發(fā)IE邸158別寸鐘同步協(xié)議報(bào)文并與RJ45 網(wǎng)口相連接。
[0039] 在本實(shí)施例中，控制及運(yùn)算系統(tǒng)由MSP430系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，具體為MSP430F1611型 號(hào)單片機(jī)，采用8Mhz主時(shí)鐘晶振和32.768趾Z低功耗模式晶振。
[0040] 數(shù)據(jù)采集單元包括:衰減電路、直流偏置電路、放大電路、反相電路和低通濾波器； 其中，衰減電路主要W電壓互感器為核屯、，直流偏置電路、放大電路、反相電路均采用低噪 聲opal88運(yùn)算放大器。
[0041 ]在本實(shí)施例中，如圖所示，先將被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾波，濾掉高頻毛刺，減 小波動(dòng)，再把濾波后的被測(cè)信號(hào)輸入到衰減電路，使濾波后的被測(cè)信號(hào)的峰峰值衰減到AD 采集器的基準(zhǔn)電壓范圍內(nèi)，再加入1.25V直流偏置將正電壓偏移至負(fù)電壓，負(fù)電壓依次經(jīng)過(guò) 放大電路放大、反相電路翻轉(zhuǎn)，從而將負(fù)電壓翻轉(zhuǎn)至正電壓，即0-2.5V。
[0042]其中，被測(cè)信號(hào)可W為電壓信號(hào)或電流信號(hào);對(duì)于電壓信號(hào)，如圖2所示，Ui先經(jīng)過(guò) 電阻分壓初步衰減，再通過(guò)低噪運(yùn)放0PA177二次衰減到基準(zhǔn)電壓范圍；對(duì)于電流信號(hào)，由于 電流錯(cuò)已經(jīng)初步把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成小電壓信號(hào)，所W不必經(jīng)過(guò)電阻分壓，直接送給0PA177 運(yùn)放放大至基準(zhǔn)電壓范圍，后面的電路則與電壓通道的完全相同。在圖2中，U2和U3都是 0PA177運(yùn)放，U2構(gòu)成反相加法器，加入1.25V直流電壓，將信號(hào)拉低到負(fù)半軸，再經(jīng)過(guò)U3構(gòu)成 的反相器，將負(fù)電壓信號(hào)變換到正電壓信號(hào)，即0-2.5V。最后經(jīng)過(guò)16曲z的低通濾波器，將光 滑符合要求的信號(hào)送給AD采集。在調(diào)理過(guò)程中，單片機(jī)通過(guò)AD采集到的值判斷控制微型繼 電器，從而控制U1反饋電阻的大小來(lái)自動(dòng)切換量程，當(dāng)測(cè)量小信號(hào)時(shí)，切換到小量程可W提 高測(cè)量精度。
[0043] 按鍵及顯示單元采用128x64分辨率的LCD液晶顯示屏，按鍵采用9X9矩陣鍵盤加2 個(gè)獨(dú)立的背光按鍵和對(duì)講機(jī)按鍵。
[0044] 無(wú)線通信單元采用2W大功率SR_FRS_1WU無(wú)線通信忍片，數(shù)據(jù)傳輸頻率采用 450Mhz，語(yǔ)音對(duì)講頻率采用400-480Mhz可調(diào)，揚(yáng)聲器音量可調(diào)（1-10級(jí)）。
[004引SD卡存儲(chǔ)單元的系統(tǒng)格式采用FAT32,最大支持2GB內(nèi)存卡。
[0046]時(shí)鐘同步系統(tǒng)采用FPGA忍片實(shí)現(xiàn)，具體型號(hào)為EP2C35F484I8N，具備8Mb的SDRAM設(shè) 計(jì)，義用20Mhz局精度t旦溫晶振。
[0047]GPS授時(shí)單元采用一片UM220-III忍片，該忍片集成了北斗系統(tǒng)和GPS雙系統(tǒng)授時(shí) 功能，捜星速度快，授時(shí)誤差為15ns。
[004引IE邸158別寸鐘同步單元采用的主忍片是DP83640,它是一片IE邸1588精確時(shí)間協(xié) 議收發(fā)器，由20Mhz恒溫晶振倍頻至50Mhz為其提供時(shí)鐘信號(hào)，I趾E1588有線同步誤差為 10化S，隨后進(jìn)入2小時(shí)不大于加S的自守時(shí)同步。
[0049]下面結(jié)合圖1對(duì)遠(yuǎn)距離無(wú)線向量?jī)x的工作流程進(jìn)行詳細(xì)描述，具體如下：
[0050]在時(shí)鐘同步系統(tǒng)控制下，先保持主、從機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘同步;遠(yuǎn)距離無(wú)線向量?jī)x開始測(cè) 量時(shí)，先在主機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集單元中設(shè)置采集起始時(shí)刻和采集持續(xù)時(shí)間，并通過(guò)無(wú)線通信 單元將此時(shí)間設(shè)置下發(fā)給從機(jī)；
[0051]主、從機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集單元在IE邸158別寸鐘同步單元提供的本地時(shí)鐘到達(dá)采集起 始時(shí)刻時(shí)，開始同步采集被測(cè)信號(hào)，被測(cè)信號(hào)經(jīng)采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再將電壓信號(hào)轉(zhuǎn) 換成符合AD采集的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波電路后送給AD采集器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的數(shù)字量瞬時(shí) 值，最后把該數(shù)字量瞬時(shí)值送入控制及運(yùn)算系統(tǒng)處理；
[0052]主機(jī)和從機(jī)內(nèi)的控制及運(yùn)算系統(tǒng)對(duì)數(shù)字量瞬時(shí)值進(jìn)行處理，通過(guò)遞推傅里葉變換 逐點(diǎn)求出相應(yīng)時(shí)刻的電壓幅值、相角W及頻率，并打上本地的時(shí)間標(biāo)簽;主、從機(jī)將上述計(jì) 算出的參數(shù)結(jié)果通過(guò)按鍵及顯示單元進(jìn)行顯示處理，同時(shí)存儲(chǔ)在SD卡存儲(chǔ)單元中待用；
[0053]此外，主機(jī)的控制及運(yùn)算系統(tǒng)還可W通過(guò)無(wú)線通信單元召喚從機(jī)的計(jì)算結(jié)果，并 在主機(jī)的按鍵及顯示單元中同時(shí)顯示主、從機(jī)之間的比對(duì)結(jié)果，根據(jù)比對(duì)結(jié)果，利用主、從 機(jī)配置的語(yǔ)音通話功能，使主、從機(jī)之間人員進(jìn)行溝通，從而完成相應(yīng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。
[0054] 圖3是遠(yuǎn)距離無(wú)線向量?jī)x的實(shí)物圖。
[00財(cái)在本實(shí)施例中，如圖3所示，1-向量?jī)x主體，2-電壓采集表筆，3-電流采集錯(cuò)，4-數(shù) 據(jù)采集轉(zhuǎn)換器，5-無(wú)線收發(fā)天線。其中，電壓表筆分為相端和地端，相端接被測(cè)相電壓，地端 接地;電流錯(cuò)按正方向夾住被測(cè)電流的導(dǎo)線，將被測(cè)電流按lOOmV/lA變比轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， 再送入數(shù)據(jù)采集器;無(wú)線收發(fā)天線可拉出延長(zhǎng)，W應(yīng)對(duì)信號(hào)較弱的環(huán)境。
[0056]圖4是遠(yuǎn)距離無(wú)線向量?jī)x的功能示意圖。
[0057]在本實(shí)施例中，如圖4所示，揚(yáng)聲器用于發(fā)出對(duì)方傳送的語(yǔ)音;麥克風(fēng)用于將人聲 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；探頭接口用于連接數(shù)據(jù)采集器；充電口用于給電池充電；RJ45 口用于 IEEE1588對(duì)時(shí)由網(wǎng)線連接主、從機(jī);SD卡槽用于插數(shù)據(jù)儲(chǔ)存卡；電源開關(guān)位于側(cè)部，方便使 用;天線位于頂部，利于無(wú)線信號(hào)傳輸;采用了 11個(gè)按鍵，背光鍵用于開關(guān)顯示屏背光，對(duì)講 按鍵用于語(yǔ)音對(duì)講，鎖定鍵用于屏幕信息鎖定，IP鍵用于多臺(tái)從機(jī)的IP設(shè)定，存儲(chǔ)鍵用于存 儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)到SD卡，上翻鍵用于選擇上一個(gè)菜單，下翻鍵用于選擇下一個(gè)菜單，左翻鍵用于 快速進(jìn)入上一頁(yè)，右翻鍵用于快速進(jìn)入下一頁(yè)，確認(rèn)鍵用于進(jìn)入當(dāng)前所選菜單，退出鍵用于 退出當(dāng)前菜單。
[0058]為了精確測(cè)量異端信號(hào)源的相位差，主、從機(jī)時(shí)鐘必須實(shí)現(xiàn)高精度同步;為了達(dá)到 遠(yuǎn)距離無(wú)線測(cè)量，無(wú)線通信系統(tǒng)必須可靠。
[0059]圖5是主、從機(jī)時(shí)鐘同步示意圖。
[0060] 如圖5所示，GPS時(shí)鐘同步單元是WRS232接口與時(shí)鐘同步系統(tǒng)進(jìn)行通信的。GPS衛(wèi) 星同步時(shí)鐘可W輸出每秒一次包括年、月、日、時(shí)、分、秒在內(nèi)的完整UT別寸間信息，主、從機(jī) GPS授時(shí)單元接收到衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)并處理傳送給時(shí)鐘同步系統(tǒng)，所W主機(jī)和從機(jī)的時(shí)鐘就 保持了小于15ns同步誤差的精確同步。GPS同步雖然精確，但容易受制于環(huán)境影響，雨天或 者建筑物內(nèi)都不能正常捜索到衛(wèi)星，此時(shí)必須通過(guò)IE邸1588有線同步來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。
[0061] 圖6是IE邸158別寸鐘同步單元的同步流程圖。
[0062]參見圖6，IEEE1588是2002年為了解決W太網(wǎng)的定時(shí)同步能力不足的問(wèn)題，開發(fā)出 的一種精準(zhǔn)時(shí)間同步協(xié)議。如圖6,假設(shè)同步報(bào)文的準(zhǔn)確發(fā)送時(shí)間為Tml，它包含在跟隨報(bào)文 內(nèi)；同步報(bào)文的接收時(shí)間為Tsl;延時(shí)-請(qǐng)求報(bào)文的發(fā)送時(shí)間為Ts2;延時(shí)-請(qǐng)求報(bào)文的接收時(shí) 間為Tm3,它包含在延時(shí)-響應(yīng)報(bào)文內(nèi)；假設(shè)從時(shí)鐘和主時(shí)鐘之間的網(wǎng)絡(luò)延遲具有對(duì)稱性，即 從時(shí)鐘到主時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與主時(shí)鐘到從時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)延遲相等，記為Delay;Offset表示從 時(shí)鐘與主時(shí)鐘之間的時(shí)間偏差。由于網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)是對(duì)稱的，則可W得到如下計(jì)算公式：
[006引（1)
[0064](2)0ffset=Tsl-Tml-Delay
[006引從時(shí)鐘根據(jù)自公式(2)得到的Offset值，對(duì)自身時(shí)間進(jìn)行修正。由IE邸1588協(xié)議 的原理，為使從時(shí)鐘與主時(shí)鐘之間時(shí)差進(jìn)入微秒級(jí)別，必須進(jìn)行多次主從同步過(guò)程。當(dāng) Offset小于200ns時(shí)，則認(rèn)為對(duì)時(shí)結(jié)束，從時(shí)鐘停止與主時(shí)鐘的對(duì)時(shí)過(guò)程，并主動(dòng)退出組播 組，鎖存當(dāng)前修正過(guò)的時(shí)間，W恒溫晶振繼續(xù)守時(shí)并保持2小時(shí)誤差小于加S。
[0066]圖7是無(wú)線通信單元的設(shè)計(jì)原理圖。
[0067]在本實(shí)施例中，如圖7所示，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線向量?jī)x的遠(yuǎn)距離通信，采用了大功率的 無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。SR-FRS-2W是一塊2W的大功率無(wú)線通信忍片，MSP430單片機(jī)通過(guò)RS232 接口與之通信，可W通過(guò)TXD、R拙發(fā)送指令改變SR-FRS-2W的發(fā)射與接收頻率、傳送需要的 數(shù)據(jù);SR-FRS-2W的AF_0UT引腳是語(yǔ)音輸出，經(jīng)過(guò)NS80