專利名稱：一種基于crio平臺的高精度對時同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于CRIO平臺的高精度對時同步方法。
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)，其具有堅固 的硬件架構(gòu)，此外，其通過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)測程序。正是因為良好的抗干擾能力、堅固的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的性能，CompactRIO平臺被廣 泛地應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域。
然而在采用CRIO平臺實現(xiàn)信號高精度定時采集時也會遇到同樣的問題，即內(nèi) 部晶振不能提供高精度的定時功能。在NI 911X系列機箱中FPGA的晶振的精度均為 ±100PPM，即每百萬個步長內(nèi)誤差個數(shù)為100個以內(nèi)，那么當(dāng)采用40MHZ的晶振時，一秒鐘 內(nèi)頻率的誤差最大可以達到4000個步長、即100微秒。這樣的誤差率顯然不能滿足對信號 的高精度高速多通道定時采集要求。
為了實現(xiàn)信號高精度的定時采集，由一個高精度的晶振產(chǎn)生的觸發(fā)信號并不能夠 滿足工程上的需求，因為隨著時間的累積，誤差還是會被放大，影響測量精度，所以通常還 需要一個標(biāo)準(zhǔn)的時鐘源對晶振產(chǎn)生的時鐘進行校準(zhǔn)。一般的做法是使用GPS接收機發(fā)出的 Ipps脈沖信號作為對時信號，采用插值算法維護本地時鐘。
為了驗證晶振的精度，在NI CompactRIO平臺上做了大量的實驗，通過對實驗數(shù)據(jù) 的統(tǒng)計分析得出晶振的誤差程度。實驗中，采用GPS接收機作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘源，對時鐘源發(fā)出 的IRIG-B碼解析得到的秒脈沖，再對40MHZ的晶振周期進行計數(shù)，在I秒間隔到時，計算晶 振周期計數(shù)值與40M的差值，便得到晶振每秒鐘的誤差。多組實驗結(jié)果如

圖1所示。
圖1的兩張圖分別是在不同時間段內(nèi)的實驗統(tǒng)計圖，從圖中可以看出誤差的主要 集中在30個步長左右，在50到100步長內(nèi)也有涉及。因此，在采用晶振頻率觸發(fā)采樣時需 要進行相關(guān)補償，否則將會導(dǎo)致工程上信號采集的精度偏差。
較簡單的補償方法為采用插值法，可以對晶振的時鐘進行固定補償。該方法核心 思想為對每秒內(nèi)晶振計數(shù)值進行固定補償，將一秒內(nèi)的總步長數(shù)均分為30個段，然后在每 個步長計數(shù)段內(nèi)插入一個步長，這樣保證總的步長數(shù)和預(yù)定值相等，在采樣時可以按照晶 振時鐘進行相關(guān)定時觸發(fā)，從而較準(zhǔn)確的采集信號。
采用此方法進行補償后，再進行相關(guān)實驗驗證，將算法加入實驗中，對實驗結(jié)果進 行相關(guān)統(tǒng)計，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償算法還有欠缺。
同時在圖1中不難看出晶振頻率的誤差具有一定的隨機性，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 以固定值補償時，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間精度的技術(shù)問題。
為解決上述技術(shù)問題，發(fā)明人采用了如下的技術(shù)方案一種基于CRIO平臺的高精度對時同步方法，包括如下步驟高精度對時模塊接收由GPS接收機發(fā)出的IRIG-B編碼信號，并對IRIG-B編碼信號進行處理，獲得IOms脈沖信號，CRIO平臺獲取IOms脈沖信號，然后CRIO平臺利用IOms脈沖信號對CRIO平臺內(nèi)部晶振頻率的計數(shù)值進行校正，最后CRIO平臺利用校正后的計數(shù)值觸發(fā)采樣，高精度對時同步方法的整體結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
校正的具體步驟為第一步，設(shè)置兩個晶振周期計數(shù)值，這兩個計數(shù)值同時按CRIO平臺內(nèi)部晶振的周期進行計數(shù)，其中一個晶振周期計數(shù)值稱為IOms晶振計數(shù)值，另一個晶振周期計數(shù)值稱為Is晶振計數(shù)值。
第二步，使用IOms脈沖信號對IOms晶振計數(shù)值校零，并求 得相應(yīng)的誤差值 AK ；設(shè)CRIO平臺內(nèi)部晶振理論頻率為/ ，則對應(yīng)IOms脈沖信號的時間，在u =IOms時有
權(quán)利要求
1.一種基于CRIO平臺的高精度對時同步方法，其特征在于，包括如下步驟高精度對時模塊接收由GPS接收機發(fā)出的IRIG-B編碼信號，并對IRIG-B編碼信號進行處理，獲得IOms脈沖信號，CRIO平臺獲取IOms脈沖信號，然后CRIO平臺利用IOms脈沖信號對CRIO平臺內(nèi)部晶振頻率的計數(shù)值進行校正，最后CRIO平臺利用校正后的計數(shù)值觸發(fā)采樣，校正的具體步驟為第一步，設(shè)置兩個晶振周期計數(shù)值，這兩個計數(shù)值同時按CRIO平臺內(nèi)部晶振的周期進行計數(shù)，其中一個晶振周期計數(shù)值稱為IOms晶振計數(shù)值，另一個晶振周期計數(shù)值稱為Is晶振計數(shù)值；第二步，使用IOms脈沖信號對IOms晶振計數(shù)值校零，并求得相應(yīng)的誤差值 ΔΓ ；設(shè)CRIO平臺內(nèi)部晶振理論頻率力則對應(yīng)IOms脈沖信號的時間，在ΔΙ =IOms時有
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于CRIO平臺的高精度對時同步方法，其特征在于在對 Is晶振計數(shù)值進行±1的補償時，需要對Is晶振計數(shù)值和采樣時刻進行判斷，避免補償在采樣時刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于CRIO平臺的高精度對時同步方法，其特征在于所述高精度對時模塊包括IRIG-B碼解析模塊、自校時模塊、分頻模塊及脈沖發(fā)生模塊，其中，IRIG-B碼解析模塊對GPS接收機發(fā)出的IRIG-B編碼信號進行解碼得到時間信息，并發(fā)出秒脈沖；自校時模塊根據(jù)秒脈沖校準(zhǔn)高精度對時模塊的晶振計數(shù)器的計數(shù)值，采用插值算法對計數(shù)值進行補償；分頻模塊及脈沖發(fā)生模塊將Is平均分成100份，并在每個整數(shù)IOms時刻翻轉(zhuǎn)一次脈沖發(fā)生端口的電平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于CRIO平臺的高精度對時同步方法，高精度對時模塊接收由GPS接收機發(fā)出的IRIG-B編碼信號，并對IRIG-B編碼信號進行處理，獲得10ms脈沖信號，CRIO平臺獲取10ms脈沖信號，然后CRIO平臺利用10ms脈沖信號對CRIO平臺內(nèi)部晶振頻率的計數(shù)值進行校正，最后CRIO平臺利用校正后的計數(shù)值觸發(fā)采樣。從而達到高精度對時同步及多通道高速同步采集的目的，其計時補償算法及相關(guān)軟件開發(fā)由LabView編程實現(xiàn)。本發(fā)明能夠有效彌補CRIO平臺背板晶振精度不高的不足，在CRIO平臺上實現(xiàn)多通道高精度對時同步采集。
文檔編號G04G7/00GK102998970SQ201210502709
公開日2013年3月27日 申請日期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 申請人:重慶市電力公司江津供電局, 國家電網(wǎng)公司