一種基于北斗/GPS的主動授時(shí)模塊制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種基于北斗/GPS的主動授時(shí)模塊，包括主動授時(shí)單元以及載波單元/微功率無線單元，所述主動授時(shí)單元包括MCU處理器、電源電路、接口電路、北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路。本實(shí)用新型專利技術(shù)從根本上解決了用電系統(tǒng)設(shè)備時(shí)鐘誤差大的問題，對時(shí)困難等問題，且相較于現(xiàn)有的電表校準(zhǔn)儀等設(shè)備，其成本低、可操作性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、應(yīng)用靈活，可大大減少現(xiàn)場設(shè)備的時(shí)鐘故障率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電力監(jiān)控系統(tǒng)中對時(shí)鐘要求較高的電器設(shè)備的時(shí)間精確度問題，具體是開發(fā)一種基于北斗/GPS的主動授時(shí)模塊，設(shè)備通過模塊定時(shí)接收北斗/GPS授時(shí)信號實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘自動校準(zhǔn)的方法。
技術(shù)介紹
隨著用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的逐步完善，安檢、運(yùn)檢、交易中心等越來越多的業(yè)務(wù)部門開始從采集系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)運(yùn)行分析、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、事故發(fā)展過程分析等。面對采集系統(tǒng)與各個系統(tǒng)間頻繁的數(shù)據(jù)交互，電表本身時(shí)鐘的準(zhǔn)確度對其它系統(tǒng)的影響也日益突出，不再僅僅的是為費(fèi)率和結(jié)算提供依據(jù)，更是為整個系統(tǒng)運(yùn)行分析、需求側(cè)管理提供準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)的保證。為全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、分析事故原因、需要一個統(tǒng)一的時(shí)間信號源給系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備對時(shí)，以使這些設(shè)備的各種測量有一個統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)簽。目前，采集系統(tǒng)的時(shí)鐘同步，使用的方法是主站對采集終端對時(shí)，采集終端再定時(shí)對電表進(jìn)行對時(shí)的兩級對時(shí)方法。但由于采集信道速率低、容量有限、時(shí)延不固定等因素導(dǎo)致執(zhí)行全面的定點(diǎn)時(shí)鐘校準(zhǔn)存在很大困難，另外由于技術(shù)條件限制，廣播校時(shí)存在著不能全覆蓋、多級傳播、自動計(jì)算時(shí)間損失等諸多問題。針對上述問題，結(jié)合現(xiàn)代北斗/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)可提供授時(shí)服務(wù)的特點(diǎn)，電表現(xiàn)場校準(zhǔn)等校時(shí)裝置應(yīng)運(yùn)而生，但此類設(shè)備需工作人員深入現(xiàn)場調(diào)試、檢測，而且若逐個校準(zhǔn)電表等采集系統(tǒng)設(shè)備，工作量巨大，成本巨高。截至2015年6月末，現(xiàn)場運(yùn)行的國網(wǎng)表已近3億只，據(jù)統(tǒng)計(jì)，時(shí)鐘誤差在5分鐘以上的電表占比11.08％，在2小時(shí)以上的電表占比5.44％，在一周以上的電表占比0.8％。由于數(shù)量巨大，而且更換不方便，急需找到一種簡單方便、經(jīng)濟(jì)有效的方法解決電表時(shí)鐘偏差問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)為解決用電信息采集系統(tǒng)中電表等設(shè)備時(shí)間校準(zhǔn)問題，從原有兩級對時(shí)方案中解放出來，提出開發(fā)一種基于北斗/GPS的主動授時(shí)模塊及電表主動授時(shí)方法。技術(shù)方案：一種基于北斗/GPS的主動授時(shí)模塊，它包括主動授時(shí)單元以及載波單元/微功率無線單元，所述主動授時(shí)單元包括MCU處理器、電源電路、接口電路、北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路，其中：所述北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路連接天線，用于接收北斗/GPS的授時(shí)信號(授時(shí)碼)；北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路發(fā)送信號至MCU處理器，進(jìn)行衛(wèi)星授時(shí)信號的處理；接口電路與MCU處理器連接，用于主動授時(shí)模塊與所屬電表進(jìn)行通信；接口電路通過電源電路分別連接北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路、MCU處理器，電源電路將接口電路的電壓做LDO轉(zhuǎn)換成供北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路、MCU處理器使用的電壓，用于能量供給。優(yōu)選的，所述接口電路與MCU處理器連接，用于主動授時(shí)模塊與所屬電表進(jìn)行通信，主動授時(shí)模塊只向所屬電表發(fā)送數(shù)據(jù)，不接收所屬電表的數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路與MCU處理器之間、MCU處理器與所屬電表之間，均采用UART方式進(jìn)行通信。一種基于北斗/GPS的電表主動授時(shí)方法，主動授時(shí)模塊安裝在用電信息采集系統(tǒng)中的電表上，安裝所述主動授時(shí)模塊的電表基于統(tǒng)一的時(shí)鐘源進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，主動授時(shí)模塊采取定時(shí)或響應(yīng)命令的時(shí)鐘校準(zhǔn)方式主動或被動調(diào)整自身時(shí)鐘并同步電表時(shí)鐘，所述統(tǒng)一的時(shí)鐘源為北斗/GPS發(fā)布的授時(shí)信號。優(yōu)選的，所述主動授時(shí)模塊采取定時(shí)或響應(yīng)命令的時(shí)鐘校準(zhǔn)方式校時(shí)，校時(shí)過程設(shè)計(jì)容錯處理，對北斗/GPS授時(shí)信號有效性進(jìn)行判斷，確保校時(shí)的準(zhǔn)確性；電表通信串口繁忙時(shí)，等待空閑處理，避免影響電表抄表的業(yè)務(wù)流程。優(yōu)選的，有效性判斷是：通過北斗/GPS授時(shí)信號報(bào)文的周期完整性檢驗(yàn)及授時(shí)信號自身有效性標(biāo)記判斷授時(shí)信號的有效性。一種基于北斗/GPS的電表主動授時(shí)方法，主送授時(shí)模塊的北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路直接接收來自北斗/GPS發(fā)布的授時(shí)信號，利用MCU處理器解析處理成標(biāo)準(zhǔn)的645報(bào)文，下發(fā)給電表，實(shí)現(xiàn)電表時(shí)鐘自動修正。優(yōu)選的，電表的表內(nèi)MCU中內(nèi)置時(shí)鐘芯片RTC，在無法收到信號時(shí)，電表仍能利用表內(nèi)MCU的內(nèi)置時(shí)鐘芯片RTC繼續(xù)進(jìn)行正常走時(shí)。優(yōu)選的，北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路通過UART方式將授時(shí)信號發(fā)送至MCU處理器，MCU處理器通過UART方式將標(biāo)準(zhǔn)的645報(bào)文下發(fā)給所屬電表。優(yōu)選的，授時(shí)流程為：1)北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路定時(shí)或響應(yīng)命令接收來自北斗/GPS的授時(shí)信號；2)北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路將接收到的授時(shí)信號傳輸給MCU處理器處理成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；3)MCU處理器將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間通過接口電路以標(biāo)準(zhǔn)的645報(bào)文的形式下發(fā)給所屬電表；4)電表根據(jù)收到標(biāo)準(zhǔn)的645報(bào)文，自動校正自身時(shí)鐘；5)重復(fù)上述步驟1)～4)。更具體的，授時(shí)流程為：主動授時(shí)模塊檢測到用電采集系統(tǒng)中集中器或其它采集設(shè)備通過載波單元/微功率無線單元發(fā)送過來的校時(shí)命令后，當(dāng)前主動授時(shí)模塊自動檢測是否接收到授時(shí)信號，若收到則將收到的授時(shí)信號傳送給MCU處理器進(jìn)行處理，授時(shí)信號通過MCU處理器處理后，解析成標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間數(shù)據(jù)記為Time1，判斷UART串口是否繁忙，若不繁忙則讀取電表當(dāng)前時(shí)間記為Time2，Time1與Time2比較，若誤差在5min鐘以內(nèi)，將Time1+△t做為校準(zhǔn)時(shí)間組成標(biāo)準(zhǔn)的電表廣播校時(shí)報(bào)文，通過UART下發(fā)給電表，一次性完成電表對時(shí)，其中：△t為傳輸和計(jì)算過程中產(chǎn)生的延時(shí)；若誤差大于5min，則將Time2+5min做為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間組成標(biāo)準(zhǔn)的電表廣播校時(shí)報(bào)文，通過UART下發(fā)給電表，電表時(shí)鐘誤差縮小5min，次日再發(fā)起上述校時(shí)流程，再校正5min，逐步完成電表對時(shí)；若電表串口繁忙，則等待直到串口空閑下來，再執(zhí)行上述流程；假如主動授時(shí)模塊沒有檢測到授時(shí)信號或判斷授時(shí)信號為無效信號，則自動丟棄校時(shí)命令等待下一輪校時(shí)。本技術(shù)的有益效果電表安裝該主動授時(shí)模塊后，可根據(jù)自身需要設(shè)置對時(shí)間隔，定時(shí)接收來自北斗/GPS衛(wèi)星的授時(shí)信息，所有接收該信號的電表都與北斗/GPS衛(wèi)星發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，保證了全部電表的基準(zhǔn)時(shí)鐘的一致性。從根本上解決了用電系統(tǒng)設(shè)備時(shí)鐘誤差大的問題，對時(shí)困難等問題，且相較于現(xiàn)有的電表校準(zhǔn)儀等設(shè)備，其成本低、可操作性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、應(yīng)用靈活，可大大減少現(xiàn)場設(shè)備的時(shí)鐘故障率。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的645報(bào)文，現(xiàn)場電表都可以支持。所以對于已經(jīng)在現(xiàn)場運(yùn)行的電表，通過更換通信模塊即可解決現(xiàn)場時(shí)鐘出現(xiàn)偏差的電表。既可以節(jié)省成本，又減少了施工工作量，提高了客戶滿意度。附圖說明圖1主動授時(shí)模塊硬件結(jié)構(gòu)圖。圖2主動授時(shí)模塊引腳定義。圖3主動授時(shí)模塊授時(shí)主流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對本技術(shù)作進(jìn)一步說明，但本技術(shù)的保護(hù)范圍不限于此：圖1帶有北斗/GPS授時(shí)接收的主動授時(shí)模塊和傳統(tǒng)的通信模塊相比，增加了北斗/GPS授時(shí)接收單元。該模塊利用接收北斗/GPS授時(shí)信號技術(shù)對電表時(shí)鐘進(jìn)行校對。圖2給出了主動授時(shí)模塊與電表連接接口管腳定義，具體含義見下表1所述。表1主動授時(shí)模塊引腳定義本技術(shù)中硬件電路是在不破壞現(xiàn)有窄帶、寬帶載波通信模塊全部功能基礎(chǔ)上，新增授時(shí)功能。如圖1所示，在現(xiàn)有窄帶、寬帶載波通信模塊的基礎(chǔ)上，增加主動授時(shí)單元。主動授時(shí)單元包括：GPS/北斗接收機(jī)、MCU、電源系統(tǒng)及接口電路。其中接口電路與載波模塊的接口電路復(fù)用，主動授時(shí)模塊只向外發(fā)出數(shù)據(jù)，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于北斗/GPS的主動授時(shí)模塊，其特征在于它包括主動授時(shí)單元以及載波單元/微功率無線單元，所述主動授時(shí)單元包括MCU處理器、電源電路、接口電路、北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路，其中：所述北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路連接天線，用于接收北斗/GPS的授時(shí)信號；北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路發(fā)送信號至MCU處理器，進(jìn)行衛(wèi)星授時(shí)信號的處理；接口電路與MCU處理器連接，用于主動授時(shí)模塊與所屬電表進(jìn)行通信；接口電路通過電源電路分別連接北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路、MCU處理器，電源電路將接口電路的電壓做LDO轉(zhuǎn)換成供北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路、MCU處理器使用的電壓，用于能量供給。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于北斗/GPS的主動授時(shí)模塊，其特征在于它包括主動授時(shí)單元以及載波單元/微功率無線單元，所述主動授時(shí)單元包括MCU處理器、電源電路、接口電路、北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路，其中：所述北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路連接天線，用于接收北斗/GPS的授時(shí)信號；北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路發(fā)送信號至MCU處理器，進(jìn)行衛(wèi)星授時(shí)信號的處理；接口電路與MCU處理器連接，用于主動授時(shí)模塊與所屬電表進(jìn)行通信；接口電路通過電源電路分別連接北斗/GPS授時(shí)信號收發(fā)電路、MCU處理器...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：薛軍，巨漢基，朱艷，丁恒春，袁瑞銘，田海亭，路鑫，
申請(專利權(quán))人：南京林洋電力科技有限公司，江蘇林洋能源股份有限公司，國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院，華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，國家電網(wǎng)公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32