计算得到的多个秒时差Δt分为n组，每组分别包括m个秒时差Δti，其中，i＝1,2,3,...,m，m、n为正整数；
步骤5.2：计算每一组中m个秒时差Δti的平均值
得到n个平均值
其中，j＝1,2,3,...,n，n为正整数；
步骤5.3：针对所述n个平均值
计算出n个平均值
的平均值
步骤5.4：将所述平均值
与所述平均值
进行比较，得到稳定性参数。
4.根据权利要求3所述的一种实现时间同步的方法，其特征在于，所述步骤5.2中，所述计算每一组中m个秒时差Δti的平均值
的方法为：去掉m个秒时差Δti中的最大值Δtmax和最小值Δtmin，针对其余m-2个秒时差Δti进行平均值计算，得到平均值
5.根据权利要求1或2所述的一种实现时间同步的方法，其特征在于，当第二捕获通道中的1PPS脉冲信号超前时，所述步骤6中，所述相位调整的方法为：
步骤6.1.1：通过PWM模块产生以
为周期且下降时间为1ms脉宽的PWM延时波；
步骤6.1.2：将所述PWM延时波发送给所述第二捕获通道，同时，所述PWM模块重新产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲延时信号；
步骤6.1.3：重复步骤6.1.1和步骤6.1.2，直到本地时间与卫星时间同步。
6.根据权利要求1或2所述的一种实现时间同步的方法，其特征在于，当第二捕获通道中的1PPS脉冲信号滞后时，所述步骤6中，所述相位调整的方法为：
步骤6.2.1：通过PWM模块产生以
为周期且下降时间为1ms脉宽的PWM提前波；
步骤6.2.2：将所述PWM提前波发送给所述第二捕获通道，同时所述PWM模块重新产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲提前信号；
步骤6.2.3：重复步骤6.2.1和步骤6.2.2，直到本地时间与卫星时间同步。
7.一种实现时间同步的系统，其特征在于，包括ARM单片机和PWM模块，所述PWM模块，用于产生下降时间为1ms脉宽的1PPS脉冲信号，并将所述1PPS脉冲信号反馈给所述ARM单片机；所述ARM单片机，用于产生本地时间秒脉冲，同时接收卫星模块发送的1PPS秒脉冲和PWM模块反馈的1PPS脉冲信号，并利用所述1PPS脉冲信号对本地时间秒脉冲进行相位调整。
8.根据权利要求7所述的一种实现时间同步系统，其特征在于，所述ARM单片机包括：
系统时钟频率源，用于产生本地时间秒脉冲；
第一捕获通道，用于捕获卫星模块发送的1PPS秒脉冲；
第二捕获通道，用于捕获PWM模块反馈的1PPS脉冲信号；
秒时差计算模块，用于实时计算所述第一捕获通道中的1PPS秒脉冲与所述第二捕获通道中的1PPS秒脉冲信号之间的秒时差；
稳定性判定模块，用于根据秒时差获取本地频率源的稳定性参数，并根据所述稳定性参数判定本地频率源的稳定状态；
相位调整模块，用于对本地时间秒脉冲进行相位调整。
9.根据权利要求8所述的一种实现时间同步系统，其特征在于，所述稳定性判定模块包括：
秒时差分类单元，用于将计算得到的多个秒时差分为n组，每组分别包括m个秒时差；
秒时差均值计算单元，用于计算每一组中m个秒时差的平均值，得到n个秒时差均值；并对所述n个秒时差均值进行平均值计算，得到秒时差总体均值；
稳定性参数获取单元，用于将秒时差总体均分别与秒时差均值进行比较，获取稳定性参数；
稳定性判定单元，用于根据稳定性参数判定本地频率源的稳定状态。
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