北斗授时在电力终端上的应用

时间：2022-06-10 12:30:03

关键字：北斗授时时钟同步 RS483

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]摘要:研究了北斗授时功能在电力终端时钟同步上的应用,利用卫星高精度时钟系统研制了低成本、小体积、兼容各种终端的授时器,目的在于给电力终端提供高精度的同步时间,为需要高精度的时间应用提供基础。首先对北斗授时在电力终端时钟上的应用进行了原理分析,然后通过样机进行了实际使用效果验证。理论和实践表明,北斗在终端授时方面的应用精度以及安全性很高,效果良好。

引言

目前终端时钟同步方式多为主站通过无线公网对终端校时,由于无线公网存在不确定的时间延迟通常延迟在2S到十几秒）,主站的准确时间实际到达终端时已存在2S到十几秒的误差,已经无法保证系统要求。

针对以上弊端,研究一种利用北斗授时的终端设备,本设备和终端安装在一起,并通过RS483通信,时刻给终端校时,保证终端设备的时钟精度。

中国北斗卫星导航系统BeiDOuNavigatiOnSatelliteSyStem,BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。截至2018年8

月,北斗导航系统已具有53颗卫星,包括3颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、5颗倾斜同步轨道卫星。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力。

本文介绍内容只限于北斗的授时功能。北斗授时就是利用卫星控制连续发送的时间信号,供地面的用户接收机接收,接收机将接收到的信号通过算法提取出卫星提供的精确时间,这样就完成了卫星时间到地面时间的传递。这个授时过程的优势在于,可以从卫星获取高精度时间精度可达1mS）,没有地理位置限制,在任何地方,无论相距多远,都可获得同步的高精度时间。即使在卫星信号受遮蔽的区域,也可通过信号线将天线引出到开阔区域获取信号。

1理论分析

我国自主研发推广的北斗系统,安全性高,精度不输于GPS,使用北斗授时系统的高精度原子钟发来的标准时钟信号,时间精度优于50nS。

目前,北斗授时已在通信基站、广播电视、轨道系统、车载设备、手机、平板、可穿戴设备等嵌入式领域得到应用,可以说,北斗授时技术已经成熟。

在电力领域,许多终端时钟的同步方式还是主站通过无线公网对终端授时。无线公网的覆盖范围有限,在许多地方没有信号,即使有信号,也存在时间延迟,并且时间延迟是不确定的2S到十几秒）,这样的误差,显然无法保证系统要求。

本授时终端时刻接收北斗卫星信号,然后在每天特定时间开始通过RS483发送给终端,给终端校时。

终端校时完成后,再发送校时命令给下行通信模块,下行通信模块发送全网广播校时,从而达到整个台区所有电表时钟同步的目的,保证各终端设备、电表时间一致。北斗授时在电力终端上的应用示意图如图1所示。

为了实现最大的安全性和可靠性,本授时终端有双模功能,即兼容北斗和GPS,可以用北斗授时,也可以用GPS授时。

1硬件设计

1）外壳使用南网标准二型采集器的外壳,便于安装,可直接安装在终端旁边,其外形如图2所示。

2）授时模块的选型:为了达到最大的可靠性,采用优质授时模块至关重要。模块在电路中的作用主要是天线驱动与卫星信号接收、放大、滤波,信号的下变频、解扩解调、时间信息合成等。在这里,采用了中科微电子的ATGM552D-3N-51型北斗/GPS双模模块,如图3所示,考虑通信波特率和发送的字节数计算延迟时间,补偿时钟误差,授时终端可达到1mS的时钟授时精度。

5）卫星信号天线:由于终端安装环境复杂,很多终端安装在室内,卫星信号屏蔽严重,授时终端采用了高增益的有源卫星接收天线,线长可达3m,将天线引到室外等信号不受遮蔽的地方,保证卫星信号正常接收。

（4)综合以上,校时器使用ARM嵌入式系统技术,恩智浦半导体的LPC824型处理器研发生产,该处理器性能优异:ARMCOrtex-M0+处理器（版本r0p1),运行时频率高达30MHz:高达32kB片上可编程闪存,带64字节页面写入和擦除功能,支持代码读保护（CRP):8kBSRAM:窗口看门狗定时器（wwDT):用于降低功耗的集成PMU（电源管理单元):掉电检测（BOD):唯一的设备识别序列号:工作温度范围为-40～+105℃。

3软件设计

授时终端基于此命令读取和设置终端的时钟,使用终端RS485通信端口给终端自动校时。

软件流程图如图4所示。