新一代的GPS-B码解码授时系统设计

发布时间：2017-08-23 00:07

  本文关键词：新一代的GPS-B码解码授时系统设计

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【摘要】：在电力系统中,统一的高精度时钟对于获取发电机组运行过程中的运行状态信息非常重要。调度自动化系统、微机继电保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、远动装置、计算机数据交换网、雷电定位系统等系统设备对时间的精确度要求较高,这些系统设备会实时的记录并存储各自所控制的仪器设备的各项运行参数,并绘制出趋势曲线(包括实时曲线和历史曲线),通过分析系统记录的趋势曲线,可以判断事故发生的前后顺序,从而对事故产生的原因进行科学的分析,这对于减少事故隐患、提高系统设备的稳定性具有重要的作用。 目前国内外主要的授时方式有5种,分别为短波授时、长波授时、卫星授时、IRIG-B码授时、网络授时,而卫星授时和IRIG-B码授时两种授时方式在实际中应用又最为广泛,这两种授时方式已成为当今电力系统的主流授时方式。 本文针对电力系统各种系统和自动化装置对统一授时的实际需求,设计了一种新型的多源授时系统,该系统模块可同时接受GPS卫星信号及IRIG-B码信号,两种信号互为备用,工作时,模块既可以跟踪GPS卫星获取精确的时间、位置信息,也可以接收IRIG-B码信号获取时间信息,解析后通过CAN和串口隔离向外输出,可满足多种环境的需求。由于该系统模块采用基于单片机的方法设计,可靠性高,反应速度快,成本低,有比较强的现实意义。 本文针对GPS卫星信号及IRIG-B码信号各自的特点,对信号解调的原理、方法及实现进行了详细的阐述,并提出了一种新的方法来解决两种信号的共存问题,该方法利用了两种信号的特点,通过同一单片机的不同功能区分别捕获处理信号,使得系统的集成度更高,更简单可靠,该方法主要采用软件实现,降低了实现成本。GPS时间信号来自于GPS信号接收机,该接收机通过卫星天线接收来自GPS卫星的信号,经过解析后利用RS-232通信协议向外发送信息,可以利用单片机的串行接收引脚接收该GPS信息,然后由单片机解析出其中的时间信息；IRIG-B时间格式码来自于标准的IRIG-B码时钟源,B码时钟源发送的IRIG-B时间格式码遵循RS-422通信协议。由于IRIG-B为一系列脉宽为10ms的脉冲组成,频率较低,可通过利用单片机的输入捕获功能引脚捕获脉冲的方法完成对IRIG-B码的信息的采集,然后再通过单片机解析出其中的时间信息。系统分别采用CAN通信协议、RS-232通信协议、RS-485通信协议三种通信协议向外输出,可满足大部分系统设备的需求。 本文提出的时间码解码技术,方法简单,成本较低,开发操作简单,具有很好的推广价值,同时该解码技术对于其它方式的授时系统的设计也具有一定的参考价值。
【关键词】：GPS信号 IRIG-B时间码 GPS授时 多源
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM73;P228.4
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符号说明12-13
• 第一章 综述13-16
• 1.1 相关背景介绍13
• 1.2 国内外统一授时的发展现状13
• 1.3 目前主要的授时方式13-16
• 第二章 GPS格式码及其解码原理16-19
• 2.1 GPS简介16
• 2.2 GPS格式码的介绍16-18
• 2.2.1 GPS接收机16-17
• 2.2.2 GPS格式码结构17-18
• 2.3 GPS解码原理18-19
• 第三章 IRIG-B格式码及其在授时系统中的应用19-24
• 3.1 IRIG时间码19
• 3.2 IRIG-B时间格式码19-22
• 3.2.1 IRIG-B时间格式码组成20-22
• 3.3 IRIG-B时间格式码在授时系统中的应用22-24
• 3.3.1 IRIG-B时间格式码的特点22
• 3.3.2 IRIG-B时间格式码在授时系统中的应用22-24
• 第四章 新一代的GPS-B码解码授时系统的设计24-49
• 4.1 前言24
• 4.2 硬件系统总体设计24-25
• 4.3 电源电路的设计25
• 4.4 输入单元电路的设计25-27
• 4.4.1 GPS时间码接收电路25-26
• 4.4.2 IRIG-B时间格式码输入电路26-27
• 4.5 解码单元电路的设计27-30
• 4.5.1 解码电路工作原理29-30
• 4.5.2 键盘及液晶显示部分30
• 4.6 时钟保持电路30
• 4.7 通信接口单元电路的设计30-35
• 4.7.1 RS232通信单元电路设计31
• 4.7.2 RS485通信单元电路设计31-32
• 4.7.3 CAN通信单元电路设计32-34
• 4.7.4 PPS秒脉冲及分钟脉冲输出单元电路的设计34-35
• 4.7.5 报警信号输出单元电路的设计35
• 4.8 系统软件设计35-49
• 4.8.1 主程序35-36
• 4.8.2 解码程序36-42
• 4.8.3 通信接口程序42-44
• 4.8.4 中断程序44-45
• 4.8.5 PC机数据接收部分设计45-49
• 第五章 结论与展望49-52
• 5.1 论文总结49-50
• 5.2 下一步工作50-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 附录56-57
• 学位论文评阅及答辩情况表57

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本文编号：721820