CN204442408U - 一种时间报文测试机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种时间报文测试机，属于电力自动化技术领域。由输入接口、卫星、光耦隔离、RS232串口、逻辑控制芯片和隔离电源组成，其中，输入接口接收被测时间报文信号，经过光耦隔离进入逻辑控制芯片；卫星接收卫星信号中的卫星秒脉冲信号和卫星时间报文，经过光耦隔离，进入逻辑控制芯片，同时接收来自逻辑控制芯片经过光耦隔离的配置报文；RS232串口连接逻辑控制芯片，负责发送逻辑控制芯片输出的测试报文；逻辑控制芯片连接光耦隔离的输入及输出、连接RS232串口，负责整个电路的逻辑控制；隔离电源为整个电路供电。本实用新型的时间报文测试机精度高、接口全、成本低且稳定性好。

Description

一种时间报文测试机

技术领域

本实用新型涉及电力自动化技术领域，具体涉及一种电力自动化领域里的时间报文测试机。

背景技术

申请号为201410314147.8、实用新型名称为《一种手持式时间同步测试仪》的中国实用新型专利申请公开了一种手持式时间同步测试仪，包括信号前置处理单元、规约接收检验单元、主控单元、测量单元和人机界面单元，还包括PPS/PPM/PPH脉冲信号解码单元、IRIG-B(AC/DC)TTL/422时间信号解码单元、RS232/485时间频率信号解码单元、被授时设备告警信息解码单元、可控同步信号输出和报文自动解析单元。本实用新型采用一体化测量技术。仪器集时间频率标准、数据测量计算比对、测试结果显示保存输出等功能于一体，可以完成的综合测试项目包括PPS/PPM/PPH准确度、秒脉冲上升沿、串口数据准确度、脉冲信号准确度、IRIG系列时间报文准确度、串口规约格式正确性、PTP及NTP/SNTP同步准确度、串口对时报文发送延迟测量等测试。本实用新型适用于智能变电站的现场时间同步测试。。

申请号为201220601086.X、实用新型名称为《便携式电子式互感器时间特性测试仪》的中国实用新型专利公开了一种便携式电子式互感器时间特性测试仪，包括电子式互感器一次侧模拟量接收端口、电子式互感器输出数字量接收端口、与模拟量接收端口连接的模数转换器、接收并解析互感器输出的数字量的接收器、与模数转换器和接收器连接的微处理器；微处理器还分别与LCD屏幕、键盘和电以太网接口连接。。

随着电力自动化技术的发展，对同步时钟装置的要求已经不仅仅停留在对时精度的要求上，同时对其稳定性提出了更高要求。时间报文作为一种重要的时信号，它的稳定性至关重要。而目前的时间报文测试机技术存在着精度不高、测试接口不全、造价昂贵的缺点。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提供一种测试精度高、接口全、成本低、稳定性好的基于MAX10的时间报文测试机。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种时间报文测试机，由输入接口、卫星、光耦隔离、RS232串口、逻辑控制芯片和隔离电源组成，其中，

所述输入接口接收被测时间报文信号，经过所述光耦隔离，进入所述逻辑控制芯片；

所述卫星接收卫星信号中的卫星秒脉冲信号和卫星时间报文，经过所述光耦隔离，进入所述逻辑控制芯片，同时所述卫星接收来自所述逻辑控制芯片经过所述光耦隔离的配置报文；

所述RS232串口连接所述逻辑控制芯片，负责发送所述逻辑控制芯片输出的测试报文；

所述逻辑控制芯片连接所述光耦隔离的输入及输出、连接所述RS232串口，负责整个电路的逻辑控制；

所述隔离电源为整个电路供电。

进一步的，所述逻辑控制芯片是MAX10芯片。

进一步的，所述输入接口包括RS232电平接口。

进一步的，所述MAX10芯片由信号同步模块、被测报文准时延提取模块、被测报文时间解析模块、UART模块、语句编解码模块及数据处理模块组成。

进一步的，所述被测报文准时延提取模块由秒脉冲单元和准时延单元组成，其中：

所述被测时间报文进入所述秒脉冲单元进行低电平检测，当检测到信号由持续的高电平变为低电平、并持续16个时钟时，即表明持续高电平变为低电平的下降沿为准时延，所述准时延单元根据所述准时延生成秒脉冲信号，将所述秒脉冲信号输出到所述数据处理模块中与所述卫星秒脉冲信号进行秒脉冲相位比较。

进一步的，所述UART模块由接收单元、波特率发生器和发送单元组成，其中：

所述UART模块通过所述接收单元接收卫星信号的时间报文和所述语句编解码模块的语句，进行数据的串并转换，转换后的数据作为所述语句编解码模块的输入；

所述UART模块的所述发送单元通过接收所述数据处理模块中的测试报文，进行串并转换，输出测试报文。

进一步的，所述语句编解码模块包括编码单元和解码单元，其中，所述解码单元从所述UART模块中的数据解析出卫星同步状态及时间信息，作为所述数据处理模块的输入；所述编码单元通过接收所述数据处理模块中的秒脉冲偏移值进行数据编码，对所述卫星进行配置。

进一步的，所述数据处理模块包括秒脉冲相位比较、脉冲偏差、测试报文、卫星同步时间报文、时间报文比较器和秒脉冲偏移值，其中，

所述秒脉冲相位比较通过比较所述准时延单元输出的秒脉冲信号和卫星秒脉冲信号、被测时间报文中的时间信息和卫星中的时间信息，计算出二者之间的所述脉冲偏差，并和所述时间报文比较器组织成测试报文，通过所述UART模块的发送单元进行发送。

进一步的，所述RS232串口由RS232芯片和光耦组成，接收所述MAX10芯片输出的测试报文，经过所述光耦隔离和电平转换后输出。

进一步的，所述隔离电源，是直流3.3V输入、直流3.3V输出，隔离前的电源为所述输入接口、卫星、RS232串口中的隔离前端电路、光耦隔离的隔离前端电路提供电源，隔离后的电源为所述MAX10芯片、光耦隔离的隔离后端电路提供电源。

本实用新型公开了一种时间报文测试机，且特别是有关于测试精度优于10ns、测试接口包括RS232电平接口、测试信息输出接口为RS232电平接口、外部基准源为卫星、基于MAX10的时间报文测试机，精度高、接口全、成本低且稳定性好。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施例一的时间报文测试机结构框图；

图2示出了根据本实用新型实施例二的时间报文测试机结构框图；

图3示出了根据本实用新型实施例三的时间报文测试机中的MAX10芯片结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

实施例一、一种时间报文测试机。

图1为本实用新型实施例一的时间报文测试机结构框图，本实用新型实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种时间报文测试机100，由输入接口101、卫星102、光耦隔离103、RS232串口104、逻辑控制芯片105和隔离电源106组成，其中，

所述输入接口101接收被测时间报文信号，经过所述光耦隔离103，进入所述逻辑控制芯片105；

所述卫星102接收卫星信号中的卫星秒脉冲信号和卫星时间报文，经过所述光耦隔离103，进入所述逻辑控制芯片105，同时所述卫星102接收来自所述逻辑控制芯片105经过所述光耦隔离103的配置报文；

所述RS232串口104连接所述逻辑控制芯片105，负责发送所述逻辑控制芯片105输出的测试报文；

所述逻辑控制芯片105连接所述光耦隔离103的输入及输出、连接所述RS232串口104，负责整个电路的逻辑控制；

所述隔离电源106为整个电路供电。

本实用新型实施例中优选的，所述逻辑控制芯片105是MAX10芯片。当然，这里的逻辑控制芯片105并不局限于MAX10芯片，可以是任意类型的FPGA或者CPLD，只要是可以实现本实用新型所述电路逻辑控制的集成芯片或功能模块的组合均可，并不构成对本实用新型的限制。

本实用新型实施例中优选的，所述输入接口101包括RS232电平接口。同样的，所述输入接口101也并不局限于本实用新型实施例中所优选的RS232电平接口。

本实用新型实施例中优选的，所述MAX10芯片由信号同步模块、被测报文准时延提取模块、被测报文时间解析模块、UART模块、语句编解码模块及数据处理模块组成。

本实用新型实施例中优选的，所述被测报文准时延提取模块由秒脉冲单元和准时延单元组成，其中：

所述被测时间报文进入所述秒脉冲单元进行低电平检测，当检测到信号由持续的高电平变为低电平、并持续16个时钟时，即表明持续高电平变为低电平的下降沿为准时延，所述准时延单元根据所述准时延生成秒脉冲信号，将所述秒脉冲信号输出到所述数据处理模块中与所述卫星秒脉冲信号进行秒脉冲相位比较。其中上述持续时钟不是只能16个时钟，低电平持续时间是16个时钟的时间，但是可能由于采样点的不同，会出现15、16、17三个值。

本实用新型实施例中优选的，所述UART模块由接收单元、波特率发生器和发送单元组成，其中：

所述UART模块通过所述接收单元接收卫星信号的时间报文和所述语句编解码模块的语句，进行数据的串并转换，转换后的数据作为所述语句编解码模块的输入；

所述UART模块的所述发送单元通过接收所述数据处理模块中的测试报文，进行串并转换，输出测试报文。

本实用新型实施例中优选的，所述语句编解码模块包括编码单元和解码单元，其中，所述解码单元从所述UART模块中的数据解析出卫星同步状态及时间信息，作为所述数据处理模块的输入；所述编码单元通过接收所述数据处理模块中的秒脉冲偏移值进行数据编码，对所述卫星102进行配置。

本实用新型实施例中优选的，所述解码单元的原理为在系统复位后处于起始状态，一旦检测到帧起始位，即进入判断状态；判断状态判断出此报文为时间报文，即进入接收状态；进入到接收状态后，接收相位信息，存储到对应的寄存器中，当接收到帧结束符时，此帧报文接收结束，并返回至起始状态，准备解析下一帧报文。所述编码模块实质就是所述解码模块的逆过程，其原理相同，在此不再赘述。

本实用新型实施例中优选的，所述数据处理模块包括秒脉冲相位比较、脉冲偏差、测试报文、卫星同步时间报文、时间报文比较器和秒脉冲偏移值，其中，

所述秒脉冲相位比较通过比较所述准时延单元输出的秒脉冲信号和卫星秒脉冲信号、被测时间报文中的时间信息和卫星中的时间信息，计算出二者之间的所述脉冲偏差，并和所述时间报文比较器组织成测试报文，通过所述UART模块的发送单元进行发送。

本实用新型实施例中优选的，所述RS232串口104由RS232芯片和光耦组成，接收所述MAX10芯片输出的测试报文，经过所述光耦隔离和电平转换后输出。

本实用新型实施例中优选的，所述隔离电源106，是直流3.3V输入、直流3.3V输出，隔离前的电源为所述输入接口、卫星、RS232串口中的隔离前端电路、光耦隔离的隔离前端电路提供电源，隔离后的电源为所述MAX10芯片、光耦隔离的隔离后端电路提供电源。

本实用新型实施例中优选的，通过融合滤波算法，既根据北斗卫星和GPS的秒脉冲的长期稳定性优于20ns来校正基准信号的长期稳定性，通过系统时钟的短期稳定性校正基准信号的短期稳定性，从而实现高达10ns的测试精度。

实施例二、一种时间报文测试机。

图2为本实用新型实施例二的时间报文测试机结构框图，下面的实施例将结合图2进行具体说明。

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种时间报文测试机100，包括输入接口101、卫星102、光耦隔离103、RS232串口104、MAX10芯片205和隔离电源106，其中输入接口101包括RS232电平接口2011，所述输入接口101接收被测时间报文信号，卫星102接收卫星信号，所述隔离电源106是直流3.3V输入、直流3.3V输出，为整个电路提供电源。所述输入接口101的被测时间报文信号经过所述光耦隔离103进入所述MAX10芯片205，所述卫星102输出卫星时间报文和卫星秒脉冲信号经过所述光耦隔离103进入所述MAX10芯片205，同时所述卫星接收所述MAX10芯片经过所述光耦隔离103的配置报文对所述卫星102进行配置。所述MAX10芯片205与所述RS232串口104和所述光耦隔离103的输入输出接口分别连接，所述MAX10芯片205输出的测试报文经过所述RS232串口104输出。

本实用新型实施例中其他内容同上述实用新型实施例一中所述，在此不再赘述。

实施例三、一种时间报文测试机中的MAX10芯片。

图3为本实用新型实施例三的时间报文测试机中的MAX10芯片结构框图，下面的实施例将结合图3进行具体说明。

如图3所示，一种时间报文测试机中的MAX10芯片205，包括信号同步模块301、UART模块302、被测报文准时延提取模块303、语句编解码模块304、数据处理模块305和被测报文时间解析模块306，其中所述信号同步模块301进一步由被测时间报文同步3011和卫星秒脉冲同步3012组成，所述被测时间报文同步3011接收来自输入接口输出的经过光耦隔离的被测时间报文信号，所述卫星秒脉冲同步3012接收来自卫星输出的经过光耦隔离的卫星秒脉冲信号；所述UART模块302进一步由发送单元3021、接收单元3022和波特率发生器3023组成；所述被测报文准时延提取模块303进一步由秒脉冲单元3032和准时延单元3033组成；所述语句编解码模块304进一步由编码单元3041和解码单元3042组成；所述数据处理模块305进一步由秒脉冲相位比较3051、脉冲偏差3052、测试报文3053、时间报文比较器3054、卫星同步时间报文3055和秒脉冲偏移值3056组成。

一种电力自动化领域里的时间报文测试机，由输入接口、卫星、光耦隔离、RS232串口、MAX10芯片和隔离电源组成，所述输入接口接收被测秒脉冲信号，经过所述光耦隔离，进入所述MAX10芯片；所述卫星接收卫星信号中的秒脉冲信号和时间报文，经过所述光耦隔离，进入所述MAX10芯片，同时所述卫星接收来自所述MAX10芯片经过所述光耦隔离的配置报文；所述隔离电源负责为整个电路供电；所述RS232串口连接所述MAX10芯片，负责发送测试报文；所述MAX10芯片连接所述光耦隔离的输入及输出、连接RS232串口，负责整个电路的逻辑控制。

所述输入接口包括RS232电平接口，接收外部被测时间报文信号。RS232电平接口可以将RS232电平的秒脉冲转化为TTL电平的秒脉冲。

所述卫星接收卫星信号中的卫星秒脉冲和卫星时间报文。卫星秒脉冲提供秒以下的时间信息，北斗和GPS的秒脉冲精度都优于20ns；卫星时间报文提供年月日时分秒的时间信息以及所述卫星的对时状态。所述卫星的卫星秒脉冲和卫星时间报文，连接到所述光耦隔离上，作为所述光耦隔离的输入之一。同时，所述卫星需要做一些配置，例如北斗一代需要设置位置信息，以提高秒脉冲的时间精度，这些配置报文通过光耦隔离输入到卫星。

所述光耦隔离以输入接口的输出、卫星的输出以及MAX10芯片的输出作为输入。由于光耦合器具有信号单项传输、输入端与输出端完全的电气隔离特性，因此经过所述光耦隔离，可以提高MAX10芯片的抗干扰性以及稳定性。

如图3中的MAX10芯片205所示，所述MAX10芯片205连接所述光耦隔离的输入及输出、所述RS232串口，对采集到的数据进行处理，负责整个电路的控制。

所述MAX10芯片205中的逻辑控制由信号同步模块301、被测报文准时延提取模块303、被测报文时间解析模块306、UART模块302、语句编解码模块304及数据处理模块305组成。

所述信号同步模块301，主要是将经过隔离的被测时间报文信号和卫星秒脉冲信号同步，实现外部信号和内部时钟的同步。

所述被测报文准时延提取模块303由秒脉冲单元3032和准时延单元3033组成。所述被测时间报文进入所述秒脉冲单元3032进行低电平检测，当检测到信号由持续的高电平变为低电平、并持续16个时钟时，即表明持续高电平变为低电平的下降沿为准时延，所述准时延单元3033根据所述准时延生成秒脉冲信号，将所述秒脉冲信号输出到所述数据处理模块305中与所述卫星秒脉冲信号进行秒脉冲相位比较。

所述UART模块302主要进行数据的串并转换，由接收单元3022、波特率发生器3023和发送单元3021组成。所述波特率发生器3023为所述接收单元3022和发送单元3021提供通讯所需的时钟。所述UART模块302通过所述接收单元3022接收卫星信号的时间报文和所述语句编解码模块304的语句，进行数据的串并转换，转换后的数据作为所述语句编解码模块304的输入。所述UART模块302的所述发送单元3021通过接收所述数据处理模块305中的测试报文，进行串并转换，输出测试报文。

所述语句编解码模块304中的解码单元3042从所述UART模块302中的数据解析出卫星同步状态及时间信息，作为所述数据处理模块305的输入。编码单元3041通过接收所述数据处理模块305中的秒脉冲偏移值3056进行数据编码，对卫星进行配置。

所述数据处理模块305中的秒脉冲相位比较3051通过比较准时延单元3033输出的秒脉冲和信号同步模块301的卫星秒脉冲同步3012输出的卫星秒脉冲信号、时间报文比较器3054比较被测报文时间解析模块306的时间信息单元3061输出的被测报文中的时间信息和卫星同步时间报文3055输出的卫星中的时间信息，计算出二者之间的偏差，并组织成测试报文，通过所述UART模块302的发送单元3021进行发送。其中，所述秒脉冲相位比较3051输出的是脉冲偏差3052，所述卫星同步时间报文3055接收来自所述语句编解码模块304的解码单元3042解析的卫星同步时间。

所述RS232串口由RS232芯片和光耦组成，接收所述MAX10芯片输出的测试报文，经过光耦隔离和电平转换后输出。

所述隔离电源，是直流3.3V输入、直流3.3V输出，隔离前的电源为输入接口、卫星、RS232串口中的隔离前端电路、光耦隔离的隔离前端电路提供电源，隔离后的电源为MAX10芯片、光耦隔离的隔离后端电路提供电源。

本实用新型实施例中其他模块和操作如实施例一和实施例二中所述，在此不再赘述。

本实用新型可以带来这些有益的技术效果：本实用新型实施例公开的时间报文测试机，克服了现有时间报文测试机的缺陷，具有精度高、接口全、成本低且稳定性好的优点，且特别是有关于测试精度优于10ns、测试接口包括RS232电平接口、测试信息输出接口为RS232电平接口、外部基准源为卫星、基于MAX10的时间报文测试机。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种时间报文测试机，其特征在于：由输入接口、卫星、光耦隔离、RS232串口、逻辑控制芯片和隔离电源组成，其中，

所述输入接口接收被测时间报文信号，经过所述光耦隔离，进入所述逻辑控制芯片；

所述卫星接收卫星信号中的卫星秒脉冲信号和卫星时间报文，经过所述光耦隔离，进入所述逻辑控制芯片，同时所述卫星接收来自所述逻辑控制芯片经过所述光耦隔离的配置报文；

所述RS232串口连接所述逻辑控制芯片，负责发送所述逻辑控制芯片输出的测试报文；

所述逻辑控制芯片连接所述光耦隔离的输入及输出、连接所述RS232串口，负责整个电路的逻辑控制；

所述隔离电源为整个电路供电。

2.根据权利要求1所述的时间报文测试机，其特征在于：所述逻辑控制芯片是MAX10芯片。

3.根据权利要求1所述的时间报文测试机，其特征在于：所述输入接口包括RS232电平接口。

4.根据权利要求2所述的时间报文测试机，其特征在于：所述MAX10芯片由信号同步模块、被测报文准时延提取模块、被测报文时间解析模块、UART模块、语句编解码模块及数据处理模块组成。

5.根据权利要求4所述的时间报文测试机，其特征在于：所述被测报文准时延提取模块由秒脉冲单元和准时延单元组成，其中：

所述被测时间报文进入所述秒脉冲单元进行低电平检测，当检测到信号由持续的高电平变为低电平、并持续16个时钟时，即表明持续高电平变为低电平的下降沿为准时延，所述准时延单元根据所述准时延生成秒脉冲信号，将所述秒脉冲信号输出到所述数据处理模块中与所述卫星秒脉冲信号进行秒脉冲相位比较。

6.根据权利要求4所述的时间报文测试机，其特征在于：所述UART模块由接收单元、波特率发生器和发送单元组成，其中：

所述UART模块通过所述接收单元接收卫星信号的时间报文和所述语句编解码模块的语句，进行数据的串并转换，转换后的数据作为所述语句编解码模块的输入；

所述UART模块的所述发送单元通过接收所述数据处理模块中的测试报文，进行串并转换，输出测试报文。

7.根据权利要求4所述的时间报文测试机，其特征在于：所述语句编解码模块包括编码单元和解码单元，其中，所述解码单元从所述UART模块中的数据解析出卫星同步状态及时间信息，作为所述数据处理模块的输入；所述编码单元通过接收所述数据处理模块中的秒脉冲偏移值进行数据编码，对所述卫星进行配置。

8.根据权利要求5所述的时间报文测试机，其特征在于：所述数据处理模块包括秒脉冲相位比较、脉冲偏差、测试报文、卫星同步时间报文、时间报文比较器和秒脉冲偏移值，其中，

所述秒脉冲相位比较通过比较所述准时延单元输出的秒脉冲信号和卫星秒脉冲信号、被测时间报文中的时间信息和卫星中的时间信息，计算出二者之间的所述脉冲偏差，并和所述时间报文比较器组织成测试报文，通过所述UART模块的发送单元进行发送。

9.根据权利要求1至8任一所述的时间报文测试机，其特征在于：所述RS232串口由RS232芯片和光耦组成，接收所述MAX10芯片输出的测试报文，经过所述光耦隔离和电平转换后输出。

10.根据权利要求9所述的时间报文测试机，其特征在于：所述隔离电源，是直流3.3V输入、直流3.3V输出，隔离前的电源为所述输入接口、卫星、RS232串口中的隔离前端电路、光耦隔离的隔离前端电路提供电源，隔离后的电源为所述MAX10芯片、光耦隔离的隔离后端电路提供电源。