一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置，其包括GPS天線、時刻記錄和時鐘同步裝置、電源、PC上位機以及觸發(fā)裝置；其中，所述GPS天線與時刻記錄和時鐘同步裝置連接；所述電源、觸發(fā)裝置分別連接至?xí)r刻記錄和時鐘同步裝置上；所述時刻記錄和時鐘同步裝置連接至PC上位機上。本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置具有集成度高，抗干擾能力強，可靠性好且能夠備份等諸多優(yōu)點，適用于多海洋儀器的時間校準以及時鐘同步。
【專利說明】—種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋儀器，具體涉及一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置，屬于海洋【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]更為有效地對海洋環(huán)境的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測是不斷發(fā)展海洋經(jīng)濟的基本前提。近年來，為了對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進行全面監(jiān)測，投入了各類不同目的的傳感器，這些觀測器都具有自己的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，由于缺乏不同探測儀器之間的時間校準系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)在匯總到計算機之后，往往由于相互之間的采集時間缺乏同步而嚴重影響了數(shù)據(jù)實用價值，t匕如，海底地震探測儀由于缺乏和基準時間的同步機制將無法提供地面震動信號到達的準確時間，進而無法和其他臺站所獲取數(shù)據(jù)進行比對，來準確地分析和定位震源。
[0003]海洋環(huán)境和陸地環(huán)境相比較，具有地域廣闊，電氣基礎(chǔ)條件差的特點，在陸地上的分布式系統(tǒng)對時系統(tǒng)無法直接應(yīng)用到海洋儀器上。因此，開發(fā)能夠?qū)Ψ植际絻x器或裝置進行微秒級精度的時間同步的裝置有廣泛的應(yīng)用前景，同時在海洋數(shù)據(jù)監(jiān)測的同時，也會人為地激發(fā)一些事件，比如在海洋資源勘探中，需要首先激勵人工震源產(chǎn)生震動信號，然后對該信號進行采集，通過分析傳播特性進而得到海底資源的分布規(guī)律，這一過程中，準確記錄人工震源產(chǎn)生的時間尤為重要，稍有偏差就會引起很大的后續(xù)處理誤差。
[0004]因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種先進的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種集成度高，抗干擾能力強，可靠性好且能夠備份的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法。
[0007]為實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置，其包括GPS天線、時刻記錄和時鐘同步裝置、電源、PC上位機以及觸發(fā)裝置；其中，所述GPS天線與時刻記錄和時鐘同步裝置連接；所述電源、觸發(fā)裝置分別連接至?xí)r刻記錄和時鐘同步裝置上；所述時刻記錄和時鐘同步裝置連接至PC上位機上。
[0008]本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置進一步設(shè)置為:所述時刻記錄和時鐘同步裝置包括GPS授時定位模塊、MCU主控模塊、光電隔離電路、脈沖信號驅(qū)動模塊、指示燈和SD卡存儲模塊；其中，所述GPS授時定位模塊與GPS天線相連，PPS接口和脈沖信號驅(qū)動模塊的PPS接口連接，COM接口和MCU主控模塊的COMl接口連接；所述脈沖信號驅(qū)動模塊的PPSl接口和MCU主控模塊的CAPl接口連接；所述MCU主控模塊的COM2接口和PC上位機的COM接口連接；所述光電隔離電路一端和觸發(fā)裝置連接，另一端和MCU主控模塊的CAPO接口連接；所述指示燈、SD卡存儲模塊分別和MCU主控模塊連接。
[0009]本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置進一步設(shè)置為:所述電源連接至MCU主控模塊上，并通過MCU主控模塊給GPS授時定位模塊供電。
[0010]本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置進一步設(shè)置為:所述指示燈包括電源指示燈、系統(tǒng)初始化錯誤指示燈、PPS信號指示燈、TTL脈沖信號指示燈以及SD卡存盤指示燈。
[0011]為實現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法，其包括如下步驟:
1),GPS授時定位模塊接收GPS天線的GPS信號，通過RS232鏈路連接MCU主控模塊的COMl接口，將GPS標準格式數(shù)據(jù)送出；
2)，GPS授時定位模塊的PPS接口連接脈沖信號驅(qū)動模塊的PPS接口，PPS信號經(jīng)過脈沖信號驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)換為多路PPS信號輸出，其中PPSl接口連接MCU主控模塊的CAPl接口，并記錄脈沖發(fā)生時刻為TO ；
3)，觸發(fā)裝置產(chǎn)生TTL脈沖信號經(jīng)過光電隔離電路從MCU主控模塊的CAPO接口輸入，并記錄脈沖觸發(fā)時刻Tl ；
4)，在MCU主控模塊中完成PPS和TTL脈沖的時刻運算，并得出時間差為IT，將該時間差加到TO時間的GPS標準數(shù)據(jù)中的時間信息上，從而得出TTL脈沖信號的準確觸發(fā)時刻；
5)，將調(diào)整過GPS標準格式數(shù)據(jù)通過RS232鏈路發(fā)送給PC上位機，同時將該GPS標準格式數(shù)據(jù)存儲到SD卡。
[0012]本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法進一步為:所述MCU主控模塊依次進行SD卡外部存儲初始化、I/O 口配置、定時器配置、串行收發(fā)配置和循環(huán)檢測的初始化流程。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
1.本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置將GPS授時定位模塊、PPS脈沖信號驅(qū)動裝置、MCU主控模塊等一體化集成到時刻記錄和時鐘同步裝置上，同時實現(xiàn)了時刻記錄功能和各海洋儀器之間的時鐘同步功能，增加了系統(tǒng)的集成度，減小了整個裝置的體積；
2.本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置采用了光電隔離電路，大大提高了裝置的可靠性和抗干擾能力；
3.本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法及其裝置提供裝置狀態(tài)指示燈功能，增加了裝置的易用性，并提供SD卡存盤功能，用于數(shù)據(jù)備份，便于后期的數(shù)據(jù)處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置的整體方案圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置的詳細方案圖。
[0016]圖3是本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置的脈沖信號時刻記錄方法時序圖。
[0017]圖4是本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法的流程圖。
[0018]圖5是本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置的MCU主控模塊的程序設(shè)計框圖?！揪唧w實施方式】
[0019]請參閱說明書附圖1至附圖5所示，本發(fā)明為一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置，其由GPS天線1、時刻記錄和時鐘同步裝置4、電源5、PC上位機2以及觸發(fā)裝置3等幾部分組成。
[0020]其中，所述GPS天線I與時刻記錄和時鐘同步裝置4連接；所述電源5、觸發(fā)裝置3分別連接至?xí)r刻記錄和時鐘同步裝置3上；所述時刻記錄和時鐘同步裝置3連接至PC上位機2上。
[0021]進一步的，所述時刻記錄和時鐘同步裝置3由GPS授時定位模塊6、MCU主控模塊
8、光電隔離電路7、脈沖信號驅(qū)動模塊16、指示燈10和SD卡存儲模塊9等幾部分組成。所述GPS授時定位模塊6與GPS天線I相連，PPS接口和脈沖信號驅(qū)動模塊16的PPS接口連接，COM接口和MCU主控模塊8的COMl接口連接。所述脈沖信號驅(qū)動模塊16的PPSl接口和MCU主控模塊8的CAPl接口連接。所述MCU主控模塊8的COM2接口和PC上位機2的COM接口連接。所述光電隔離電路7 —端和觸發(fā)裝置3連接，另一端和MCU主控模塊8的CAPO接口連接。所述指示燈10、SD卡存儲模塊9分別和MCU主控模塊8連接。
[0022]所述電源5連接至MCU主控模塊8上，并通過MCU主控模塊8給GPS授時定位模塊6供電。
[0023]所述指示燈10包括電源指示燈11、系統(tǒng)初始化錯誤指示燈12、PPS信號指示燈13、TTL脈沖信號指示燈14以及SD卡存盤指示燈15。
[0024]所述MCU主控模塊8采用NXP LPC17xx芯片。
[0025]本發(fā)明的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法如下:
O,GPS授時定位模塊8接收GPS天線I的GPS信號，通過RS232鏈路連接MCU主控模塊8的COMl接口，將GPS標準格式數(shù)據(jù)送出；
2)，GPS授時定位模塊8的PPS接口連接脈沖信號驅(qū)動模塊16的PPS接口，PPS信號(PPS脈沖信號時序圖如附圖3所不)經(jīng)過脈沖信號驅(qū)動模塊16轉(zhuǎn)換為多路PPS信號輸出，其中PPSl接口連接MCU主控模塊8的CAPl接口，并記錄脈沖發(fā)生時刻為TO ；
3)，觸發(fā)裝置3產(chǎn)生TTL脈沖信號(TTL脈沖信號時序圖如附圖3所示)經(jīng)過光電隔離電路7從MCU主控模塊8的CAPO接口輸入，并記錄脈沖觸發(fā)時刻Tl ；
4)，在MCU主控模塊8中完成PPS和TTL脈沖的時刻運算，并得出時間差為IT，將該時間差加到TO時間的GPS標準數(shù)據(jù)中的時間信息上，從而得出TTL脈沖信號的準確觸發(fā)時刻；
5)，將調(diào)整過GPS標準格式數(shù)據(jù)通過RS232鏈路發(fā)送給PC上位機2，同時將該GPS標準格式數(shù)據(jù)存儲到SD卡。
[0026]請參閱說明書附圖附圖5所示，本發(fā)明的MCU主控模塊8依次進行SD卡外部存儲初始化、I/o 口配置、定時器配置、串行收發(fā)配置和循環(huán)檢測的初始化流程。當發(fā)現(xiàn)有未處理事件，處理相應(yīng)的事件。本程序中的主要事件包括GPS數(shù)據(jù)串行接收事件、PPS信號捕獲中斷事件、TTL信號捕獲中斷事件。當有捕獲中斷產(chǎn)生，判斷捕獲中斷對象，若為PPS捕獲中斷，則記錄定時器當前計數(shù)值T0，若為TTL捕獲中斷，進行GPS時間數(shù)據(jù)處理，并將經(jīng)處理的GPS數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送，最后將GPS數(shù)據(jù)存盤。
[0027]以上的【具體實施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng)作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置，其特征在于:包括GPS天線、時刻記錄和時鐘同步裝置、電源、PC上位機以及觸發(fā)裝置；其中，所述GPS天線與時刻記錄和時鐘同步裝置連接；所述電源、觸發(fā)裝置分別連接至?xí)r刻記錄和時鐘同步裝置上；所述時刻記錄和時鐘同步裝置連接至PC上位機上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置，其特征在于:所述時刻記錄和時鐘同步裝置包括GPS授時定位模塊、MCU主控模塊、光電隔離電路、脈沖信號驅(qū)動模塊、指示燈和SD卡存儲模塊；其中，所述GPS授時定位模塊與GPS天線相連，PPS接口和脈沖信號驅(qū)動模塊的PPS接口連接，COM接口和MCU主控模塊的COMl接口連接；所述脈沖信號驅(qū)動模塊的PPSl接口和MCU主控模塊的CAPl接口連接；所述MCU主控模塊的COM2接口和PC上位機的COM接口連接；所述光電隔離電路一端和觸發(fā)裝置連接，另一端和MCU主控模塊的CAPO接口連接；所述指示燈、SD卡存儲模塊分別和MCU主控模塊連接。
3.如權(quán)利要求2所述的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置，其特征在于:所述電源連接至MCU主控模塊上，并通過MCU主控模塊給GPS授時定位模塊供電。
4.如權(quán)利要求3所述的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步的裝置，其特征在于:所述指示燈包括電源指示燈、系統(tǒng)初始化錯誤指示燈、PPS信號指示燈、TTL脈沖信號指示燈以及SD卡存盤指示燈。
5.一種如權(quán)利要求4所述的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法，其特征在于:包括如下步驟: O,GPS授時定位模塊接收GPS天線的GPS信號，通過RS232鏈路連接MCU主控模塊的COMl接口，將GPS標準格式數(shù)據(jù)送出； 2)，GPS授時定位模塊的PPS接口連接脈沖信號驅(qū)動模塊的PPS接口，PPS信號經(jīng)過脈沖信號驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)換為多路PPS信號輸出，其中PPSl接口連接MCU主控模塊的CAPl接口，并記錄脈沖發(fā)生時刻為TO ； 3)，觸發(fā)裝置產(chǎn)生TTL脈沖信號經(jīng)過光電隔離電路從MCU主控模塊的CAPO接口輸入，并記錄脈沖觸發(fā)時刻Tl ； 4)，在MCU主控模塊中完成PPS和TTL脈沖的時刻運算，并得出時間差為IT，將該時間差加到TO時間的GPS標準數(shù)據(jù)中的時間信息上，從而得出TTL脈沖信號的準確觸發(fā)時刻； 5)，將調(diào)整過GPS標準格式數(shù)據(jù)通過RS232鏈路發(fā)送給PC上位機，同時將該GPS標準格式數(shù)據(jù)存儲到SD卡。
6.如權(quán)利要求5所述的用于海洋儀器的時刻記錄和時鐘同步方法，其特征在于:所述MCU主控模塊依次進行SD卡外部存儲初始化、I/O 口配置、定時器配置、串行收發(fā)配置和循環(huán)檢測的初始化流程。
【文檔編號】G04R20/04GK103941579SQ201410139614
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】吳震宇, 應(yīng)志平, 劉宜勝, 胡旭東 申請人:浙江理工大學(xué)