專利名稱：一種基于crio平臺(tái)的高精度對(duì)時(shí)同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于CRIO平臺(tái)的高精度對(duì)時(shí)同步方法。
背景技術(shù)：
NI公司的CompactRIO是一款可重新配置的嵌入式控制和采集系統(tǒng)，其具有堅(jiān)固 的硬件架構(gòu)，此外，其通過(guò)NI LabVIEW圖形化編程工具接受編程，并用于各類嵌入式控制和 監(jiān)測(cè)程序。正是因?yàn)榱己玫目垢蓴_能力、堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的性能，CompactRIO平臺(tái)被廣 泛地應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域。
然而在采用CRIO平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)高精度定時(shí)采集時(shí)也會(huì)遇到同樣的問(wèn)題，即內(nèi) 部晶振不能提供高精度的定時(shí)功能。在NI 911X系列機(jī)箱中FPGA的晶振的精度均為 ±100PPM，即每百萬(wàn)個(gè)步長(zhǎng)內(nèi)誤差個(gè)數(shù)為100個(gè)以內(nèi)，那么當(dāng)采用40MHZ的晶振時(shí)，一秒鐘 內(nèi)頻率的誤差最大可以達(dá)到4000個(gè)步長(zhǎng)、即100微秒。這樣的誤差率顯然不能滿足對(duì)信號(hào) 的高精度高速多通道定時(shí)采集要求。
為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)高精度的定時(shí)采集，由一個(gè)高精度的晶振產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)并不能夠 滿足工程上的需求，因?yàn)殡S著時(shí)間的累積，誤差還是會(huì)被放大，影響測(cè)量精度，所以通常還 需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘源對(duì)晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。一般的做法是使用GPS接收機(jī)發(fā)出的 Ipps脈沖信號(hào)作為對(duì)時(shí)信號(hào)，采用插值算法維護(hù)本地時(shí)鐘。
為了驗(yàn)證晶振的精度，在NI CompactRIO平臺(tái)上做了大量的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 的統(tǒng)計(jì)分析得出晶振的誤差程度。實(shí)驗(yàn)中，采用GPS接收機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源，對(duì)時(shí)鐘源發(fā)出 的IRIG-B碼解析得到的秒脈沖，再對(duì)40MHZ的晶振周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，在I秒間隔到時(shí)，計(jì)算晶 振周期計(jì)數(shù)值與40M的差值，便得到晶振每秒鐘的誤差。多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如

圖1所示。
圖1的兩張圖分別是在不同時(shí)間段內(nèi)的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)圖，從圖中可以看出誤差的主要 集中在30個(gè)步長(zhǎng)左右，在50到100步長(zhǎng)內(nèi)也有涉及。因此，在采用晶振頻率觸發(fā)采樣時(shí)需 要進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致工程上信號(hào)采集的精度偏差。
較簡(jiǎn)單的補(bǔ)償方法為采用插值法，可以對(duì)晶振的時(shí)鐘進(jìn)行固定補(bǔ)償。該方法核心 思想為對(duì)每秒內(nèi)晶振計(jì)數(shù)值進(jìn)行固定補(bǔ)償，將一秒內(nèi)的總步長(zhǎng)數(shù)均分為30個(gè)段，然后在每 個(gè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)段內(nèi)插入一個(gè)步長(zhǎng)，這樣保證總的步長(zhǎng)數(shù)和預(yù)定值相等，在采樣時(shí)可以按照晶 振時(shí)鐘進(jìn)行相關(guān)定時(shí)觸發(fā)，從而較準(zhǔn)確的采集信號(hào)。
采用此方法進(jìn)行補(bǔ)償后，再進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將算法加入實(shí)驗(yàn)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn) 行相關(guān)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。
在圖2中，可以看出該方法可以較好地糾正晶振頻率的誤差情況，在統(tǒng)計(jì)圖中可 明顯觀察到大部分誤差值位于O 10區(qū)間內(nèi)。然而仍有少部分誤差值落在20 30區(qū)間 內(nèi)，由此可以看出該誤差補(bǔ)償算法還有欠缺。
同時(shí)在圖1中不難看出晶振頻率的誤差具有一定的隨機(jī)性，雖然大部分的誤差值 落在了 20 40的區(qū)間內(nèi)，但還有部分落在了 50 100的區(qū)間內(nèi)。在這種誤差的情況中仍 以固定值補(bǔ)償時(shí)，并不能較好的縮小誤差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決NI CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振(背板FPGA晶振)精度不高的情況下保證多通道并行高速同步采集的時(shí)間精度的技術(shù)問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，發(fā)明人采用了如下的技術(shù)方案一種基于CRIO平臺(tái)的高精度對(duì)時(shí)同步方法，包括如下步驟高精度對(duì)時(shí)模塊接收由GPS接收機(jī)發(fā)出的IRIG-B編碼信號(hào)，并對(duì)IRIG-B編碼信號(hào)進(jìn)行處理，獲得IOms脈沖信號(hào)，CRIO平臺(tái)獲取IOms脈沖信號(hào)，然后CRIO平臺(tái)利用IOms脈沖信號(hào)對(duì)CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振頻率的計(jì)數(shù)值進(jìn)行校正，最后CRIO平臺(tái)利用校正后的計(jì)數(shù)值觸發(fā)采樣，高精度對(duì)時(shí)同步方法的整體結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
校正的具體步驟為第一步，設(shè)置兩個(gè)晶振周期計(jì)數(shù)值，這兩個(gè)計(jì)數(shù)值同時(shí)按CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，其中一個(gè)晶振周期計(jì)數(shù)值稱為IOms晶振計(jì)數(shù)值，另一個(gè)晶振周期計(jì)數(shù)值稱為Is晶振計(jì)數(shù)值。
第二步，使用IOms脈沖信號(hào)對(duì)IOms晶振計(jì)數(shù)值校零，并求 得相應(yīng)的誤差值 AK ；設(shè)CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振理論頻率為/ ，則對(duì)應(yīng)IOms脈沖信號(hào)的時(shí)間，在u =IOms時(shí)有
權(quán)利要求
1.一種基于CRIO平臺(tái)的高精度對(duì)時(shí)同步方法，其特征在于，包括如下步驟高精度對(duì)時(shí)模塊接收由GPS接收機(jī)發(fā)出的IRIG-B編碼信號(hào)，并對(duì)IRIG-B編碼信號(hào)進(jìn)行處理，獲得IOms脈沖信號(hào)，CRIO平臺(tái)獲取IOms脈沖信號(hào)，然后CRIO平臺(tái)利用IOms脈沖信號(hào)對(duì)CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振頻率的計(jì)數(shù)值進(jìn)行校正，最后CRIO平臺(tái)利用校正后的計(jì)數(shù)值觸發(fā)采樣，校正的具體步驟為第一步，設(shè)置兩個(gè)晶振周期計(jì)數(shù)值，這兩個(gè)計(jì)數(shù)值同時(shí)按CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，其中一個(gè)晶振周期計(jì)數(shù)值稱為IOms晶振計(jì)數(shù)值，另一個(gè)晶振周期計(jì)數(shù)值稱為Is晶振計(jì)數(shù)值；第二步，使用IOms脈沖信號(hào)對(duì)IOms晶振計(jì)數(shù)值校零，并求得相應(yīng)的誤差值 ΔΓ ；設(shè)CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振理論頻率力則對(duì)應(yīng)IOms脈沖信號(hào)的時(shí)間，在ΔΙ =IOms時(shí)有
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于CRIO平臺(tái)的高精度對(duì)時(shí)同步方法，其特征在于在對(duì) Is晶振計(jì)數(shù)值進(jìn)行±1的補(bǔ)償時(shí)，需要對(duì)Is晶振計(jì)數(shù)值和采樣時(shí)刻進(jìn)行判斷，避免補(bǔ)償在采樣時(shí)刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于CRIO平臺(tái)的高精度對(duì)時(shí)同步方法，其特征在于所述高精度對(duì)時(shí)模塊包括IRIG-B碼解析模塊、自校時(shí)模塊、分頻模塊及脈沖發(fā)生模塊，其中，IRIG-B碼解析模塊對(duì)GPS接收機(jī)發(fā)出的IRIG-B編碼信號(hào)進(jìn)行解碼得到時(shí)間信息，并發(fā)出秒脈沖；自校時(shí)模塊根據(jù)秒脈沖校準(zhǔn)高精度對(duì)時(shí)模塊的晶振計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，采用插值算法對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償；分頻模塊及脈沖發(fā)生模塊將Is平均分成100份，并在每個(gè)整數(shù)IOms時(shí)刻翻轉(zhuǎn)一次脈沖發(fā)生端口的電平。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于CRIO平臺(tái)的高精度對(duì)時(shí)同步方法，高精度對(duì)時(shí)模塊接收由GPS接收機(jī)發(fā)出的IRIG-B編碼信號(hào)，并對(duì)IRIG-B編碼信號(hào)進(jìn)行處理，獲得10ms脈沖信號(hào)，CRIO平臺(tái)獲取10ms脈沖信號(hào)，然后CRIO平臺(tái)利用10ms脈沖信號(hào)對(duì)CRIO平臺(tái)內(nèi)部晶振頻率的計(jì)數(shù)值進(jìn)行校正，最后CRIO平臺(tái)利用校正后的計(jì)數(shù)值觸發(fā)采樣。從而達(dá)到高精度對(duì)時(shí)同步及多通道高速同步采集的目的，其計(jì)時(shí)補(bǔ)償算法及相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)由LabView編程實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明能夠有效彌補(bǔ)CRIO平臺(tái)背板晶振精度不高的不足，在CRIO平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多通道高精度對(duì)時(shí)同步采集。
文檔編號(hào)G04G7/00GK102998970SQ201210502709
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者游步新, 田鵬, 劉超君, 劉和志, 劉釗, 全智, 孟艷, 劉科 申請(qǐng)人:重慶市電力公司江津供電局, 國(guó)家電網(wǎng)公司