北斗授時在電力終端上的應(yīng)用

引言

目前終端時鐘同步方式多為主站通過無線公網(wǎng)對終端校時,由于無線公網(wǎng)存在不確定的時間延遲通常延遲在2S到十幾秒）,主站的準確時間實際到達終端時已存在2S到十幾秒的誤差,已經(jīng)無法保證系統(tǒng)要求。

針對以上弊端,研究一種利用北斗授時的終端設(shè)備,本設(shè)備和終端安裝在一起,并通過RS483通信,時刻給終端校時,保證終端設(shè)備的時鐘精度。

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)BeiDOuNavigatiOnSatelliteSyStem,BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng),是繼美國全球定位系統(tǒng)GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。截至2018年8

月,北斗導航系統(tǒng)已具有53顆衛(wèi)星,包括3顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、5顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成,可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務(wù),并具短報文通信能力。

本文介紹內(nèi)容只限于北斗的授時功能。北斗授時就是利用衛(wèi)星控制連續(xù)發(fā)送的時間信號,供地面的用戶接收機接收,接收機將接收到的信號通過算法提取出衛(wèi)星提供的精確時間,這樣就完成了衛(wèi)星時間到地面時間的傳遞。這個授時過程的優(yōu)勢在于,可以從衛(wèi)星獲取高精度時間精度可達1mS）,沒有地理位置限制,在任何地方,無論相距多遠,都可獲得同步的高精度時間。即使在衛(wèi)星信號受遮蔽的區(qū)域,也可通過信號線將天線引出到開闊區(qū)域獲取信號。

1理論分析

我國自主研發(fā)推廣的北斗系統(tǒng),安全性高,精度不輸于GPS,使用北斗授時系統(tǒng)的高精度原子鐘發(fā)來的標準時鐘信號,時間精度優(yōu)于50nS。

目前,北斗授時已在通信基站、廣播電視、軌道系統(tǒng)、車載設(shè)備、手機、平板、可穿戴設(shè)備等嵌入式領(lǐng)域得到應(yīng)用,可以說,北斗授時技術(shù)已經(jīng)成熟。

在電力領(lǐng)域,許多終端時鐘的同步方式還是主站通過無線公網(wǎng)對終端授時。無線公網(wǎng)的覆蓋范圍有限,在許多地方?jīng)]有信號,即使有信號,也存在時間延遲,并且時間延遲是不確定的2S到十幾秒）,這樣的誤差,顯然無法保證系統(tǒng)要求。

本授時終端時刻接收北斗衛(wèi)星信號,然后在每天特定時間開始通過RS483發(fā)送給終端,給終端校時。

終端校時完成后,再發(fā)送校時命令給下行通信模塊,下行通信模塊發(fā)送全網(wǎng)廣播校時,從而達到整個臺區(qū)所有電表時鐘同步的目的,保證各終端設(shè)備、電表時間一致。北斗授時在電力終端上的應(yīng)用示意圖如圖1所示。

為了實現(xiàn)最大的安全性和可靠性,本授時終端有雙模功能,即兼容北斗和GPS,可以用北斗授時,也可以用GPS授時。

1硬件設(shè)計

1）外殼使用南網(wǎng)標準二型采集器的外殼,便于安裝,可直接安裝在終端旁邊,其外形如圖2所示。

2）授時模塊的選型:為了達到最大的可靠性,采用優(yōu)質(zhì)授時模塊至關(guān)重要。模塊在電路中的作用主要是天線驅(qū)動與衛(wèi)星信號接收、放大、濾波,信號的下變頻、解擴解調(diào)、時間信息合成等。在這里,采用了中科微電子的ATGM552D-3N-51型北斗/GPS雙模模塊,如圖3所示,考慮通信波特率和發(fā)送的字節(jié)數(shù)計算延遲時間,補償時鐘誤差,授時終端可達到1mS的時鐘授時精度。

5）衛(wèi)星信號天線:由于終端安裝環(huán)境復(fù)雜,很多終端安裝在室內(nèi),衛(wèi)星信號屏蔽嚴重,授時終端采用了高增益的有源衛(wèi)星接收天線,線長可達3m,將天線引到室外等信號不受遮蔽的地方,保證衛(wèi)星信號正常接收。

（4)綜合以上,校時器使用ARM嵌入式系統(tǒng)技術(shù),恩智浦半導體的LPC824型處理器研發(fā)生產(chǎn),該處理器性能優(yōu)異:ARMCOrtex-M0+處理器（版本r0p1),運行時頻率高達30MHz:高達32kB片上可編程閃存,帶64字節(jié)頁面寫入和擦除功能,支持代碼讀保護（CRP):8kBSRAM:窗口看門狗定時器（wwDT):用于降低功耗的集成PMU（電源管理單元):掉電檢測（BOD):唯一的設(shè)備識別序列號:工作溫度范圍為-40～+105℃。

3軟件設(shè)計

授時終端基于此命令讀取和設(shè)置終端的時鐘,使用終端RS485通信端口給終端自動校時。

軟件流程圖如圖4所示。

本系統(tǒng)使用南網(wǎng)主站已有終端時鐘讀取和設(shè)置命令,如表1所示。

授時終端基于此命令讀取和設(shè)置終端的時鐘,使用終端RS485通信端口給終端自動校時。

4結(jié)語

綜上可知,電力終端時鐘同步管理可謂是電力管理和電力監(jiān)察交叉點所在,在新市場經(jīng)濟背景下,其是電力工作中涉及的一項新熱點。我們可以立足電力終端時鐘同步問題分析,基于用電信息采集推動用電監(jiān)察管理工作順利實施,努力為我國電力事業(yè)建設(shè)提供創(chuàng)新空間,進而推動電力應(yīng)用管理系統(tǒng)更加完善發(fā)展。