CN203164619U

CN203164619U - 一种基于多信号源的授时装置

Info

Publication number: CN203164619U
Application number: CN 201320089361
Authority: CN
Inventors: 赵峰; 吴俊华
Original assignee: NANJING XUNHUI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: NANJING XUNHUI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2023-02-27

Abstract

本实用新型公开一种基于多信号源的授时装置，其包括：设有GPS蘑菇头以及第一时钟处理器的GPS主时钟单元、设有北斗蘑菇头以及第二时钟处理器的北斗主时钟单元、主控单元、总线接口单元和设备接口单元；第一时钟处理器通过GPS蘑菇头接收GPS时钟源信号，第二时钟处理器通过北斗蘑菇头接收北斗时钟源信号；并分别通过总线接口单元将GPS时钟源信号和北斗时钟源信号发送至主控单元；主控单元对接收到的时钟源信号进行处理，然后将处理后的信号依次通过总线接口单元和设备接口单元输出至待授时设备。本实用新型可实现GPS和北斗时钟信号的互备，授时可靠性及精度皆得到提高。

Description

一种基于多信号源的授时装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统中各设备的时间同步技术领域，特别是一种能实现高精度对时、基于多信号源的授时装置。

背景技术

在电力系统运行过程中，电网的运行状态瞬息万变，电网调度实行分层多级管理，调度管理中心远离现场。为保证电网安全和经济运行，各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置被广泛应用，如调度自动化系统、故障录波装置、微机继电保护装置、事件顺序记录装置、变电站计算机监控系统、电能量计费系统、火电厂机组自动控制系统、雷电定位系统及输煤、除灰、脱硫等控制装置等。随着电厂、变电站自动化水平的提高，电力系统对全站统一时钟的要求愈来愈迫切，有了统一时钟，既可实现全站各系统在统一时间基准下的运行监控，也可以通过各开关动作的先后顺序来分析事故的原因及发展过程。因此电力系统的安全、稳定、可靠运行对时钟的基准统一及精度的要求进一步提高，在电力系统的电厂、变电站及调度中心等建立全站统一时间同步系统已经显得十分迫切和必要。

另外，各站往往有不同的装置需要接收时钟同步信号，其接口类型繁多，装置的数量也不等，所以在实际应用中常感到卫星对时装置的某些类型接口数量不够或缺少某种类型的接口，其结果就是全站中有些装置不能实现时钟同步，或者需要再增加一台甚至数台卫星对时装置，而这往往受到资金不足或没有安装位置等限制。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷提供一种基于多信号源的授时装置，其可为电力系统中需要接受时钟同步信号的各种设备提供高精度、高稳定性、安全可靠的时间基准信号。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种基于多信号源的授时装置，包括：

GPS主时钟单元，设有可接收GPS时钟源的GPS蘑菇头，以及第一时钟处理器；

北斗主时钟单元，设有可接收北斗时钟源的北斗蘑菇头，以及第二时钟处理器；

主控单元、总线接口单元和设备接口单元；

第一时钟处理器通过GPS蘑菇头接收GPS时钟源信号，第二时钟处理器通过北斗蘑菇头接收北斗时钟源信号；并分别通过总线接口单元将GPS时钟源信号和北斗时钟源信号发送至主控单元；

主控单元对接收到的时钟源信号进行处理，然后将处理后的信号依次通过总线接口单元和设备接口单元输出至待授时设备。

在应用时，本实用新型可同时接收GPS和北斗的时钟源信号，并可在其中任意一主时钟失去信号之后，从另一主时钟中获取时钟源信号并实现同步，即实现了GPS和北斗时钟信号的互备，授时可靠性得到提高。

进一步的，本实用新型所述主控单元包括相互连接的FPGA守时单元和主处理器；FPGA守时单元还连接有可接收外部PTP时钟源信号的网口通信单元；FPGA守时单元将接收到的外部PTP时钟源信号传输至主处理器，主处理器对GPS时钟源信号、北斗时钟源信号和外部PTP时钟源信号进行处理并使本装置同步，再由本装置通过总线接口单元和设备接口单元输出至待授时设备所需要的信号（如IRIG-B码，RS232串口报文，秒脉冲，DCF77等）。即如GPS和北斗皆失去信号后，本实用新型还可接收外部PTP时钟源信号，以实现同步。

更进一步的，本实用新型的设备接口单元中设有可接收外部485报文时钟源信号的RS485接口；设备接口单元将接收到的外部485报文时钟源信号传输至主处理器，主处理器对GPS时钟源信号、北斗时钟源信号、外部PTP时钟源信号以及外部485报文时钟源信号进行处理，并将处理后的信号依次通过总线接口单元和设备接口单元输出至待授时设备。即如GPS和北斗皆失去信号，本实用新型可接收外部PTP时钟源信号的同时还可接收外部485报文时钟源信号，以实现同步。

优选的，本实用新型所述第一时钟处理器和第二时钟处理器采用现有的AVR单片机实现，北斗蘑菇头和GPS蘑菇头接收时钟源信号后传送至AVR单片机，并由单片机将TTL电气特性的报文采样之后传输至主处理器。AVR单片机能够接收2路光口B码，两路电口B码，1路485电气特性的串口报文，1路GPS或者1路北斗信号，能够保证即使由于雨水侵蚀导致北斗或者GPS无法锁星的情况下，利用485串口报文依旧可以使装置同步。

优选的，本实用新型所述主处理器采用DSP实现，DSP为现有的TMS320F2812，其接收AVR单片机输出的GPS报文、北斗报文、PTP信号、485串口报文信号，并结合相关软件进行处理，使得输出信号的时间精度达到1us。主处理器与FPGA的组合及守时功能的实现可利用现有技术，在GPS和北斗失星时，主处理器DSP判断来自AVR单片机的信号有误，或存在错码信号，则DSP控制FPGA利用恒温晶振产生高精度的秒脉冲信号，实现守时功能。此外FPGA守时单元还可通过网口通信单元实现装置的告警信号输出。

进一步的，网口通信单元中设有SNTP信号接口、NTP信号接口和PTP信号接口，皆可采用现有技术。

优选的，本实用新型的设备接口单元中设有PPS信号接口、 PPM信号接口、 PPH信号接口、 PPD信号接口、 RS232信号接口、 RS485信号接口、IRIG-B和 DCF77信号接口，多类型的接口可使得本装置能够适应电力系统中多种设备的时间同步需要。

本实用新型在应用时，在卫星同步的情况下可同时接收到IRIG-B码，TTL报文，秒脉冲信号，以及作为外部时钟源的PTP信号和485报文信号；把GPS和北斗作为第一第二时钟源，在突发情况下如北斗和GPS都失星时， AVR单片机能迅速检测到GPS和北斗输入的报文有误，或者卫星个数为零，然后立刻向主处理器DSP告警，DSP在接收到告警信息之后立即启用外部时钟源信号，节省了重新接收PTP和485报文并使其同步的过程。配合FPGA高效的守时性能，本实用新型能很大程度保证时钟源切换时抖动产生的误差在1us之内。

本实用新型的有益效果为，实现了输入多源头、输出多制式、满足多设备的要求；系统输出可以任意扩展，可以满足任何规模、任何方式的时间信号需求，可为电力、煤炭、轨道交通、石油化工、航道水运、邮电电信及相关领域的系统中需要接收时钟同步信号的装置及系统提供高精度、高稳定、高安全，高可靠的时间基准信号。

附图说明

图1所示为本实用新型的一种实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式做进一步描述。

本实用新型的一种具体实施例如图1所示，基于多信号源的授时装置包括GPS主时钟单元、北斗主时钟单元、主控单元、总线接口单元和设备接口单元；GPS主时钟单元包括可接收GPS时钟源的GPS蘑菇头和第一时钟处理器；北斗主时钟单元包括可接收北斗时钟源的北斗蘑菇头，以及第二时钟处理器；主控单元包括相互连接的FPGA守时单元和主处理器；FPGA守时单元还连接有可接收外部PTP时钟源信号的网口通信单元；设备接口单元中设有可接收外部485报文时钟源信号的RS485接口。

上述主处理器采用现有的DSP TMS320F2812。GPS主时钟单元和北斗主时钟单元皆可采用现有技术实现，其中第一时钟处理器和第二时钟处理器采用现有的AVR单片机实现，北斗蘑菇头和GPS蘑菇头接收相应的时钟源信号后传送至AVR单片机，并由单片机将TTL电气特性的报文采样之后，通过总线接口单元传输至主处理器；FPGA守时单元将接收到的外部PTP时钟源信号传输至主处理器，设备接口单元将接收到的外部485报文时钟源信号传输至主处理器。主处理器对接收到的GPS时钟源信号、北斗时钟源信号、外部PTP时钟源信号进行处理和外部485报文时钟源进行处理，并将处理后的信号依次通过总线接口单元和设备接口单元输出至待授时设备。

本实用新型中，作为第一和第二时钟处理器的AVR单片机能够接收2路光口B码，两路电口B码，1路485电气特性的串口报文，1路GPS或者1路北斗信号，可保证即使由于雨水侵蚀导致北斗或者GPS无法锁星的情况下，利用485串口报文依旧可以使装置同步。

主处理器接收AVR单片机输出的GPS报文、北斗报文以及PTP信号和485串口报文信号，并结合相关软件进行处理，使得输出信号的时间精度达到1us。主处理器与FPGA的组合及守时功能的实现可利用现有技术，在GPS和北斗失星时，主处理器DSP判断来自AVR单片机的信号有误，或存在错码信号，则DSP控制FPGA利用恒温晶振产生高精度的秒脉冲信号，实现守时功能。

网口通信单元中设有SNTP信号接口、NTP信号接口和PTP信号接口，皆可采用现有技术，在实现外部PTP时钟源信号获取的同时，还可实现本装置的其它对外通信，如告警信号输出。

设备接口单元中设有PPS信号接口、 PPM信号接口、 PPH信号接口、 PPD信号接口、 RS232信号接口、 RS485信号接口、以及IRIG-B 和DCF77信号接口，多类型的接口可使得本装置能够适应电力系统中多种设备的时间同步需要。

本实用新型在应用时，在卫星同步的情况下可同时接收到IRIG-B码、TTL报文、秒脉冲信号的GPS和北斗信号，以及作为外部时钟源的PTP信号和485报文信号；把GPS和北斗作为第一第二时钟源，在突发情况下如北斗和GPS都失星时， AVR单片机能迅速检测到GPS和北斗输入的报文有误，或者卫星个数为零，然后立刻向主处理器DSP告警，DSP在接收到告警信息之后立即启用外部时钟源信号，节省了重新接收PTP和485报文并使其同步的过程。配合FPGA高效的守时性能，本实用新型能很大程度保证时钟源切换时抖动产生的误差在1us之内。

本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims

1.一种基于多信号源的授时装置，其特征是，包括：

主控单元、总线接口单元和设备接口单元；

2.根据权利要求1所述的基于多信号源的授时装置，其特征是，所述主控单元包括相互连接的FPGA守时单元和主处理器；FPGA守时单元还连接有可接收外部PTP时钟源信号的网口通信单元；FPGA守时单元将接收到的外部PTP时钟源信号传输至主处理器，主处理器对GPS时钟源信号、北斗时钟源信号和外部PTP时钟源信号进行处理，并将处理后的信号依次通过总线接口单元和设备接口单元输出至待授时设备。

3.根据权利要求2所述的基于多信号源的授时装置，其特征是，设备接口单元中设有可接收外部485报文时钟源信号的RS485接口；设备接口单元将接收到的外部485报文时钟源信号传输至主处理器，主处理器对GPS时钟源信号、北斗时钟源信号、外部PTP时钟源信号以及外部485保温时钟源信号进行处理，并将处理后的信号依次通过总线接口单元和设备接口单元输出至待授时设备。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于多信号源的授时装置，其特征是，所述第一时钟处理器和第二时钟处理器采用AVR单片机实现。

5.根据权利要求2或3所述的基于多信号源的授时装置，其特征是，所述主处理器采用DSP实现。

6.根据权利要求2或3所述的基于多信号源的授时装置，其特征是，网口通信单元中设有SNTP信号接口、NTP信号接口和PTP信号接口。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于多信号源的授时装置，其特征是，设备接口单元中设有PPS信号接口、 PPM信号接口、 PPH信号接口、 PPD信号接口、 RS232信号接口、 RS485信号接口、以及IRIG-B DCF77信号接口。