一種基于北斗/gps的主動授時模塊及電表主動授時方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于北斗/GPS的主動授時模塊及電表主動授時方法，主動授時模塊，包括主動授時單元以及載波單元/微功率無線單元，所述主動授時單元包括MCU處理器、電源電路、接口電路、北斗/GPS授時信號收發(fā)電路。電表主動授時方法是安裝所述主動授時模塊的電表基于統(tǒng)一的時鐘源進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)，主動授時模塊采取定時或響應(yīng)命令的時鐘校準(zhǔn)方式主動或被動調(diào)整自身時鐘并同步電表時鐘，所述統(tǒng)一的時鐘源為北斗/GPS發(fā)布的授時信號。本發(fā)明從根本上解決了用電系統(tǒng)設(shè)備時鐘誤差大的問題，對時困難等問題，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、準(zhǔn)確度高、應(yīng)用靈活，可大大減少現(xiàn)場設(shè)備的時鐘故障率。
【專利說明】
-種基于北斗/GPS的主動授時模塊及電表主動授時方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力監(jiān)控系統(tǒng)中對時鐘要求較高的電器設(shè)備的時間精確度問題，具體 是開發(fā)一種基于北斗/GPS的主動授時模塊，設(shè)備通過模塊定時接收北斗/GPS授時信號實現(xiàn) 時鐘自動校準(zhǔn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的逐步完善，安檢、運檢、交易中屯、等越來越多的業(yè)務(wù) 部口開始從采集系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)運行分析、電力系統(tǒng)運行狀態(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，不再僅僅的是為費率和結(jié)算提供依據(jù)，更是為整個系統(tǒng)運行分析、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)運行狀態(tài)、分析事故原因、 需要一個統(tǒng)一的時間信號源給系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備對時，W使運些設(shè)備的各種測量有一個統(tǒng)一 的時間標(biāo)簽。
[0003] 目前，采集系統(tǒng)的時鐘同步，使用的方法是主站對采集終端對時，采集終端再定時 對電表進(jìn)行對時的兩級對時方法。但由于采集信道速率低、容量有限、時延不固定等因素導(dǎo) 致執(zhí)行全面的定點時鐘校準(zhǔn)存在很大困難，另外由于技術(shù)條件限制，廣播校時存在著不能 全覆蓋、多級傳播、自動計算時間損失等諸多問題。針對上述問題，結(jié)合現(xiàn)代北斗/GPS導(dǎo)航 系統(tǒng)可提供授時服務(wù)的特點，電表現(xiàn)場校準(zhǔn)等校時裝置應(yīng)運而生，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。
[0004] 截至2015年6月末，現(xiàn)場運行的國網(wǎng)表已近3億只，據(jù)統(tǒng)計，時鐘誤差在5分鐘W上 的電表占比11.08%，在2小時W上的電表占比5.44%，在一周W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鐘偏差問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為解決用電信息采集系統(tǒng)中電表等設(shè)備時間校準(zhǔn)問題，從原有兩級對時方 案中解放出來，提出開發(fā)一種基于北斗/GPS的主動授時模塊及電表主動授時方法。
[0006] 技術(shù)方案:一種基于北斗/GPS的主動授時模塊，它包括主動授時單元W及載波單 元/微功率無線單元，所述主動授時單元包括MCU處理器、電源電路、接口電路、北斗/GPS授 時信號收發(fā)電路，其中：
[0007] 所述北斗/GPS授時信號收發(fā)電路連接天線，用于接收北斗/GPS的授時信號（授時 碼）；
[000引北斗/GPS授時信號收發(fā)電路發(fā)送信號至MCU處理器，進(jìn)行衛(wèi)星授時信號的處理；
[0009] 接口電路與MCU處理器連接，用于主動授時模塊與所屬電表進(jìn)行通信；
[0010] 接口電路通過電源電路分別連接北斗/GPS授時信號收發(fā)電路、MCU處理器，電源電 路將接口電路的電壓做LD0轉(zhuǎn)換成供北斗/GPS授時信號收發(fā)電路、MCU處理器使用的電壓， 用于能量供給。
[0011]優(yōu)選的，所述接口電路與MCU處理器連接，用于主動授時模塊與所屬電表進(jìn)行通 信，主動授時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)。
[0012]優(yōu)選的，北斗/GPS授時信號收發(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。
[0013] -種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，主動授時模塊安裝在用電信息采集系統(tǒng) 中的電表上，安裝所述主動授時模塊的電表基于統(tǒng)一的時鐘源進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)，主動授時模 塊采取定時或響應(yīng)命令的時鐘校準(zhǔn)方式主動或被動調(diào)整自身時鐘并同步電表時鐘，所述統(tǒng) 一的時鐘源為北斗/GPS發(fā)布的授時信號。
[0014] 優(yōu)選的，所述主動授時模塊采取定時或響應(yīng)命令的時鐘校準(zhǔn)方式校時，校時過程 設(shè)計容錯處理，對北斗/GPS授時信號有效性進(jìn)行判斷，確保校時的準(zhǔn)確性;電表通信串口繁 忙時，等待空閑處理，避免影響電表抄表的業(yè)務(wù)流程。
[0015] 優(yōu)選的，有效性判斷是:通過北斗/GPS授時信號報文的周期完整性檢驗及授時信 號自身有效性標(biāo)記判斷授時信號的有效性。
[0016] -種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，主送授時模塊的北斗/GPS授時信號收發(fā) 電路直接接收來自北斗/GPS發(fā)布的授時信號，利用MCU處理器解析處理成標(biāo)準(zhǔn)的645報文， 下發(fā)給電表，實現(xiàn)電表時鐘自動修正。
[0017] 優(yōu)選的，電表的表內(nèi)MCU中內(nèi)置時鐘忍片RTC，在無法收到信號時，電表仍能利用表 內(nèi)MCU的內(nèi)置時鐘忍片RTC繼續(xù)進(jìn)行正常走時。
[0018] 優(yōu)選的，北斗/GPS授時信號收發(fā)電路通過UART方式將授時信號發(fā)送至MCU處理器， MCU處理器通過UART方式將標(biāo)準(zhǔn)的645報文下發(fā)給所屬電表。
[0019] 優(yōu)選的，授時流程為：
[0020] 1)北斗/GPS授時信號收發(fā)電路定時或響應(yīng)命令接收來自北斗/GPS的授時信號；
[0021] 2)北斗/GPS授時信號收發(fā)電路將接收到的授時信號傳輸給MCU處理器處理成標(biāo)準(zhǔn) 時間；
[0022] 3)MCU處理器將標(biāo)準(zhǔn)時間通過接口電路W標(biāo)準(zhǔn)的645報文的形式下發(fā)給所屬電表；
[0023] 4)電表根據(jù)收到標(biāo)準(zhǔn)的645報文，自動校正自身時鐘；
[0024] 5)重復(fù)上述步驟1)~4)。
[0025] 更具體的，授時流程為：主動授時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)送過來的校時命令后，當(dāng)前主動授時模塊自動檢測 是否接收到授時信號，若收到則將收到的授時信號傳送給MCU處理器進(jìn)行處理，授時信號通 過MCU處理器處理后，解析成標(biāo)準(zhǔn)的時間數(shù)據(jù)記為Timel，判斷UART串口是否繁忙，若不繁忙 則讀取電表當(dāng)前時間記為Time2，Timel與Time2比較，若誤差在5min鐘W內(nèi)，將Timel+At做 為校準(zhǔn)時間組成標(biāo)準(zhǔn)的電表廣播校時報文，通過UART下發(fā)給電表，一次性完成電表對時，其 中：At為傳輸和計算過程中產(chǎn)生的延時;若誤差大于5min，則將Time化5min做為標(biāo)準(zhǔn)時間 組成標(biāo)準(zhǔn)的電表廣播校時報文，通過UART下發(fā)給電表，電表時鐘誤差縮小5min，次日再發(fā)起 上述校時流程，再校正5min，逐步完成電表對時;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;假如主動授時模塊沒有檢測到授時信號或判斷授時信號為無效信號， 則自動丟棄校時命令等待下一輪校時。
[0026] 本發(fā)明的有益效果
[0027] 電表安裝該主動授時模塊后，可根據(jù)自身需要設(shè)置對時間隔，定時接收來自北斗/ GPS衛(wèi)星的授時信息，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)時間一致，保證 了全部電表的基準(zhǔn)時鐘的一致性。從根本上解決了用電系統(tǒng)設(shè)備時鐘誤差大的問題，對時 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、準(zhǔn)確度高、應(yīng)用靈 活，可大大減少現(xiàn)場設(shè)備的時鐘故障率。
[00%]由于采用標(biāo)準(zhǔn)的645報文，現(xiàn)場電表都可W支持。所W對于已經(jīng)在現(xiàn)場運行的電 表，通過更換通信模塊即可解決現(xiàn)場時鐘出現(xiàn)偏差的電表。既可W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】
[0029] 圖1主動授時模塊硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖2主動授時模塊引腳定義。
[0031 ]圖3主動授時模塊授時主流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此：
[0033] 圖1帶有北斗/GPS授時接收的主動授時模塊和傳統(tǒng)的通信模塊相比，增加了北斗/ GPS授時接收單元。該模塊利用接收北斗/GPS授時信號技術(shù)對電表時鐘進(jìn)行校對。
[0034] 圖2給出了主動授時模塊與電表連接接口管腳定義，具體含義見下表1所述。
[0035] 表1主動授時模塊引腳定義
[0036]
[0037] 本發(fā)明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，增加主動授時單元。主 動授時單元包括:GPS/北斗接收機、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，主動授時模塊只向外發(fā)出數(shù)據(jù)，不接受來自表端的數(shù)據(jù)；電源系統(tǒng)將接口電 路的12V電壓做LD0轉(zhuǎn)換成可供GPS/北斗接收機及MCU使用的電壓。GPS/北斗接收機與MCU之 間、MCU與電表均采用UART方式進(jìn)行通信。
[0038] 本發(fā)明中主動授時模塊軟件處理流程主要如圖3所示，具體描述為:主動授時模塊 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 校時命令后，當(dāng)前主動授時模塊自動檢測是否接收到授時信號，若收到則將收到的授時信 號傳送給MCU處理器進(jìn)行處理，授時信號通過MCU處理器處理后，解析成標(biāo)準(zhǔn)的時間數(shù)據(jù)記 為Timel，判斷UART串口是否繁忙，若不繁忙則讀取電表當(dāng)前時間記為Time2，Timel與Time2 比較，若誤差在5min鐘W內(nèi)，將Timel+At做為校準(zhǔn)時間組成標(biāo)準(zhǔn)的電表廣播校時報文，通 過UART下發(fā)給電表，一次性完成電表對時，其中：At為傳輸和計算過程中產(chǎn)生的延時;若誤 差大于5min，則將Time化5min做為標(biāo)準(zhǔn)時間組成標(biāo)準(zhǔn)的電表廣播校時報文，通過UART下發(fā) 給電表，電表時鐘誤差縮小5min，次日再發(fā)起上述校時流程，再校正5min，逐步完成電表對 時;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;假如主動授時模塊沒有 檢測到授時信號或判斷授時信號為無效信號，則自動丟棄校時命令等待下一輪校時。
[0039] 本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明中的廣播校時，并不同于傳統(tǒng)意義的廣播校時，傳統(tǒng)的 廣播校時存在著不能全覆蓋，多級傳播、不能自動計算時間損失等問題。而且由于通信面 廣、主站系統(tǒng)設(shè)計等各種因素、頻繁的對采集終端進(jìn)行授時會造成系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的絮亂。本 發(fā)明中的廣播校時，完全解決了傳統(tǒng)廣播校時的上述問題，其廣播校時命令由主動授時模 塊根據(jù)接收的GPS/北斗授時信號直接生成，本發(fā)明中之所W采用標(biāo)準(zhǔn)的645廣播校時帖，是 由于電表廣泛采用ESAM加密技術(shù)，而廣播校時命令不受此限制，實現(xiàn)了功能與成本兼顧。另 夕h由于主動授時模塊可W設(shè)置校時間隔，因此主動授時模塊既可直接響應(yīng)來自采集系統(tǒng) 中其它設(shè)備的校時命令(被動響應(yīng)），也可等設(shè)定校時間隔到，自動發(fā)起校時流程（主動發(fā) 起，如上所述），且模塊本身安裝在電表上，所W可在完全不影響電表其余功能和用電采集 系統(tǒng)正常工作的前提下，根據(jù)需要對電表校時，且無需工作人員攜帶如電表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置 等設(shè)備趕赴現(xiàn)場進(jìn)行校時作業(yè)，大大提高了校時效率、降低了人力和設(shè)備成本，并從根本上 解決了電表計時精度問題。
[0040] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神做舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可W對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
[0041 ]本發(fā)明未設(shè)及技術(shù)均與現(xiàn)有技術(shù)相同，或可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于北斗/GPS的主動授時模塊，其特征在于它包括主動授時單元以及載波單 元/微功率無線單元，所述主動授時單元包括MCU處理器、電源電路、接口電路、北斗/GPS授 時信號收發(fā)電路，其中： 所述北斗/GPS授時信號收發(fā)電路連接天線，用于接收北斗/GPS的授時信號； 北斗/GPS授時信號收發(fā)電路發(fā)送信號至MCU處理器，進(jìn)行衛(wèi)星授時信號的處理； 接口電路與MCU處理器連接，用于主動授時模塊與所屬電表進(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授時信號收發(fā)電路、MCU處理器使用的電壓，用于 能量供給。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗/GPS的主動授時模塊，其特征在于所述接口電 路與MCU處理器連接，用于主動授時模塊與所屬電表進(jìn)行通信，主動授時模塊只向所屬電表 發(fā)送數(shù)據(jù)，不接收所屬電表的數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗/GPS的主動授時模塊，其特征在于北斗/GPS授 時信號收發(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。4. 一種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，其特征在于主動授時模塊安裝在用電信息 采集系統(tǒng)中的電表上，安裝所述主動授時模塊的電表基于統(tǒng)一的時鐘源進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)，主 動授時模塊采取定時或響應(yīng)命令的時鐘校準(zhǔn)方式主動或被動調(diào)整自身時鐘并同步電表時 鐘，所述統(tǒng)一的時鐘源為北斗/GPS發(fā)布的授時信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，其特征在于所述主 動授時模塊采取定時或響應(yīng)命令的時鐘校準(zhǔn)方式校時，校時過程設(shè)計容錯處理，對北斗/ GPS授時信號有效性進(jìn)行判斷，確保校時的準(zhǔn)確性;電表通信串口繁忙時，等待空閑處理，避 免影響電表抄表的業(yè)務(wù)流程。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，其特征在于主送授 時模塊的北斗/GPS授時信號收發(fā)電路直接接收來自北斗/GPS發(fā)布的授時信號，利用MCU處 理器解析處理成標(biāo)準(zhǔn)的645報文，下發(fā)給電表，實現(xiàn)電表時鐘自動修正。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，其特征在于電表的 表內(nèi)MCU中內(nèi)置時鐘芯片RTC，在無法收到信號時，電表仍能利用表內(nèi)MCU的內(nèi)置時鐘芯片 RTC繼續(xù)進(jìn)行正常走時。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，其特征在于北斗/ GPS授時信號收發(fā)電路通過UART方式將授時信號發(fā)送至Μ⑶處理器，Μ⑶處理器通過UART方 式將標(biāo)準(zhǔn)的645報文下發(fā)給所屬電表。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，其特征在于授時流 程為： 1) 北斗/GPS授時信號收發(fā)電路定時或響應(yīng)命令接收來自北斗/GPS的授時信號； 2) 北斗/GPS授時信號收發(fā)電路將接收到的授時信號傳輸給MCU處理器處理成標(biāo)準(zhǔn)時 間； 3. MCU處理器將標(biāo)準(zhǔn)時間通過接口電路以標(biāo)準(zhǔn)的645報文的形式下發(fā)給所屬電表； 4) 電表根據(jù)收到標(biāo)準(zhǔn)的645報文，自動校正自身時鐘； 5) 重復(fù)上述步驟1)~4)。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于北斗/GPS的電表主動授時方法，其特征在于授時流 程為:主動授時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)送過來的校時命令后，當(dāng)前主動授時模塊自動檢測是否接收到授時信號，若收 到則將收到的授時信號傳送給Μ⑶處理器進(jìn)行處理，授時信號通過Μ⑶處理器處理后，解析 成標(biāo)準(zhǔn)的時間數(shù)據(jù)記為Timel，判斷UART串口是否繁忙，若不繁忙則讀取電表當(dāng)前時間記為 Time2，Timel與Time2比較，若誤差在5min鐘以內(nèi)，將Timel+At做為校準(zhǔn)時間組成標(biāo)準(zhǔn)的電 表廣播校時報文，通過UART下發(fā)給電表，一次性完成電表對時，其中：At為傳輸和計算過程 中產(chǎn)生的延時；若誤差大于5min，則將Time2+5min做為標(biāo)準(zhǔn)時間組成標(biāo)準(zhǔn)的電表廣播校時 報文，通過UART下發(fā)給電表，電表時鐘誤差縮小5min，次日再發(fā)起上述校時流程，再校正 5min，逐步完成電表對時;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 如主動授時模塊沒有檢測到授時信號或判斷授時信號為無效信號，則自動丟棄校時命令等 待下一輪校時。
【文檔編號】G04R20/04GK105824233SQ201610383549
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】薛軍, 巨漢基, 朱艷, 丁恒春, 袁瑞銘, 田海亭, 路鑫
【申請人】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