GPS精密授时功能的应用

发布者:雅致书香最新更新时间:2006-09-12 来源: 国外电子元器件关键字:授时  单片机  脉冲 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

1 引言
  电力系统中的功角稳定性、电压稳定性、频率动态变化及其稳定性是相互诱发、相互关联的,其中,发电机功角状况是电力系统运行的主要状态变量.也是系统稳定运行的标志。因此,实时测量发电机的功角是电力系统稳定监视和控制的关键。

  电力系统内部各送端、受端的分布广泛而分散,若在各端安装一台GPS接收机,则GPS的全球性和高精度就能保证各地时间信号与UTC的相对误差都不超过lμs。这种全球范围内的高精度时间同步在电力系统检测和测量中具有极高的利用价值。文中设计了基于GPS的功角测量装置,可通过GPS接收板提供的秒脉冲和其时间标记来进行异地同步数据采集,实践证明其效果很理想。

2 GPSOEM接收GPS标准时间
2.1 GPS OEM接收板

  该GPS接收模块采用GARMIN公司的GPSOEM板,型号为GPSl5L。它采用+5V电源供电.有12通道,最多可同时跟踪12颗卫星,如开通秒脉冲,可同时跟踪11颗卫星。

  接收板自动捕获卫星信息时间小于2s,热启动时间约为15s(所有数据已知),冷启动时间约为45s(初始位置和时间未知)。自动定位需要5min(历书已知,初始位置和时间未知)。

  NMEA0183信息更新输出间隔从1s到900s可调,RS-232输出,输入可为RS-232或者具有RS-232极性的TTL电平。波特率从300bps~38400bps可选。

  GPS OEM接收板在任意时刻能同时接收其视野范围里4~11颗卫星的信号,其内部硬件电路和软件通过对接收到的信息进行解码和处理,能从中提取并输出二种时间信号:一是间隔为1s的同步脉冲信号1PPS(电平为3V),其脉冲前沿与UTC的同步误差不超过1μs:二是包括在串口输出信息中的UTC(Coordinate Universal Time协调世界时)绝对时间(年、月、日、时、分、秒),它是与1PPS脉冲相对应的,如图1所示。

2.2 GPS OEM接收板的串行数据格式
  
GPS接收板的串口通信协议为:串口的传输率可调.默认值为4800bps。无奇偶校验,8个数据位,1个起始位,1个停止位。GARMIN的GPS 0EM板输出的数据是以美国国家海洋电子协会(National Marine Electromcs Association)的NMEA0183 ASCII码接口协议为基础的。输出为多条语句,内容包括经度、纬度、速度、方位角、高度、世界时、星历等信息。输出秒脉冲(1PPS)的精度高达±1μs。

  NMEA0183输出语句的结构如图2所示。其中以ASCII码为输出形式的NMEA 0183的RMC语句如下:

  Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data(RMC)推荐定位信息
  $GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh
  $GPRMC:定位数据语句起始标志  
  UTC时间,hhmmss(时分秒)格式。
  <2>定位状态,A=有效定位,V=无效定位 ……
  <9>UTC日期,ddmmyy(日月年)格式 ……


2.3 GPS OEM板精确时间的提取及应用
  秒脉冲是一电平信号,且其上升沿对应着一精确的UTC时刻。因此,可用此电平信号的上升沿对其他设备(如单片机、计算机等)进行控制或触发,这样,即可记录下秒脉冲上升沿到来的准确时刻,再从RS-232接口传输的GPRMC语句获取UTC时刻,经计算处理即可求得设备的精确时钟差,从而得到精确的UTC时刻,实现GPS的精确授时。

  用计时型单片机与GPS 0EM接收板组合,对OEM板的lPPs输出进行整形,用其来控制单片机的中断和软件计数脉冲,再把0EM板RS232口输出的数据送到单片机的串口输入端,为单片机提供1PIPS对应的UTC时刻值,其授时精度最高可以达10-6s以上。而且单片机具有精度高、可靠性高、体积小等优点。用秒脉冲结合RS-232输出的时间数据进行授时,这种方法需接收二种信号,即秒脉冲的电平信号(+3V)和RS-232格式中的UTC信号。而电平信号与RS-232格式信号不一致,因此,需分两个端口分别接收。在本次设计中,采用AT89S51型单片机接收RS-232时间数据,每秒更新一次。对应的UTC秒脉冲上升沿控制触发另一C8051F021型单片机同时采集3相电压和电流信号,然后将采集的信号和AT89S51型单片机存储的对应时标数据送到上位机进行下一步分析。

2.4 GPS授时系统的硬件组成
  
GPS卫星时钟接收机由GPS接收天线(5MHz,3V)、GPS OEM接收板(GARMIN公司的GPSl5 L)、ADM202E、单片机(AT89S51)、锁存器(74LS574)、双口RAM(CY7C13l的容量为1K)组成。硬件结构如图3所示。


  由于AT89S5l型单片机的输出为0V~5V的_TTL电平,而OEM板配置的是RS-232标准串行接口,二者的性能规范不一致,不能直接进行通信。为使1TTL电平与RS-232标准协调,采用一种双路发送/接收集成电路(ADM202E)。该电路的功耗低,只需单电源(+5V)供电,片内具有两套电压提升器构成的4倍电压变换器,能产生+10V和-10V电压,这样就使单片机和0EM板之间的电压完全匹配。

  在AT89S51型单片机系统中.当对外部数据存储器进行读写操作即执行MOVX@DPTR,A(累加器A中数据送片外数据存储器),MOVX A,@DPTR(片外数据存储器中数据送累加器A1指令时,DPTR的低8位地址在锁存信号ALE的下降沿被锁存在地址锁存器中。高8位地址直接送到目标.然后8位数据直接送往目标器件。

  双端口。RAM最重要的特点是每个器件有2组数据总线、地址总线及控制总线。只要不是同时访问同一个存储单元,就允许2个端口同时对片内任何存储单元进行独立的读,写操作而互不干扰;如果2个端口同时访问同一个存储单元.则由片内的仲裁逻辑决定访问哪个端口。

  在硬件设计中,经常需要2个设备有权访问同一块存储区,如果使用常规的单端口存储器,那么当某一个设备正在访问时.别的设备则无法访问.严重降低了工作效率.而且不论是采用HOLD信号使某一设备“挂起”的方法.还是采用二套总线二选一的方法,都给逻辑电路的设计增添了负担。相比之下,使用双端口RAM的好处至少有二点:首先,可将2个设备的总线与双端口RAM的2个端口分别相连,逻辑设计简洁明了;其次.只要安排得当,双口RAM无冲突地为2个端口服务,则可使访问效率比常规单端口RAM提高l倍。

2.5 GPS授时系统的软件设计
  系统软件主要分为初始化、GPS数据接收存储、数据传送子程序3部分。软件流程如图4所示。

  首先将GPS OEM接收板通过串口与PC连接好,接通主电源和备用电源,用自带的接收软件SNSRCFG设置初始化信息,只输出一条GPRMC语句,保证每秒接收存储时间信息的精度;然后转化为NMEA格式,连接上传,则初始化信息就自动将被保存在板内的永久性存储器中,下次上电时将会自动生效。如需更改则要再次修改参数和再次上传。

  系统上电后硬件复位,设置UART的波特率为19200b/s,数据通信格式为10位异步收发;授时接收系统进入正常工作状态,单片机(AT89S51)通过RS-232串行方式接收GPS OEM板的卫星数据。通过查询字头,接收OEM板GPRMC输出语句中的时、分、秒和年、月、日信息。没有用的信息跳过。由于接收到的是UTC时间.出于习惯考虑,将UTC时间转化为北京时间。

  本地时间=GPS时间+时区值

  北京位于第8时区,时区值为+8。将接收到的时间信息转化为北京时间,按日、月、年、时、分、秒的顺序存储在片内30H到3BH这12个单元中。然后用MOVX指令将数据送到片外双口RAM的0C00H到0COBH中,供另外需要时间信息的CPU调用。图5为某次仿真结果,时间是北京时间2005年4月15日9时lO分8秒。

3 结束语
  GPS具有全球性、全天候、精度高等优点,利用GPS精密授时功能可以快速、精确、同步地获得功角测量系统中的历史数据和实时状态。实践证明.这种全球范围内的高精度时间同步在电力系统检测和测量中发挥了极大的作用,GPS技术的应用必将对电力系统的安全检测、稳定控制带来革命性的变革,GPS技术的采用将大大促进和带动电力系统自动化技术的发展和提高。

关键字:授时  单片机  脉冲 引用地址:GPS精密授时功能的应用

上一篇:KS8993型高性能交换电路及其应用
下一篇:基于PowerPC405EP的网络打印机控制器设计

推荐阅读最新更新时间:2024-05-13 18:14

51单片机几大误区,向51单片机说再见!
简介:目前32位Crtex-M系列单片机的各种教程已经普及,其学习的难度不断降低。以意法半导体公司的STM32F系列单片机来说,意法半导体在推广产品初期大量赠送了核心板。 51单片机的辉煌过去 51单片机指MCS-51系列单片机,CICS指令集。由Intel公司开发,其结构增加了如乘(MUL)、除(DIV)、减(SUBB)、比较(CMP)、16位数据指针、布尔代数运算等指令,以及串行通信能力和5个中断源,内有128个RAM单元及4K的ROM。其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。目前国内的51单片机市场主要为国产宏晶的产品STC系列其号称低功耗,稳定与廉价的特点。 学习51单片机的误区
[单片机]
基于高性能单片机的功率直流开关电源的设计
1 引言 直流稳压电源已广泛地应用于许多工业领域中。在工业生产中(如电焊、电镀或直流电机的调速等),需要用到大量的电压可调的直流电源,他们一般都要求有可以方便的调节电压输出的直流供电电源。目前,由于开关电源 效率高,小型化等优点,传统的线性稳压电源、晶闸管稳压电源逐步被直流开关稳压电源所取代。开关电源主要的控制方式是采用脉宽调制集成电路输出PWM 脉冲,采用模拟PID调节器进行脉宽调制,这种控制方式,存在一定的误差,而且电路比较复杂 。本文设计了一种以ST 公司的高性能单片机μpsd3354 为控制核心的输出电压大范围连续可调的功率开关电源,由单片机直接产生PWM 波,对开关电源的主电路执行数字控制,电路简单,功能强大 。
[电源管理]
基于MSP430单片机的微功耗中文人机界面设计
  在现代便携式智能仪器或手持设备中,中文人机界面成为一种事实上的行业标准。能显示汉字的图形点阵液晶和可输入数字的小键盘已成为智能设备必不可少的组成部分。同时作为便携式设备基本要求的低功耗特性也贯穿于中文人机界面的设计始终。   这种低功耗中文人机交互界面需要设计者在选取MCU和具体元器件上有特殊考虑。微功耗、小体积应作为选择相关器件的首要要求。   设计中,笔者采用MSP430F149单片机作为系统的MCU,通过选择合适的液晶显示模块在3V电平构建了一个低功耗的中文人机界面。此中文人机界面构成了微功耗数据采集系统的重要组成部分。 一、MSP430系列FLASH型单片机的微功耗特点   德州仪器公司(TI)推出的MSP43
[单片机]
嵌入式TCP/IP协议栈在单片机上的实现
    随着嵌入式设备与网络的日益结合,在单片机系统中引入TCP/IP协议栈,以支持单片机接入网络,成为嵌入式领域的一个重要方向。在此对基于SST89E516RD单片机的TCP/IP协议栈的实现方法给予讨论。选用SST89E516RD单片机实现了在线仿真和编程的功能,大大节约了开发成本。采用VB 6.0语言与Window 98/2000/XP等为软件开发平台,对系统进行了测试。经过几个月的软硬件测试表明:系统设计合理、稳定可靠,已基本实现了最初的设计目标。对其他类似系统移植该项技术奠定了基础,有很好的参考价值。 1 系统硬件实现     整个系统以SST89E516RD单片机为核心,通过RTL8019AS以太网控制芯片实现远
[嵌入式]
采用单片机的帆板角度控制系统的设计与实现
系统采用单片机(STC89C54RD)作为主要控制器件,采用HEDS9701槽型光耦加360线光栅片组成的编码器获取帆板的角度信息,由单片机实时采集编码器的正交信号,从而获得实际角度。根据实际角度和目标角度数值,通过PID算法获得控制参量,调整PWM的参数,从而控制风扇转速,实现对帆板的角度修正和动态控制。 帆板控制系统,通过对风扇转速的控制,调节风力大小,改变遮风板转角θ,显示范围为0°~60°,分辨力为2°,绝对误差≤5°;当间距d=7~15 cm时,通过操作键盘控制风力大小,控制帆板转角θ,θ在0°~60°,要求控制过程在5s内完成,并实时显示,且有声光提示。如图1所示。 1 总体方案确定 帆板控制系
[单片机]
采用<font color='red'>单片机</font>的帆板角度控制系统的设计与实现
MSP430单片机低功耗控制与系统工作模式详解
MSP430单片机低功耗控制与系统工作模式详解 CPU内状态寄存器SR中的SCG0、SCG1、OscOff和CPUOff位是重要的低功耗控制位。 只要任意中断被响应,PC和SR就被压入堆栈保存,在中断程序执行的过程中,SR被清除(因为SR被清除,其GIE也被清除,所以中断嵌套被禁止,如果手动将GIE置位,将不论优先级的将该中断服务程序中断),CPU进入AM模式,中断处理之后,又可以恢复先前的工作方式(在中断处理子程序执行期间,通过间接访问堆栈数据,可以操作这些位;这样允许程序在中断返回(RETI)后,以另一种功耗方式继续运行)。 各控制位作用如下: S
[单片机]
EM78系列单片机--中断程序的设计
在EM78X56系列的 IC 中有三种中断信号,分別是: T CC 溢位中断。 PORT6 Change 中断。 外部信号中断。 在说明中断使用方式之前,用户要了解中断寄存器,及与中断息息相关的控制寄存器( Control Register),另外在芯片中預除器( Prescalar )的使用方法,用户也需要住意。 中断信号显示寄存器0X0F各位安排如下: BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 中断信号 - - - - - 外部中断标志 PORT6 Change TCC 溢位标志。 寄存器0X0F使用到的有BIT0 ~ BIT2。BIT0在TCC计時器计数溢位時就会被设定
[单片机]
意法半导体STM32U0打造极致的低功耗MCU
ST(意法半导体)近日推出了全新的STM32U0微控制器,这款基于Cortex-M0+内核的产品,可以在带有实时时钟(RTC)的待机模式下,实现仅为160nA的静态功耗,关机模式下更是低至16nA,展现了出色的节能性能。在CoreMark和SESIP 3级评测中,STM32U0获得了140分的高分,使其在超低功耗入门级细分市场中脱颖而出。 STM32U0之所以能实现如此卓越的性能,得益于ST在MCU中积累的丰富经验以及先进的90nm工艺节点的应用。这使得STM32U0在价格与性能之间找到了完美的平衡点,为工程师们在工业、医疗、智能计量和消费者健康市场中的入门级电池供电应用设计提供了更大的自由度。 在实际应用中,STM32U
[单片机]
意法半导体STM32U0打造极致的低功耗<font color='red'>MCU</font>
小广播
最新应用文章
换一换 更多 相关热搜器件

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

词云: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

北京市海淀区中关村大街18号B座15层1530室 电话:(010)82350740 邮编:100190

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved