專利名稱：：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)接收irig-b碼對(duì)時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域，可以應(yīng)用在發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，該方法具體使用在自動(dòng)化系統(tǒng)中的裝置對(duì)時(shí)接口，是一種簡(jiǎn)化對(duì)時(shí)方式的實(shí)現(xiàn)方法。技術(shù)背景隨著電子技術(shù)的發(fā)展、自動(dòng)化水平的不斷提高，IRIG-B碼對(duì)時(shí)系統(tǒng)也能夠普及應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，尤其體現(xiàn)在自動(dòng)化水平較高的電力自動(dòng)化領(lǐng)域。在一個(gè)控制系統(tǒng)范圍內(nèi)，往往具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收裝置，完成從GPS衛(wèi)星信號(hào)接收到解碼輸出脈沖的過(guò)程，控制系統(tǒng)內(nèi)各測(cè)控及自動(dòng)化裝置需要接收脈沖完成全網(wǎng)的對(duì)時(shí)。通過(guò)對(duì)GPS接收裝置輸出的脈沖碼流的分析，我們提出一種利用單片機(jī)系統(tǒng)均具備的UART(串行通訊口)完成對(duì)時(shí)信息的解碼方法，能夠使自動(dòng)化裝置輕易實(shí)現(xiàn)IRIG-B碼脈沖的解析，而無(wú)須使用CPLD等邏輯器件，提高了產(chǎn)品集成度，通過(guò)軟件功能實(shí)現(xiàn)降低了產(chǎn)品成本。
發(fā)明內(nèi)容目前自動(dòng)化裝置能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖解碼的方式均需要通過(guò)CPLD或FPGA等可編程邏輯器件完成，需要在硬件接口上增加邏輯芯片進(jìn)行處理，一方面產(chǎn)品復(fù)雜度上升影響裝置開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)周期，另一方面造成產(chǎn)品整體成本的提高，不利于裝置的產(chǎn)品化與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。為了便于單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度對(duì)時(shí)，本發(fā)明獨(dú)辟蹊徑，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)均具備的UART通訊口解決了對(duì)時(shí)通道的授時(shí)技術(shù)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種通過(guò)單片機(jī)UART接口接收IRIG-B碼對(duì)時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法，該方法只需要RS485芯片和單片機(jī)的一個(gè)UART口即能完成對(duì)時(shí)功能，無(wú)須使用CPLD邏輯器件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝置對(duì)對(duì)時(shí)信息IRIG-B碼脈沖的解析，GPS授時(shí)裝置的IRIG-B碼輸出信號(hào)接口為RS232/485接口，IRIG-B碼輸出信號(hào)起始輸出為邏輯1，單片機(jī)UART串行通訊口能夠識(shí)別的信號(hào)為T(mén)TL電平，且起始位為邏輯0，因此將GPS授時(shí)裝置的輸出信號(hào)反接到自動(dòng)化裝置輸入口，即將GPS授時(shí)裝置所輸出的IRIG-B碼輸出信號(hào)反相，然后通過(guò)RS232/485芯片進(jìn)行電平調(diào)制，將反相后的IRIG-B碼輸出信號(hào)調(diào)制成UART能夠識(shí)別通訊信號(hào)，即轉(zhuǎn)換成UART口所識(shí)別的帶有起動(dòng)位和停止位的通訊報(bào)文幀。所述IRIG-B碼是每秒一幀的時(shí)間串碼，一個(gè)時(shí)幀周期的前60個(gè)碼元能夠表示包含秒、分、時(shí)、R、月、年信息的時(shí)間，三種碼元的脈寬分別為2ms、5ms和8ms，其中2ms碼元表示二進(jìn)制"0"，5ms碼元表示二進(jìn)制"1"，8ms碼元為位置識(shí)別標(biāo)志；其特征為將單片機(jī)的UART串行通訊口的設(shè)置對(duì)應(yīng)為波特率1000bps，數(shù)據(jù)格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，l位停止位，無(wú)校驗(yàn)方式。在UART譯碼方面，按照數(shù)據(jù)格式，從l)ART串行通訊口的接收寄存器讀取到的數(shù)據(jù)信息是將起始位和停止位去除的8位數(shù)據(jù)，去除首尾的起始位和停止位，按照串行通訊低位在前、高位在后的原則。對(duì)時(shí)信息的時(shí)間格式幀從幀參考標(biāo)志開(kāi)始，當(dāng)連續(xù)兩次接收到的數(shù)據(jù)都為0x80即8ms碼元，則表明啟動(dòng)對(duì)時(shí)信息的傳輸，完整時(shí)間格式幀為60個(gè)碼元，每個(gè)碼元為IO毫秒，完整對(duì)時(shí)幀接收完成后，裝置進(jìn)行對(duì)時(shí)時(shí)，時(shí)鐘毫秒數(shù)應(yīng)加上此延時(shí)即600毫秒。對(duì)于目前工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)大量應(yīng)用的基于單片機(jī)的硬件設(shè)備，都可以通過(guò)本發(fā)明提出的方法完成IRIG-B碼對(duì)時(shí)要求，不需要增加額外的可編程邏輯器件，只要具備485通訊接口，通過(guò)單片機(jī)的UART即可完成解碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。本發(fā)明可使自動(dòng)化硬件設(shè)備的對(duì)時(shí)接口設(shè)計(jì)復(fù)雜程度大大降低，有效縮減了硬件成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。附圖1為單片機(jī)UART口接收IRIG-B碼信號(hào)示意圖；附圖2圖示了IRIG-B碼的三種碼元信號(hào)經(jīng)過(guò)RS485芯片后的變化情況以及碼元信號(hào)和通訊數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；附圖3為解析時(shí)間程序的流程圖。具體實(shí)施方式下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)表述。圖1示出了本發(fā)明的單片機(jī)UART口接收IRIG-B碼信號(hào)示意圖，GPS授時(shí)裝置輸出接口為RS232/485接口，該脈沖輸出有效數(shù)據(jù)電平時(shí)為邏輯1，而空閑狀態(tài)時(shí)為邏輯O，與串行通訊狀態(tài)相反。按照串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)啟始輸出為邏輯O，總線空閑及停止位輸出邏輯l，所以接線時(shí)，要將GPS授時(shí)裝置的輸出信號(hào)反接到自動(dòng)化裝置輸入口，即將GPS授時(shí)裝置IRIG-B+端口接至RS485芯片的RS485-B端口，GPS授時(shí)裝置IRIG-B-端口接至RS485芯片的RS485-A端口，再通過(guò)RS232/485芯片進(jìn)行電平調(diào)制后接入單片機(jī)的UART通訊口，即能夠變?yōu)閁ART口所識(shí)別的帶有起動(dòng)位和停止位的通訊報(bào)文幀。GPS授時(shí)裝置IRIG-B碼是每秒一幀的時(shí)間串碼，每個(gè)碼元的寬度是10ms，每10個(gè)碼元有一個(gè)位置識(shí)別標(biāo)志。一個(gè)時(shí)幀周期的前60個(gè)碼元能夠表示包含秒、分、時(shí)、日、月、年信息的時(shí)間。碼元分為三種，脈寬分別為2ms、5ms和8ms。其中2ms碼元表示二進(jìn)制"0"，5ms碼元表示二進(jìn)制"1"，8ms碼元為位置識(shí)別標(biāo)志。所以單片機(jī)的UART通訊口的設(shè)置對(duì)應(yīng)為波特率1000bps，數(shù)據(jù)格式為l位起始位，8位數(shù)據(jù)位，l位停止位，無(wú)校驗(yàn)方式，如附圖2所示。從傳輸報(bào)文的角度來(lái)看，三種碼元均遵循異步串行通訊的規(guī)律。如上即完成了電平方面的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。在UART譯碼方面的實(shí)現(xiàn)方法如下按照數(shù)據(jù)格式，從UART串行通訊口的接收寄存器讀取到的數(shù)據(jù)信息是將起始位和停止位去除的8位數(shù)據(jù)，所以按照附圖2所示，去除首尾的起始位和停止位，按照串行通訊低位在前、高位在后的原則，碼元電平每位的狀態(tài)即可得到。其中2ms碼元實(shí)質(zhì)上就是數(shù)據(jù)OxFE，5ms碼元實(shí)質(zhì)上就是數(shù)據(jù)OxFO，8tns碼元實(shí)質(zhì)上就是數(shù)據(jù)0x80。時(shí)間格式幀從幀參考標(biāo)志開(kāi)始，當(dāng)連續(xù)兩次接收到的數(shù)據(jù)都為0x80(8ms碼元)則表明啟動(dòng)秒的傳輸。如附圖3譯碼程序的流程圖所示，接下來(lái)收到的58個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)則表示了當(dāng)前的時(shí)間。時(shí)、分、秒、年均用8bits的BCD碼表示，低位在前，高位在后，個(gè)位在前，十位在后。天用12bits的BCD碼表示，低位在前，高位在后，個(gè)位在前，十位居中，百位在后。其中秒、分、時(shí)、天都是絕對(duì)時(shí)間，年是相對(duì)時(shí)間，以2000年為基數(shù)。顯然秒、分、時(shí)、年的數(shù)值可直接得出，R和月的數(shù)值根據(jù)該年是否為閏年和天的數(shù)值計(jì)算得出。單片機(jī)的UART口每接收到1個(gè)字節(jié)的通訊數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一次接收中斷，單片機(jī)依次將報(bào)文數(shù)據(jù)放入接收緩沖，全部接收完成后統(tǒng)一刷新自動(dòng)化裝置自身的時(shí)鐘。由于完整時(shí)間格式幀為60個(gè)碼元，每個(gè)碼元為10毫秒，所以完整對(duì)時(shí)幀接收完成后，裝置進(jìn)行對(duì)時(shí)時(shí)，時(shí)鐘毫秒數(shù)應(yīng)加上此延時(shí)，即為600毫秒。對(duì)時(shí)的誤差也就是通訊口中斷響應(yīng)時(shí)間加上數(shù)據(jù)接收判斷和計(jì)算的時(shí)間，由于計(jì)算方法比較簡(jiǎn)單，按照目前主流50MHz的ARM7單片機(jī)運(yùn)行速度計(jì)算，耗費(fèi)的時(shí)間完全能夠保證在100us以內(nèi)，達(dá)到對(duì)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間精度要求。下面以一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明具體的計(jì)算過(guò)程。下表為單片機(jī)UART口接收到的58個(gè)數(shù)據(jù)值。幀開(kāi)始參考標(biāo)志數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)5數(shù)據(jù)6數(shù)據(jù)7數(shù)據(jù)80x800x80OxFE0xF0OxFEOxFEOxFE0xF0OxFEOxFE數(shù)據(jù)9數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)12數(shù)據(jù)13數(shù)據(jù)14數(shù)據(jù)15數(shù)據(jù)16數(shù)據(jù)17數(shù)據(jù)18<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>如前所述，數(shù)據(jù)0x80為幀開(kāi)始參考標(biāo)志和位置識(shí)別標(biāo)志，數(shù)據(jù)OxFE對(duì)應(yīng)BCD碼bit位為0，數(shù)據(jù)OxFO對(duì)應(yīng)BCD碼bit位為1。貝ij:毫秒值=600秒值=1*1+2*0+4*0+8*0+10*0+20*1+40*0=21分種值=1*1+2*0+4*0+8*1+10*1+20*1+40*0=39小時(shí)值二1*0+2*0+4*0+8*0+10*1+20*0+40*0=10天值二1*0+2*0+4*0+8*0+10*1+20*0+40*1+80*0+100*1+200*0=150年值=1*1+2*1+4*1+8*0+10*0+20*0+40*0+2000=2007根據(jù)天和年的數(shù)值可以計(jì)算出日月值為5月30日。通過(guò)上述介紹的硬件處理方式和軟件實(shí)現(xiàn)方法，在自動(dòng)化裝置的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中照此完成，即可達(dá)到接收IRIG-B碼對(duì)時(shí)的要求，完成產(chǎn)品化需要。權(quán)利要求1、一種通過(guò)單片機(jī)UART接口接收IRIG-B碼對(duì)時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法，該方法只需要RS485芯片和單片機(jī)的一個(gè)UART口即能完成對(duì)時(shí)功能，無(wú)須使用CPLD邏輯器件，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝置對(duì)對(duì)時(shí)信息IRIG-碼脈沖的解析，GPS授時(shí)裝置的IRIG-B碼輸出信號(hào)接口為RS232/485接口，IRIG-B碼輸出信號(hào)起始輸出為邏輯1，單片機(jī)UART串行通訊口能夠識(shí)別的信號(hào)為T(mén)TL電平，且起始位為邏輯0；其特征為，該實(shí)現(xiàn)方法如下將GPS授時(shí)裝置的輸出信號(hào)反接到自動(dòng)化裝置輸入口，即將GPS授時(shí)裝置所輸出的IRIG-B碼輸出信號(hào)反相，然后通過(guò)RS232/485芯片進(jìn)行電平調(diào)制，將反相后的IRIG-B碼輸出信號(hào)調(diào)制成UART能夠識(shí)別通訊信號(hào)，即轉(zhuǎn)換成UART口所能識(shí)別的帶有起動(dòng)位和停止位的通訊報(bào)文幀。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機(jī)UART接口接收IRIG-B碼對(duì)時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征為所述IRIG-B碼是每秒一幀的時(shí)間串碼，一個(gè)時(shí)幀周期的前60個(gè)碼元能夠表示包含秒、分、時(shí)、閂、月、年信息的時(shí)間，三種碼元的脈寬分別為2ms、5ms和8nis，其中2ms碼元表示二進(jìn)制"0"，5ms碼元表示二進(jìn)制"1"，8ms碼元為位置識(shí)別標(biāo)志；將單片機(jī)的UART串行通訊口的設(shè)置如下波特率1000bps，數(shù)據(jù)格式為l位起始位，8位數(shù)據(jù)位，l位停止位，無(wú)校驗(yàn)方式。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單片機(jī)UART接口接收IRIG-B碼對(duì)時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征為在UART譯碼方面，按照數(shù)據(jù)格式，從UART串行通訊口的接收寄存器讀取到的數(shù)據(jù)信息是將起始位和停止位去除的8位數(shù)據(jù)，去除首尾的起始位和停止位，按照串行通訊低位在前、高位在后的原則。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機(jī)UART接口接收IRIG-B碼對(duì)時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征為對(duì)時(shí)信息的時(shí)間格式幀從幀參考標(biāo)志開(kāi)始，當(dāng)連續(xù)兩次接收到的數(shù)據(jù)都為0x80即8ms碼元，則表明啟動(dòng)對(duì)時(shí)信息的傳輸，完整時(shí)間格式幀為60個(gè)碼元，每個(gè)碼元為10毫秒，完整對(duì)時(shí)幀接收完成后，裝置進(jìn)行對(duì)時(shí)時(shí)，時(shí)鐘毫秒數(shù)應(yīng)加上此延時(shí)即600毫秒。全文摘要本發(fā)明涉及自動(dòng)化控制系統(tǒng)中由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的自動(dòng)化裝置的對(duì)時(shí)方法，公開(kāi)了通過(guò)單片機(jī)UART接口接收IRIG-B碼對(duì)時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法。本方法只需要RS485芯片和單片機(jī)的一個(gè)UART口即能完成對(duì)時(shí)功能。方法中將IRIG-B碼信號(hào)看作為串行異步通訊報(bào)文(報(bào)文波特率為1000bps，報(bào)文格式為1個(gè)起始位、8位數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位、無(wú)校驗(yàn))。通過(guò)RS485芯片將IRIG-B碼電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成為T(mén)TL電平信號(hào)，將該信號(hào)接至單片機(jī)的UART接口，然后對(duì)通訊中斷接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件譯碼完成對(duì)時(shí)功能。該方法對(duì)時(shí)精度高，提高了裝置對(duì)時(shí)電路實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)性和高集成度。文檔編號(hào)G05B19/418GK101251755SQ20081010210公開(kāi)日2008年8月27日申請(qǐng)日期2008年3月18日優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日發(fā)明者奚志江,焦邵華,王曉峰申請(qǐng)人:四方電氣(集團(tuán))有限公司;北京四方博能自動(dòng)化設(shè)備有限公司