專利名稱：高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)錄取授時(shí)技術(shù)領(lǐng)域，一種基于GPS授時(shí)技術(shù)的小型化高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀。

背景技術(shù)：
目前，在進(jìn)行各種粗、高精度民用雷達(dá)、航空管制雷達(dá)、精密跟蹤雷達(dá)以及光電跟蹤設(shè)備的動(dòng)態(tài)精度試驗(yàn)時(shí)，為敘述方便，上述設(shè)備，以下簡(jiǎn)稱被錄取設(shè)備，既要獲得空中或地面目標(biāo)精確的動(dòng)態(tài)位置數(shù)據(jù)，也要獲得被錄取設(shè)備輸出的測(cè)量數(shù)據(jù)，而且這兩種數(shù)據(jù)獲取，根據(jù)被錄取設(shè)備精度要求的不同，需要保持不同精度上的時(shí)間同步，只有同步后的數(shù)據(jù)，才能夠按一定要求進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊，求誤差等處理，得出被錄取設(shè)備的搜索或跟蹤精度，以決策被錄取設(shè)備能否滿足精度指標(biāo)要求。
在測(cè)試過(guò)程中，通常需要?jiǎng)佑霉怆娊?jīng)緯儀和精測(cè)雷達(dá)等大型真值測(cè)量設(shè)備，實(shí)時(shí)、精確地測(cè)量空中或地面目標(biāo)的動(dòng)態(tài)位置，隨著被測(cè)試系統(tǒng)的搜索和跟蹤作用距離不同，光電經(jīng)緯儀、精測(cè)雷達(dá)和被測(cè)試系統(tǒng)需要分布在數(shù)公里、數(shù)十公里、甚至上百公里的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的同步方法通常采用同步控制裝置，通過(guò)有線連接，同步脈沖信號(hào)觸發(fā)等方式，控制真值數(shù)據(jù)以及被錄取設(shè)備數(shù)據(jù)的同步錄取，其缺點(diǎn)是設(shè)備量大、操作復(fù)雜；在采樣頻率高、測(cè)試數(shù)據(jù)流量較大、試驗(yàn)點(diǎn)位布站地域廣時(shí)，無(wú)法傳遞同步信號(hào)或同步信號(hào)延遲大，使精度指標(biāo)的測(cè)量受到限制。


發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種基于GPS授時(shí)技術(shù)的小型化高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，該授時(shí)儀器使用攜帶方便，在任何有GPS衛(wèi)星信號(hào)的地域均能工作，用于對(duì)時(shí)統(tǒng)精度要求不高于1×10-4秒、提供異步串行測(cè)試接口且通信速率不高于38400bps、測(cè)試幀長(zhǎng)度固定的真值設(shè)備或被測(cè)設(shè)備輸出數(shù)據(jù)的錄取。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，由GPS授時(shí)板通過(guò)GPS天線接收GPS衛(wèi)星信息并進(jìn)行解算，得到符合GPS授時(shí)板精度的秒脈沖信息和絕對(duì)時(shí)間信息，傳遞給錄取控制板；錄取控制板通過(guò)通信電纜分別連接被錄取設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)； 所述的錄取控制板，用于接收秒脈沖信息和絕對(duì)時(shí)間信息，并校正控制板的內(nèi)部時(shí)鐘，保持控制板與絕對(duì)時(shí)的嚴(yán)格同步； 所述的錄取控制板，遵循通信協(xié)議接收用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)反饋GPS接收機(jī)狀態(tài)和GPS時(shí)間、位置信息，并設(shè)置與被錄取設(shè)備的通信速率、數(shù)據(jù)幀格式，建立與被錄取設(shè)備的通信；當(dāng)被錄取設(shè)備有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)進(jìn)行接收，將接收的數(shù)據(jù)和接收時(shí)刻的絕對(duì)時(shí)標(biāo)打包，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，從而完成數(shù)據(jù)錄取授時(shí)的過(guò)程； 所述的數(shù)據(jù)錄取授時(shí)的方法，其步驟如下 1)、高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀采用GPS授時(shí)板提供的秒脈沖PPS信號(hào)校時(shí)，對(duì)于普通的GPS，OEM板，秒脈沖PPS前沿與絕對(duì)時(shí)的精度誤差不超過(guò)200納秒； 2)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄取記錄的時(shí)標(biāo)所表示的時(shí)刻與被錄取設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)出時(shí)刻的時(shí)間誤差在±1×10-4秒以內(nèi)； 3)、由數(shù)據(jù)錄取板上高精度晶振構(gòu)成的振蕩器經(jīng)過(guò)分頻能產(chǎn)生滿足時(shí)間分辨率高于1×10-6要求的時(shí)鐘信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)器為其計(jì)數(shù)；它每隔1秒被GPS授時(shí)板的秒脈沖PPS信號(hào)前沿同步一次，計(jì)數(shù)器清零； 4)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)到來(lái)時(shí)，記下晶振計(jì)數(shù)器的值，將上1秒GPS授時(shí)儀器傳來(lái)的時(shí)間信息加1，再加上記錄的計(jì)數(shù)器值除以晶振頻率的商，最后減去1個(gè)字節(jié)的串口傳輸延時(shí)，就得到了該試驗(yàn)數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)確時(shí)標(biāo)； 5)、GPS秒脈沖抗干擾措施，基于GPS的時(shí)間同步是靠每秒鐘起始時(shí)刻發(fā)出的同步秒脈沖PPS來(lái)保證，而GPS的秒脈沖信號(hào)只是用一根信號(hào)線來(lái)傳送，由于GPS的秒脈沖信號(hào)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作為中斷源使用，在兩次PPS信號(hào)之間受到干擾影響的可能性很大，因此需正確識(shí)別秒脈沖信號(hào)以確保時(shí)間同步，為防止CPU的錯(cuò)誤動(dòng)作，根據(jù)秒脈沖總是位于前后2秒交界處的特點(diǎn)，采用秒脈沖軟件抗干擾措施； 鑒別方法是將系統(tǒng)晶振的誤差、相應(yīng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間、PPS誤差值等時(shí)間誤差總和設(shè)為W，并設(shè)定一定容限，對(duì)于10-4秒的精度要求，可將W設(shè)為1×10-5秒，采用晶振計(jì)數(shù)器定時(shí)識(shí)別；當(dāng)進(jìn)入秒脈沖中斷處理程序時(shí)，判斷晶振計(jì)數(shù)器的值是否落在1±W秒內(nèi)，如果是則校正本地時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器清零，如果不是，則認(rèn)為是干擾脈沖，繼續(xù)計(jì)數(shù)； 6)、GPS秒脈沖失效處理，錄取控制板檢測(cè)到GPS授時(shí)板在復(fù)雜電磁環(huán)境的數(shù)據(jù)錄取中，偶爾會(huì)存在與GPS衛(wèi)星不同步或衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)由于某種原因而消失的GPS信號(hào)失效時(shí)，本地晶振時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，可保持?jǐn)?shù)分鐘滿足系統(tǒng)精度要求的試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取，當(dāng)重新捕獲到GPS衛(wèi)星信號(hào)后，可重新建立同步。
所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其通信協(xié)議指數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議，包括 1)開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令 B0標(biāo)志字F1 B1錄取幀標(biāo)志位長(zhǎng)度n表明被錄取設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀幀頭的長(zhǎng)度，為讀取幀頭的內(nèi)容作準(zhǔn)備； B2-B1+n錄取幀標(biāo)志字內(nèi)容依據(jù)標(biāo)志字長(zhǎng)度讀取相應(yīng)長(zhǎng)度的字節(jié)，作為錄取數(shù)據(jù)幀的幀頭； B2+n錄取幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度錄取幀的除標(biāo)志字和校驗(yàn)和以外實(shí)際數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度； B3+n錄取幀校驗(yàn)和位數(shù)原碼表示校驗(yàn)和位數(shù)， B4+n-B5+n錄取的速率取值范圍從1200-38400bit/s，原碼表示，先發(fā)低字節(jié)再發(fā)高字節(jié)； B6+n校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)； 該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，詢問(wèn)是否開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備情況，并告知需錄取的數(shù)據(jù)幀格式；其中錄取幀標(biāo)志字內(nèi)容字段中的字節(jié)8位均有效； 2)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀開(kāi)機(jī)應(yīng)答命令 B0標(biāo)志字E1， B1 GPS狀態(tài)標(biāo)志，0表示GPS正在定位中還無(wú)法進(jìn)行錄取和授時(shí)，該幀隨后的GPS的數(shù)據(jù)無(wú)效全為0；1表示GPS定位成功可以進(jìn)行錄取和授時(shí)，該幀隨后的GPS的數(shù)據(jù)有效； B2設(shè)備所處半球指示，高3位指示東西半球，0表示西半球，1表示東半球；低4位指示南北半球，0表示南半球，1表示北半球； B3-B8經(jīng)度，設(shè)備所在位置的經(jīng)度共6個(gè)字節(jié)，表示形式為度(2b)、分(1b)、秒(3b)，秒精確到小數(shù)點(diǎn)第4位，其中第1字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)右邊的數(shù)值，第2、3字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)左邊的數(shù)值； B9-B13緯度，設(shè)備所在位置的緯度共5字節(jié)，表示形式為度(1b)、分(1b)、秒(3b)，秒的表示與經(jīng)度一致； B14年B15月B16日B17時(shí)B18分B19秒，均用1個(gè)字節(jié)表示，其中“年”只給出后2位的值，如2004年，則內(nèi)容是04； B20校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)； 該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，應(yīng)答用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的開(kāi)機(jī)詢問(wèn)，同時(shí)上報(bào)GPS狀態(tài)； 3)數(shù)據(jù)錄取命令 B0標(biāo)志字F2 B1附帶時(shí)標(biāo)標(biāo)志，0表示僅錄取數(shù)據(jù)不需要附帶時(shí)標(biāo)；1表示錄取數(shù)據(jù)并附帶時(shí)標(biāo)； B2校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)； 該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，指示數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀開(kāi)始錄取裝備數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)機(jī)在接收到該命令后，初始化與設(shè)備的接口，開(kāi)始錄取數(shù)據(jù)； 4)錄取應(yīng)答命令 B0標(biāo)志字E2 B1錄取狀態(tài)標(biāo)志，0下位機(jī)故障無(wú)法進(jìn)行錄取；1表示已進(jìn)入錄取狀態(tài)； B2校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)； 該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，是對(duì)數(shù)據(jù)錄取命令的應(yīng)答，表示數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀已經(jīng)打開(kāi)錄取數(shù)據(jù)接口，進(jìn)入錄取狀態(tài)。用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)在接收到該命令后，可以開(kāi)始接收上報(bào)的錄取數(shù)據(jù)； 5)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)機(jī)上報(bào)的錄取數(shù)據(jù) B0-Bn-1錄取幀標(biāo)志字，從開(kāi)機(jī)詢問(wèn)命令獲得的錄取幀標(biāo)志字； Bn-Bn+x錄取的內(nèi)容，從設(shè)備接收的幀除錄取幀標(biāo)志字外的所有數(shù)據(jù)； Bn+x+1-Bn+x+6時(shí)標(biāo)，結(jié)構(gòu)為時(shí)(1b)、分(1b)、秒(4b)，秒精確到小數(shù)點(diǎn)第5位，其中第1字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)右邊的數(shù)值，第2、3、4字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)左邊的數(shù)值。不要求時(shí)標(biāo)時(shí)，該字段的值全為0； Bn+x+7校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)； 該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，上報(bào)從設(shè)備錄取的附帶時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)； 6)錄取停止命令， B0標(biāo)志字F4 B1保留字節(jié)0，無(wú)實(shí)際意義，內(nèi)容為0，預(yù)留備用； B2校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)； 該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，命令停止數(shù)據(jù)的錄取； 7)停止應(yīng)答命令 B0標(biāo)志字E4 B1保留字節(jié)0無(wú)實(shí)際意義，內(nèi)容為0，預(yù)留備用； B2校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，表明授時(shí)機(jī)已關(guān)閉接口，停止數(shù)據(jù)的錄取。
所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，系統(tǒng)硬件包括GPS天線、GPS授時(shí)板、錄取控制板、封裝盒、供電電池、整流電源和通信電纜；GPS授時(shí)板連接GPS天線，提供PPS信號(hào)和GPS時(shí)間信息給錄取控制板，錄取控制板通過(guò)串行接口由通信電纜分別連接被錄取設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)。
所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，錄取控制板的邏輯結(jié)構(gòu)包括一個(gè)以上的錄取控制板RS232接口、電平轉(zhuǎn)換單元、本地時(shí)鐘源、直流穩(wěn)壓電路、中心處理器和調(diào)試接口電路； 所述的錄取控制板RS232接口電路連接被錄取設(shè)備、用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)及封裝的GPS授時(shí)板； 所述的電平轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換秒脈沖為內(nèi)部總線電壓并觸發(fā)中央處理器中斷來(lái)校準(zhǔn)錄取控制板的本地時(shí)鐘； 所述的本地時(shí)鐘源為高精度晶振電路，該電路在為中心處理器提供主頻的同時(shí)，也和中心處理器的計(jì)數(shù)器一起構(gòu)成了錄取控制板的本地時(shí)鐘； 所述的直流穩(wěn)壓電路為錄取控制板和GPS授時(shí)板提供直流穩(wěn)壓源。
所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，錄取控制板的電路具有 GPS授時(shí)板提供的PPS信號(hào)，通過(guò)IC6緩沖驅(qū)動(dòng)器74HC244進(jìn)行總線信號(hào)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部總線電平并接入IC2中心處理器MB90F591A的INT0口產(chǎn)生中斷；連接芯片通信信號(hào)和電源以及LED指示燈，當(dāng)錄取控制板通電時(shí)，LED燈點(diǎn)亮，有數(shù)據(jù)通信時(shí)，LED燈閃爍； 串口時(shí)間信息通過(guò)com1接口連接到錄取控制板的中心處理器MB90F591A，中心處理器MB90F591A外接4M晶振、內(nèi)部機(jī)器頻率16MHz、最小指令執(zhí)行時(shí)間62.5ns； IC2中央處理器MB90F591A的com0收、發(fā)端口分別為SIN0和SOUT0，在接口J8和IC2之間通過(guò)IC3串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com0口的通信功能；J8是com0的接口，連接被錄取設(shè)備測(cè)試口，引腳2，3分別為com0收、發(fā)引腳，腳5接地，其中com0也可為燒寫程序接口； IC2中央處理器MB90F591A的com1收、發(fā)端口分別為SIN1和SOUT1，在接口J4和IC2之間通過(guò)IC4串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com1口的通信功能；J4是com1的接口，連接GPS授時(shí)板；引腳2、5分別為com1收、發(fā)引腳，引腳3接入GPS授時(shí)板的PPS信號(hào)，引腳4接地； IC2中央處理器MB90F591A的com2收、發(fā)端口分別為SIN2和SOUT2，在J5和IC2之間通過(guò)IC5串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com2口的通信功能；J5是com2的接口，連接用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)；引腳2，3分別為com2收、發(fā)引腳，引腳5接地； 通信電纜為三線制串行通信線纜； 芯片RST端是電容C12和電阻R14組成典型的上電復(fù)位電路，當(dāng)電路板加電時(shí)，給芯片復(fù)位信號(hào)； 芯片端口85、86接的是接地電阻，85、86為普通IO口，保持長(zhǎng)低電平，是單片機(jī)軟件需要這兩個(gè)端口保持輸入為“0”，以實(shí)現(xiàn)某些功能； 芯片端口1，連接com2的用戶接收數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的RTS請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)； 電源由市電通過(guò)整流提供直流輸出與12V直流電池供電，通過(guò)二極管D1、D2整流穩(wěn)壓，IC1直流電壓轉(zhuǎn)換模塊PKF2111PI將外部12V直流輸入轉(zhuǎn)換為2路5V直流輸出，通過(guò)接口J2、J3分別給錄取控制板和GPS授時(shí)板供電。
所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，主機(jī)盒采用鋁合金壓制盒，安裝散熱片，內(nèi)裝錄取控制板和GPS授時(shí)板； 主機(jī)盒的前面板上設(shè)置有開(kāi)關(guān)KNX303，標(biāo)識(shí)工作/下載；指示燈直徑3mm雙色，帶燈座，標(biāo)識(shí)指示燈；計(jì)算機(jī)接口DB9ZJ，標(biāo)識(shí)計(jì)算機(jī)；設(shè)備接口DB9ZJ，標(biāo)識(shí)設(shè)備接口；后面板上設(shè)置有電源口Y4M4，標(biāo)識(shí)電源；GPS數(shù)據(jù)輸出口DB9ZJ，標(biāo)識(shí)GPS；天線接入口TNC-KF3，標(biāo)識(shí)天線；1PPS輸出口BNC-KF3，標(biāo)識(shí)1PPS。
所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的系統(tǒng)軟件其包括數(shù)據(jù)錄取軟件和錄取控制軟件 1)、數(shù)據(jù)錄取軟件為嵌入式主控軟件，運(yùn)行于錄取控制板中心處理器，完成數(shù)據(jù)錄取和授時(shí)；它通過(guò)通信協(xié)議受用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的控制，完成規(guī)定的功能；包括主控模塊、PPS中斷模塊、錄取數(shù)據(jù)中斷模塊； 主控模塊控制錄取控制板，進(jìn)行計(jì)數(shù)器、串行通信等初始化工作，接收GPS授時(shí)板時(shí)間信息，接收用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)命令，將錄取的設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)于時(shí)標(biāo)打包形成數(shù)據(jù)幀上傳至用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)； PPS中斷模塊完成中心處理器計(jì)數(shù)器清零工作； 數(shù)據(jù)錄取中斷模塊為被錄取設(shè)備通信中斷服務(wù)程序，同時(shí)完成記錄錄取時(shí)刻的工作； 數(shù)據(jù)錄取軟件流程如下 錄取控制板加電啟動(dòng)程序，首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置GPS授時(shí)板參數(shù)、啟動(dòng)本地晶振時(shí)鐘，打開(kāi)與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)通信接口工作，初始化完成后，進(jìn)入等待接收命令狀態(tài)，如果收到開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令，則記錄需錄取的數(shù)據(jù)幀格式，詢問(wèn)GPS授時(shí)板是否定位，并向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)應(yīng)答開(kāi)機(jī)詢問(wèn)；如果收到數(shù)據(jù)錄取命令，則打開(kāi)數(shù)據(jù)錄取端口，開(kāi)始數(shù)據(jù)錄取，并打時(shí)標(biāo)，同時(shí)向數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送錄取應(yīng)答命令；在錄取到數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)和時(shí)標(biāo)進(jìn)行上報(bào)；在數(shù)據(jù)錄取期間，如果收到用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的錄取停止命令，馬上關(guān)閉錄取端口，停止數(shù)據(jù)錄取，同時(shí)發(fā)送停止應(yīng)答命令； 2)、錄取控制軟件采用VC開(kāi)發(fā)，運(yùn)行與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)，控制數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄取并實(shí)時(shí)接收帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)后的數(shù)據(jù)由用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行處理； 錄取控制軟件依據(jù)用戶界面事件如鼠標(biāo)或鍵盤事件產(chǎn)生消息，驅(qū)動(dòng)各模塊執(zhí)行相應(yīng)的操作；由于軟件是一個(gè)實(shí)時(shí)的控制和數(shù)據(jù)接收程序，因此在實(shí)現(xiàn)時(shí)需采用多線程技術(shù)，數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、存儲(chǔ)由運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的后臺(tái)輔助線程完成，主用戶界面線程完成用戶交互和數(shù)據(jù)顯示的工作； 錄取控制軟件流程如下 用戶可通過(guò)專門的設(shè)置界面設(shè)置需錄取的數(shù)據(jù)幀格式和通信速率，在用戶點(diǎn)擊連接“建立連接”菜單項(xiàng)后，軟件打開(kāi)與數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的通信端口，串口初始化并發(fā)送開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令，如果授時(shí)儀無(wú)應(yīng)答則連接失敗，有應(yīng)答，則連接建立，提示用戶錄取準(zhǔn)備就緒；若GPS沒(méi)有定位，則禁止啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄取，否則允許啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄??；在數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀應(yīng)答GPS定位后，用戶可點(diǎn)擊相應(yīng)菜單項(xiàng)發(fā)送數(shù)據(jù)錄取命令，啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄取，在接收到數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的錄取應(yīng)答命令后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，將接收的數(shù)據(jù)和GPS時(shí)標(biāo)信息實(shí)時(shí)顯示； 當(dāng)用戶點(diǎn)擊停止錄取菜單項(xiàng)時(shí)，軟件向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送停止錄取命令，并存儲(chǔ)錄取的數(shù)據(jù)和時(shí)標(biāo)，串口關(guān)閉。
由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性 該高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，經(jīng)過(guò)測(cè)試，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的絕對(duì)時(shí)同步精度高于1×10-4秒，它具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、系統(tǒng)采用GPS授時(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)錄取的時(shí)間絕對(duì)時(shí)同步。用GPS作為同步時(shí)間源，取消了使用地域的限制，只要能接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)的地方均能使用該授時(shí)儀。
2、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄取時(shí)間同步精度高，并進(jìn)行了精心的通信協(xié)議設(shè)計(jì)，對(duì)測(cè)試時(shí)統(tǒng)精度要求不大于1×10-4秒、提供異步串行測(cè)試接口或轉(zhuǎn)接口且通信速率不高于38400bps、測(cè)試幀長(zhǎng)度固定的設(shè)備均可進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的錄??； 3、數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀硬件設(shè)計(jì)小型化、方案簡(jiǎn)潔、成本低，功能強(qiáng)、使用安裝方便、對(duì)被測(cè)系統(tǒng)影響小，能適用于大數(shù)據(jù)量、長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試任務(wù)。
該高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀已應(yīng)用于多項(xiàng)對(duì)空跟蹤設(shè)備的精度鑒定任務(wù)，獲取了有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，取得了滿意的效果，可向類似需求的軍用、民用項(xiàng)目推廣。



圖1是數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀組成框圖； 圖2是錄取控制板邏輯結(jié)構(gòu)圖； 圖3是系統(tǒng)授時(shí)原理框圖； 圖4是數(shù)據(jù)錄取電路原理圖； 圖5是主機(jī)盒內(nèi)部接線關(guān)系框圖； 圖6是前面板示意圖； 圖7是后面板示意圖； 圖8是PPS中斷模塊工作流程圖； 圖9是數(shù)據(jù)錄取中斷模塊工作流程圖； 圖10是數(shù)據(jù)錄取控制軟件運(yùn)行流程圖； 圖11是數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀實(shí)施圖； 圖12是數(shù)據(jù)錄取軟件流程圖； 圖13是秒脈沖軟件抗干擾措施原理框圖； 圖14是數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀通信協(xié)議的流程圖。
圖中1-GPS天線；2-GPS授時(shí)板；3-數(shù)據(jù)錄取控制板；4-被錄取設(shè)備；5-用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)；6-真值設(shè)備；7-被測(cè)試動(dòng)態(tài)目標(biāo)；8-開(kāi)關(guān)；9-指示燈；10-計(jì)算機(jī)接口； 11-設(shè)備接口；12-電源口；13-天線入口；14-GPS數(shù)據(jù)輸出口；15-1PPS輸出口；16-數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀；17-精度數(shù)據(jù)處理。

具體實(shí)施例方式 如圖1至圖14所示該高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)錄取的時(shí)間絕對(duì)時(shí)同步。用GPS作為同步時(shí)間源，取消了使用地域的限制，只要能接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)的地方均能使用該授時(shí)儀。
采用該種高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀進(jìn)行精度試驗(yàn)的典型實(shí)施方案如圖11所示，是被錄取設(shè)備(4)與真值設(shè)備(6)放置于甲、乙兩地，兩地距離可根據(jù)試驗(yàn)的要求任意安排。被錄取設(shè)備(4)與真值設(shè)備(6)對(duì)被測(cè)試動(dòng)態(tài)目標(biāo)(7)的測(cè)試，由兩套數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀(16)分別連接真值設(shè)備(6)和被錄取設(shè)備(4)，錄取真值數(shù)據(jù)和被測(cè)試數(shù)據(jù)，并保持錄取數(shù)據(jù)的絕對(duì)時(shí)同步，用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)獲取數(shù)據(jù)后，即可將被測(cè)試數(shù)據(jù)與真值數(shù)據(jù)比對(duì)，即精度數(shù)據(jù)處理(17)得到精度試驗(yàn)結(jié)果。
該高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要由GPS天線、GPS授時(shí)板、錄取控制板組成，其組成框圖如圖1所示。GPS天線和GPS授時(shí)板可購(gòu)買現(xiàn)有商用產(chǎn)品，錄取控制板需要自行研制。
高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀由GPS授時(shí)板通過(guò)GPS天線接收GPS衛(wèi)星信息并進(jìn)行解算，得到符合GPS授時(shí)板精度的秒脈沖信息和絕對(duì)時(shí)間信息，錄取控制板接收該信息，并校正控制板的內(nèi)部時(shí)鐘，保持控制板與絕對(duì)時(shí)的嚴(yán)格同步。
錄取控制板可遵循通信協(xié)議，接收用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)反饋GPS接收機(jī)狀態(tài)和GPS時(shí)間、位置信息，并設(shè)置與被錄取設(shè)備的通信速率、數(shù)據(jù)幀格式，建立與被錄取設(shè)備的通信。當(dāng)被錄取設(shè)備有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)進(jìn)行接收，將接收的數(shù)據(jù)和接收時(shí)刻的絕對(duì)時(shí)標(biāo)打包，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送。從而完成數(shù)據(jù)錄取授時(shí)的過(guò)程。
錄取控制板的設(shè)計(jì) 錄取控制板的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括一個(gè)以上的錄取控制板RS232接口、電平轉(zhuǎn)換單元、本地時(shí)鐘源、直流穩(wěn)壓電路、中心處理器和調(diào)試接口電路；其中錄取控制板RS232接口電路連接被錄取設(shè)備、用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)以及封裝的GPS授時(shí)板；電平轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換秒脈沖為內(nèi)部總線電壓并觸發(fā)中央處理器中斷來(lái)校準(zhǔn)錄取控制板的本地時(shí)鐘；本地時(shí)鐘源為高精度晶振電路，該電路在為中心處理器提供主頻的同時(shí)，也和中心處理器的計(jì)數(shù)器一起構(gòu)成了錄取控制板的本地時(shí)鐘；直流穩(wěn)壓電路為錄取控制板和GPS授時(shí)板提供直流穩(wěn)壓源。
數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀通信協(xié)議 數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議如圖14所示，包括開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令、數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀開(kāi)機(jī)應(yīng)答命令、數(shù)據(jù)錄取命令、錄取應(yīng)答命令、數(shù)據(jù)錄取授時(shí)機(jī)上報(bào)的錄取數(shù)據(jù)、錄取停止命令、停止應(yīng)答命令； 通信協(xié)議的具體說(shuō)明如下 1)開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令 說(shuō)明該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，詢問(wèn)是否開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備情況，并告知需錄取的數(shù)據(jù)幀格式。其中錄取幀標(biāo)志字內(nèi)容字段中的字節(jié)8位均有效。
·錄取幀標(biāo)志字長(zhǎng)度表明被錄取設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀幀頭的長(zhǎng)度，為讀取幀頭的內(nèi)容作準(zhǔn)備； ·錄取幀標(biāo)志字內(nèi)容依據(jù)標(biāo)志字長(zhǎng)度讀取相應(yīng)長(zhǎng)度的字節(jié)，作為錄取數(shù)據(jù)幀的幀頭； ·錄取幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度錄取幀的除標(biāo)志字和校驗(yàn)和以外實(shí)際數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度； ·錄取幀校驗(yàn)和位數(shù)原碼表示校驗(yàn)和位數(shù)。
·錄取的速率取值范圍從1200-38400bit/s，原碼表示先發(fā)低字節(jié)再發(fā)高字節(jié)； ·校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
2)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀開(kāi)機(jī)應(yīng)答命令 說(shuō)明該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，應(yīng)答用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的開(kāi)機(jī)詢問(wèn)，同時(shí)上報(bào)GPS狀態(tài)。
·GPS狀態(tài)標(biāo)志0表示GPS正在定位中還無(wú)法進(jìn)行錄取和授時(shí)，該幀隨后的GPS的數(shù)據(jù)無(wú)效全為0；1表示GPS定位成功可以進(jìn)行錄取和授時(shí)，該幀隨后的GPS的數(shù)據(jù)有效； ·設(shè)備所處半球指示高3位指示東西半球，0表示西半球，1表示東半球；低4位指示南北半球，0表示南半球，1表示北半球； ·經(jīng)度設(shè)備所在位置的經(jīng)度共6個(gè)字節(jié)，表示形式為度(2b)、分(1b)、秒(3b)，秒精確到小數(shù)點(diǎn)第4位，其中第1字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)右邊的數(shù)值，第2、3字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)左邊的數(shù)值； ·緯度設(shè)備所在位置的緯度共5字節(jié)，表示形式為度(1b)、分(1b)、秒(3b)，秒的表示與經(jīng)度一致； ·年、月、日、時(shí)、分、秒均用1個(gè)字節(jié)表示，其中“年”只給出后2位的值，如2004年，則內(nèi)容是04。
·校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
3)數(shù)據(jù)錄取命令 說(shuō)明該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，指示數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀開(kāi)始錄取裝備數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)機(jī)在接收到該命令后，初始化與設(shè)備的接口，開(kāi)始錄取數(shù)據(jù)。
·附帶時(shí)標(biāo)標(biāo)志0表示僅錄取數(shù)據(jù)不需要附帶時(shí)標(biāo)；1表示錄取數(shù)據(jù)并附帶時(shí)標(biāo)； ·校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
4)錄取應(yīng)答命令 說(shuō)明該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，是對(duì)數(shù)據(jù)錄取命令的應(yīng)答，表示數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀已經(jīng)打開(kāi)錄取數(shù)據(jù)接口，進(jìn)入錄取狀態(tài)。用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)在接收到該命令后，可以開(kāi)始接收上報(bào)的錄取數(shù)據(jù)。
·錄取狀態(tài)標(biāo)志0下位機(jī)故障無(wú)法進(jìn)行錄取；1表示已進(jìn)入錄取狀態(tài)； ·校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
5)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)機(jī)上報(bào)的錄取數(shù)據(jù) 說(shuō)明該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，上報(bào)從設(shè)備錄取的附帶時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)。
·錄取幀標(biāo)志字從開(kāi)機(jī)詢問(wèn)命令獲得的錄取幀標(biāo)志字； ·錄取的內(nèi)容從設(shè)備接收的幀除錄取幀標(biāo)志字外的所有數(shù)據(jù)； ·時(shí)標(biāo)結(jié)構(gòu)為時(shí)(1b)、分(1b)、秒(4b)，秒精確到小數(shù)點(diǎn)第4位，其中第1字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)右邊的數(shù)值，第2、3、4字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)左邊的數(shù)值。不要求時(shí)標(biāo)時(shí)，該字段的值全為0； ·校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
6)錄取停止命令 說(shuō)明該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，命令停止數(shù)據(jù)的錄取。
·保留字節(jié)無(wú)實(shí)際意義，內(nèi)容為0，預(yù)留備用。
·校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
7)停止應(yīng)答命令 說(shuō)明該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，表明授時(shí)機(jī)已關(guān)閉接口，停止數(shù)據(jù)的錄取。
·保留字節(jié)無(wú)實(shí)際意義，內(nèi)容為0，預(yù)留備用。
·校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)。
數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀系統(tǒng)授時(shí)原理 如圖3所示授時(shí)儀采用GPS授時(shí)板提供的秒脈沖PPS信號(hào)校時(shí)，對(duì)于普通的GPS，OEM板，PPS前沿與絕對(duì)時(shí)的精度誤差不超過(guò)200納秒。關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄取記錄的時(shí)標(biāo)所表示的時(shí)刻與被錄取設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)出時(shí)刻的時(shí)間誤差在±1×10-4秒以內(nèi)，主要通過(guò)以下描述的方法解決。
1)、由數(shù)據(jù)錄取板上高精度晶振構(gòu)成的振蕩器經(jīng)過(guò)分頻能產(chǎn)生滿足時(shí)間分辨率高于1×10-6要求的時(shí)鐘信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)器為其計(jì)數(shù)。它每隔1秒被GPS授時(shí)板的PPS信號(hào)前沿同步一次，計(jì)數(shù)器清零。
2)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)到來(lái)時(shí)，記下晶振計(jì)數(shù)器的值，將上1秒GPS授時(shí)儀器傳來(lái)的時(shí)間信息加1，再加上記錄的計(jì)數(shù)器值除以晶振頻率的商，最后減去1個(gè)字節(jié)的串口傳輸延時(shí)，就得到了該試驗(yàn)數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)確時(shí)標(biāo)。
3)、GPS秒脈沖抗干擾措施如圖13所示，基于GPS的時(shí)間同步是靠每秒鐘起始時(shí)刻發(fā)出的同步秒脈沖PPS來(lái)保證，而GPS的秒脈沖信號(hào)只是用一根信號(hào)線來(lái)傳送，由于GPS的秒脈沖信號(hào)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作為中斷源使用，在兩次PPS信號(hào)之間受到干擾影響的可能性很大，因此需正確識(shí)別秒脈沖信號(hào)以確保時(shí)間同步，為防止CPU的錯(cuò)誤動(dòng)作，根據(jù)秒脈沖總是位于前后2秒交界處的特點(diǎn)，采用秒脈沖抗干擾措施； 鑒別方法是將系統(tǒng)晶振的誤差、相應(yīng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間、PPS誤差值等時(shí)間誤差總和設(shè)為W，并設(shè)定一定容限，對(duì)于10-4秒的精度要求，可將W設(shè)為1×10-5秒，采用晶振計(jì)數(shù)器定時(shí)識(shí)別；當(dāng)進(jìn)入秒脈沖中斷處理程序時(shí)，判斷晶振計(jì)數(shù)器的值是否落在1±W秒內(nèi)，如果是則校正本地時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器清零，如果不是，則認(rèn)為是干擾脈沖，繼續(xù)計(jì)數(shù)。
4)、GPS秒脈沖失效處理，錄取控制板檢測(cè)到GPS授時(shí)板在復(fù)雜電磁環(huán)境的數(shù)據(jù)錄取中，偶爾會(huì)存在與GPS衛(wèi)星不同步或衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)由于某種原因而消失的GPS信號(hào)失效時(shí)，本地晶振時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，可保持?jǐn)?shù)分鐘滿足系統(tǒng)精度要求的試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取，當(dāng)重新捕獲到GPS衛(wèi)星信號(hào)后，可重新建立同步。
上述方法是在考慮以下5個(gè)方面因素的基礎(chǔ)上提出來(lái)的 1)、晶振1秒內(nèi)時(shí)間的漂移非常小，在本應(yīng)用可以忽略不計(jì)，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的累計(jì)誤差較大； 2)、GPS授時(shí)板的PPS在跟蹤衛(wèi)星后，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)累計(jì)誤差； 3)、串口通信接口單字節(jié)傳輸硬件時(shí)延固定，可精確計(jì)算； 4)、數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，被錄取設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收硬件處理時(shí)間為門級(jí)即ns(10-9)級(jí)，可以忽略不計(jì)。
5)、處理板中斷處理程序的軟件執(zhí)行時(shí)間，在機(jī)器周期為MHz(絕大多數(shù)單片機(jī)處理芯片的機(jī)器周期量級(jí))的情況下，為μs(10-6)級(jí)，也可忽略不計(jì)。
通過(guò)上述方法可保證錄取數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)的誤差在±1×10-4秒以內(nèi)。
所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的硬件由GPS天線、GPS授時(shí)板、錄取控制板、封裝盒、供電電池、充電器、整流電源以及通信電纜組成。由GPS天線(1)接收，GPS授時(shí)板(2)提供的PPS信號(hào)通過(guò)錄取控制板(3)；錄取控制板(3)通過(guò)接口由通信電纜分別連接被錄取設(shè)備(4)和用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)。
采購(gòu)Garmin25LP接收機(jī)作為GPS授時(shí)板(2)，該接收機(jī)可提供串口時(shí)間信息和PPS接口；GPS天線(1)采用合眾思?jí)压咎峁?V蘑菇頭天線；供電電池采用12V直流電池；也可用整流電源提供市電轉(zhuǎn)12V直流輸出；通信電纜為三線制串行通信線纜，錄取控制板(3)和封裝盒需進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1)錄取控制板電路的實(shí)現(xiàn)如圖4所示 錄取控制板的電路具有 GPS授時(shí)板提供的PPS信號(hào)，通過(guò)IC6緩沖驅(qū)動(dòng)器74HC244進(jìn)行總線信號(hào)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部總線電平并接入IC2中心處理器MB90F591A的INT0口產(chǎn)生中斷；連接芯片通信信號(hào)和電源以及LED指示燈，當(dāng)錄取控制板通電時(shí)，LED燈點(diǎn)亮，有數(shù)據(jù)通信時(shí)，LED燈閃爍； 串口時(shí)間信息通過(guò)com1接口連接到錄取控制板的中心處理器MB90F591A，中心處理器MB90F591A外接4M晶振Y1、內(nèi)部機(jī)器頻率16MHz、最小指令執(zhí)行時(shí)間62.5ns； IC2中央處理器MB90F591A的com0收、發(fā)端口分別為SIN0和SOUT0，在接口J8和IC2之間通過(guò)IC3串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com0口的通信功能；J8是com0的接口，連接被錄取設(shè)備測(cè)試口，引腳2，3分別為com0收、發(fā)引腳，腳5接地，其com0也可為燒寫程序接口J7； IC2中央處理器MB90F591A的com1收、發(fā)端口分別為SIN1和SOUT1，在接口J4和IC2之間通過(guò)IC4串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com1口的通信功能；J4是com1的接口，連接GPS授時(shí)板；引腳2、5分別為com1收、發(fā)引腳，引腳3接入GPS授時(shí)板的PPS信號(hào)，引腳4接地； IC2中央處理器MB90F591A的com2收、發(fā)端口分別為SIN2和SOUT2，在接口J5和IC2之間通過(guò)IC5串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com2口的通信功能；J5是com2的接口，連接用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)；引腳2，3分別為com2收、發(fā)引腳，引腳5接地，通信電纜為三線制串行通信線纜。
IC2芯片RST端是由電容C12和電阻R14組成典型的上電復(fù)位電路，當(dāng)電路板加電時(shí)，給芯片復(fù)位信號(hào)。接口J6是測(cè)試口，維修調(diào)試用。
IC2芯片端85、86接的是接地電阻R14和R15，IC2芯片端85、86端為普通IO口，保持長(zhǎng)低電平，是單片機(jī)軟件需要這兩個(gè)端口保持輸入為“0”，以實(shí)現(xiàn)某些功能；IC2芯片MD端的接口J9和J10是空置接口。
IC2芯片端1，連接com2的用戶接收數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的RTS請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)。
電源由市電通過(guò)整流提供直流輸出與12V直流電池供電，由接口J1通過(guò)二極管D1、D2整流穩(wěn)壓，IC1直流電壓轉(zhuǎn)換模塊PKF2111PI將外部12V直流輸入轉(zhuǎn)換為2路5V直流輸出，通過(guò)接口J2、J3分別給錄取控制板和GPS授時(shí)板供電； 其IC2芯片中心處理器采用富士通公司提供的MB90F591A，該芯片采用0.5μm制程，為16位處理器，提供1個(gè)18位計(jì)數(shù)器、2個(gè)16位計(jì)數(shù)器、3個(gè)全雙工異步串行接口，處理器外接4M晶振、內(nèi)部機(jī)器頻率16MHz、最小指令執(zhí)行時(shí)間62.5ns，該處理器芯片的技術(shù)指標(biāo)完全能夠滿足本系統(tǒng)的要求。
串行接口電路采用通用的MAX232芯片，3塊MAX232分別連接中心處理器的異步串行接口為com0、com1、com2，com0接被錄取設(shè)備，com1接GPS授時(shí)板、com2接計(jì)算機(jī)，其中com0也作為燒寫程序接口。
GPS授時(shí)板的PPS信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路后，接入IC2芯片中心處理器INT0口產(chǎn)生中斷。
PKF2111PI為直流電壓轉(zhuǎn)換模塊，將外部12V直流輸入轉(zhuǎn)換為2路5V直流輸出，分別通過(guò)接口J2、J3給錄取控制板和GPS接收機(jī)供電。
74HC244為8位緩沖和驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)換PPS信號(hào)為內(nèi)部總線電平并輸出，同時(shí)連接芯片通信信號(hào)和電源以及LED指示燈，當(dāng)錄取控制板通電時(shí)，接口J11的LED燈點(diǎn)亮，有數(shù)據(jù)通信時(shí)，LED燈閃爍。
2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) a.主機(jī)盒，采用鋁合金壓制盒，安裝散熱片，內(nèi)裝錄取控制板和GPS授時(shí)板； b.前面板如圖6所示 開(kāi)關(guān)(8)KNX303，標(biāo)識(shí)工作/下載； 指示燈(9)直徑3mm雙色，帶燈座，標(biāo)識(shí)指示燈； 計(jì)算機(jī)接口(10)DB9ZJ，標(biāo)識(shí)計(jì)算機(jī)； 設(shè)備接口(11)DB9ZJ，標(biāo)識(shí)設(shè)備接口； c.后面板如圖7所示 電源口(12)Y4M4，標(biāo)識(shí)電源，； GPS數(shù)據(jù)輸出口(14)DB9ZJ，標(biāo)識(shí)GPS； 天線入口(13)TNC-KF3，標(biāo)識(shí)天線； 1PPS輸出口(15)BNC-KF3，標(biāo)識(shí)1PPS，用于連接錄取控制板(3)的接口J12。
主機(jī)盒內(nèi)部接線關(guān)系如圖5所示 錄取控制板(3)通過(guò)串口com1連接GPS授時(shí)板(2)，連接后面板的GPS數(shù)據(jù)口(14)；通過(guò)串口com2接口連接前面板的計(jì)算機(jī)接口(10)，通過(guò)串口com0接口連接前面板的設(shè)備接口(11)；GPS授時(shí)板(2)的數(shù)據(jù)口連接錄取控制板(3)，連接后面板的1pps端，后面板的電源口(12)連接錄取控制板(3)。
數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的系統(tǒng)軟件如圖7，包括數(shù)據(jù)錄取軟件和錄取控制軟件。
1)數(shù)據(jù)錄取軟件 數(shù)據(jù)錄取軟件為嵌入式軟件，運(yùn)行于錄取控制板中心處理器，完成數(shù)據(jù)錄取和授時(shí)，它通過(guò)通信協(xié)議受用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的控制，完成規(guī)定的功能。
該軟件包括主控模塊、PPS中斷模塊、錄取數(shù)據(jù)中斷模塊等模塊。
主控模塊控制錄取控制板，進(jìn)行計(jì)數(shù)器、串行通信等初始化工作，接收GPS授時(shí)板時(shí)間信息，接收用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)命令，將錄取的設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)于時(shí)標(biāo)打包形成數(shù)據(jù)幀上傳至用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)。
PPS中斷模塊完成中心處理器計(jì)數(shù)器清零工作。PPS中斷模塊工作流程如圖8所示。數(shù)據(jù)錄取中斷模塊為被錄取設(shè)備通信中斷服務(wù)程序，完成記錄錄取時(shí)刻的工作，數(shù)據(jù)錄取中斷模塊工作流程如圖9所示。
數(shù)據(jù)錄取軟件流程如下 如圖12所示錄取控制板加電啟動(dòng)程序，首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置GPS授時(shí)板參數(shù)、啟動(dòng)本地晶振時(shí)鐘，打開(kāi)與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)通信接口工作，初始化完成后，進(jìn)入等待接收命令狀態(tài)，如果收到開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令，則記錄需錄取的數(shù)據(jù)幀格式，詢問(wèn)GPS授時(shí)板是否定位，并向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)應(yīng)答開(kāi)機(jī)詢問(wèn)；如果收到數(shù)據(jù)錄取命令，則打開(kāi)數(shù)據(jù)錄取端口，開(kāi)始數(shù)據(jù)錄取，并打時(shí)標(biāo)，同時(shí)向數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送錄取應(yīng)答命令；在錄取到數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)和時(shí)標(biāo)進(jìn)行上報(bào)；在數(shù)據(jù)錄取期間，如果收到用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的錄取停止命令，馬上關(guān)閉錄取端口，停止數(shù)據(jù)錄取，同時(shí)發(fā)送停止應(yīng)答命令； 2)錄取控制軟件 錄取控制軟件采用VC開(kāi)發(fā)，運(yùn)行與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)，控制數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄取并實(shí)時(shí)接收帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)后的數(shù)據(jù)由用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行處理。
錄取控制軟件依據(jù)用戶界面事件鼠標(biāo)或鍵盤事件產(chǎn)生消息，驅(qū)動(dòng)各模塊執(zhí)行相應(yīng)的操作。由于軟件是一個(gè)實(shí)時(shí)的控制和數(shù)據(jù)接收程序，因此在實(shí)現(xiàn)時(shí)需采用多線程技術(shù)，數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、存儲(chǔ)由運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的后臺(tái)輔助線程完成，主用戶界面線程完成用戶交互和數(shù)據(jù)顯示的工作。
錄取控制軟件的運(yùn)行流程如下 如圖10所示用戶可通過(guò)專門的設(shè)置界面設(shè)置需錄取的數(shù)據(jù)幀格式和通信速率，在用戶點(diǎn)擊連接“建立連接”菜單項(xiàng)后，軟件打開(kāi)與數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的通信端口，串口初始化并發(fā)送開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令，如果授時(shí)儀無(wú)應(yīng)答則連接失敗，有應(yīng)答，則連接建立，提示用戶錄取準(zhǔn)備就緒；若GPS沒(méi)有定位，則禁止啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄取，否則允許啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄取；在數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀應(yīng)答GPS定位后，用戶可點(diǎn)擊相應(yīng)菜單項(xiàng)發(fā)送數(shù)據(jù)錄取命令，啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄取，在接收到數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的錄取應(yīng)答命令后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，將接收的數(shù)據(jù)和GPS時(shí)標(biāo)信息實(shí)時(shí)顯示；當(dāng)用戶點(diǎn)擊停止錄取菜單項(xiàng)時(shí)，軟件向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送停止錄取命令，并存儲(chǔ)錄取的數(shù)據(jù)和時(shí)標(biāo)，串口關(guān)閉。
該種高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀使用說(shuō)明 使用前，在用戶自行準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)上安裝錄取控制軟件，該軟件也可由用戶自行根據(jù)通信協(xié)議和特定的需求編寫，設(shè)定串口通信速率為38400bps。
使用時(shí)，首先將GPS天線(1)架設(shè)在開(kāi)闊處，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀com2的設(shè)備接口(11)通過(guò)通信電纜與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)連接起來(lái)，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀com0的計(jì)算機(jī)接口(10)與被錄取設(shè)備連接起來(lái)，然后連接GPS天線(1)和電源，最后確認(rèn)無(wú)誤，方可加電。
加電后，用戶操作錄取控制軟件向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送狀態(tài)查詢和錄取數(shù)據(jù)格式命令，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀在GPS授時(shí)板成功跟蹤衛(wèi)星提供正確的時(shí)間信號(hào)后，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)應(yīng)答錄取準(zhǔn)備就緒；錄取開(kāi)始后，用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)發(fā)送數(shù)據(jù)錄取命令，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀接收命令，開(kāi)始對(duì)被錄取設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)錄取，同時(shí)利用錄取的間隙向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)上報(bào)帶時(shí)標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解幀、顯示并存儲(chǔ)；錄取任務(wù)結(jié)束后，用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)(5)發(fā)送錄取停止命令，終止數(shù)據(jù)的錄取。
在首次使用或長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀需要預(yù)加電15～20分鐘，GPS方可定位，然后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)錄取。
數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀(16)的使用并非僅限于上述模式，用戶可以發(fā)揮創(chuàng)造性，在任何符合使用條件，需要進(jìn)行高精度數(shù)據(jù)錄取情況下，應(yīng)用該儀器。
權(quán)利要求
1.一種高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其特征在于由GPS授時(shí)板通過(guò)GPS天線接收GPS衛(wèi)星信息并進(jìn)行解算，得到符合GPS授時(shí)板精度的秒脈沖信息和絕對(duì)時(shí)間信息，傳遞給錄取控制板；錄取控制板通過(guò)通信電纜分別連接被錄取設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)；
所述的錄取控制板，用于接收秒脈沖信息和絕對(duì)時(shí)間信息，并校正控制板的內(nèi)部時(shí)鐘，保持控制板與絕對(duì)時(shí)的嚴(yán)格同步；
所述的錄取控制板，遵循通信協(xié)議接收用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)反饋GPS接收機(jī)狀態(tài)和GPS時(shí)間、位置信息，并設(shè)置與被錄取設(shè)備的通信速率、數(shù)據(jù)幀格式，建立與被錄取設(shè)備的通信；當(dāng)被錄取設(shè)備有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)進(jìn)行接收，將接收的數(shù)據(jù)和接收時(shí)刻的絕對(duì)時(shí)標(biāo)打包，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，從而完成數(shù)據(jù)錄取授時(shí)的過(guò)程；
所述的數(shù)據(jù)錄取授時(shí)的方法，其步驟如下
1)、高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀采用GPS授時(shí)板提供的秒脈沖PPS信號(hào)校時(shí)，對(duì)于普通的GPS，OEM板，秒脈沖PPS前沿與絕對(duì)時(shí)的精度誤差不超過(guò)200納秒；
2)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄取記錄的時(shí)標(biāo)所表示的時(shí)刻與被錄取設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)出時(shí)刻的時(shí)間誤差在±1×10-4秒以內(nèi)；
3)、由數(shù)據(jù)錄取板上高精度晶振構(gòu)成的振蕩器經(jīng)過(guò)分頻能產(chǎn)生滿足時(shí)間分辨率高于1×10-6要求的時(shí)鐘信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)器為其計(jì)數(shù)；它每隔1秒被GPS授時(shí)板的秒脈沖PPS信號(hào)前沿同步一次，計(jì)數(shù)器清零；
4)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)到來(lái)時(shí)，記下晶振計(jì)數(shù)器的值，將上1秒GPS授時(shí)儀器傳來(lái)的時(shí)間信息加1，再加上記錄的計(jì)數(shù)器值除以晶振頻率的商，最后減去1個(gè)字節(jié)的串口傳輸延時(shí)，就得到了該試驗(yàn)數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)確時(shí)標(biāo)；
5)、GPS秒脈沖抗干擾措施，基于GPS的時(shí)間同步是靠每秒鐘起始時(shí)刻發(fā)出的同步秒脈沖PPS來(lái)保證，而GPS的秒脈沖信號(hào)只是用一根信號(hào)線來(lái)傳送，由于GPS的秒脈沖信號(hào)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作為中斷源使用，在兩次PPS信號(hào)之間受到干擾影響的可能性很大，因此需正確識(shí)別秒脈沖信號(hào)以確保時(shí)間同步，為防止CPU的錯(cuò)誤動(dòng)作，根據(jù)秒脈沖總是位于前后2秒交界處的特點(diǎn)，采用秒脈沖軟件抗干擾措施；
鑒別方法是將系統(tǒng)晶振的誤差、相應(yīng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間、PPS誤差值等時(shí)間誤差總和設(shè)為W，并設(shè)定一定容限，對(duì)于10-4秒的精度要求，可將W設(shè)為1×10-5秒，采用晶振計(jì)數(shù)器定時(shí)識(shí)別；當(dāng)進(jìn)入秒脈沖中斷處理程序時(shí)，判斷晶振計(jì)數(shù)器的值是否落在1±W秒內(nèi)，如果是則校正本地時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器清零，如果不是，則認(rèn)為是干擾脈沖，繼續(xù)計(jì)數(shù)；
6)、GPS秒脈沖失效處理，錄取控制板檢測(cè)到GPS授時(shí)板在復(fù)雜電磁環(huán)境的數(shù)據(jù)錄取中，偶爾會(huì)存在與GPS衛(wèi)星不同步或衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)由于某種原因而消失的GPS信號(hào)失效時(shí)，本地晶振時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，可保持?jǐn)?shù)分鐘滿足系統(tǒng)精度要求的試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取，當(dāng)重新捕獲到GPS衛(wèi)星信號(hào)后，可重新建立同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其特征在于其通信協(xié)議指數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議，包括
1)開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令
B0標(biāo)志字F1
B1錄取幀標(biāo)志位長(zhǎng)度n表明被錄取設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀幀頭的長(zhǎng)度，為讀取幀頭的內(nèi)容作準(zhǔn)備；
B2-B1+n錄取幀標(biāo)志字內(nèi)容依據(jù)標(biāo)志字長(zhǎng)度讀取相應(yīng)長(zhǎng)度的字節(jié)，作為錄取數(shù)據(jù)幀的幀頭；
B2+n錄取幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度錄取幀的除標(biāo)志字和校驗(yàn)和以外實(shí)際數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；
B3+n錄取幀校驗(yàn)和位數(shù)原碼表示校驗(yàn)和位數(shù)
B4+n-B5+n錄取的速率取值范圍從1200-38400bit/s，原碼表示，先發(fā)低字節(jié)再發(fā)高字節(jié)；
B6+n校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)；
該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，詢問(wèn)是否開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備情況，并告知需錄取的數(shù)據(jù)幀格式；其中錄取幀標(biāo)志字內(nèi)容字段中的字節(jié)8位均有效；
2)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀開(kāi)機(jī)應(yīng)答命令
B0標(biāo)志字E1，
B1 GPS狀態(tài)標(biāo)志，0表示GPS正在定位中還無(wú)法進(jìn)行錄取和授時(shí)，該幀隨后的GPS的數(shù)據(jù)無(wú)效全為0；1表示GPS定位成功可以進(jìn)行錄取和授時(shí)，該幀隨后的GPS的數(shù)據(jù)有效；
B2設(shè)備所處半球指示，高3位指示東西半球，0表示西半球，1表示東半球；低4位指示南北半球，0表示南半球，1表示北半球；
B3-B8經(jīng)度，設(shè)備所在位置的經(jīng)度共6個(gè)字節(jié)，表示形式為度(2b)、分(1b)、秒(3b)，秒精確到小數(shù)點(diǎn)第4位，其中第1字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)右邊的數(shù)值，第2、3字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)左邊的數(shù)值；
B9-B13緯度，設(shè)備所在位置的緯度共5字節(jié)，表示形式為度(1b)、分(1b)、秒(3b)，秒的表示與經(jīng)度一致；
B14年B15月B16日B17時(shí)B18分B19秒，均用1個(gè)字節(jié)表示，其中“年”只給出后2位的值，如2004年，則內(nèi)容是04；
B20校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)；
該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，應(yīng)答用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的開(kāi)機(jī)詢問(wèn)，同時(shí)上報(bào)GPS狀態(tài)；
3)數(shù)據(jù)錄取命令
B0標(biāo)志字F2
B1附帶時(shí)標(biāo)標(biāo)志，0表示僅錄取數(shù)據(jù)不需要附帶時(shí)標(biāo)；1表示錄取數(shù)據(jù)并附帶時(shí)標(biāo)；
B2校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)；
該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，指示數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀開(kāi)始錄取裝備數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)錄取授時(shí)機(jī)在接收到該命令后，初始化與設(shè)備的接口，開(kāi)始錄取數(shù)據(jù)；
4)錄取應(yīng)答命令
B0標(biāo)志字E2；
B1錄取狀態(tài)標(biāo)志，0下位機(jī)故障無(wú)法進(jìn)行錄??；1表示已進(jìn)入錄取狀態(tài)；
B2校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)；
該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，是對(duì)數(shù)據(jù)錄取命令的應(yīng)答，表示數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀已經(jīng)打開(kāi)錄取數(shù)據(jù)接口，進(jìn)入錄取狀態(tài)。用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)在接收到該命令后，可以開(kāi)始接收上報(bào)的錄取數(shù)據(jù)；
5)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)機(jī)上報(bào)的錄取數(shù)據(jù)
B0-Bn-1錄取幀標(biāo)志字，從開(kāi)機(jī)詢問(wèn)命令獲得的錄取幀標(biāo)志字；
Bn-Bn+x錄取的內(nèi)容，從設(shè)備接收的幀除錄取幀標(biāo)志字外的所有數(shù)據(jù)；
Bn+x+1-Bn+x+5時(shí)標(biāo)，結(jié)構(gòu)為時(shí)(1b)、分(1b)、秒(3b)，秒精確到小數(shù)點(diǎn)第4位，其中第1字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)右邊的數(shù)值，第2、3字節(jié)表示小數(shù)點(diǎn)左邊的數(shù)值。不要求時(shí)標(biāo)時(shí)，該字段的值全為0；
Bn+x+6校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)；
該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，上報(bào)從設(shè)備錄取的附帶時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)；
6)錄取停止命令，
B0標(biāo)志字F4；
B1保留字節(jié)0，無(wú)實(shí)際意義，內(nèi)容為0，預(yù)留備用；
B2校驗(yàn)和，除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)；
該幀由用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送，命令停止數(shù)據(jù)的錄??；
7)停止應(yīng)答命令
B0標(biāo)志字E4；
B1保留字節(jié)0無(wú)實(shí)際意義，內(nèi)容為0，預(yù)留備用。
B2校驗(yàn)和除標(biāo)志字外所有字節(jié)逐一相加，溢出不計(jì)；
該幀由數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送，表明授時(shí)機(jī)已關(guān)閉接口，停止數(shù)據(jù)的錄取。
3.一種如權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其特征在于系統(tǒng)硬件包括GPS天線、GPS授時(shí)板、錄取控制板、封裝盒、供電電池、整流電源和通信電纜；GPS天線通過(guò)GPS授時(shí)板提供的PPS信號(hào)連接錄取控制板；錄取控制板通過(guò)接口由通信電纜分別連接被錄取設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)，其供電由供電電池或整流電源供給。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其特征在于錄取控制板的邏輯結(jié)構(gòu)包括一個(gè)以上的錄取控制板RS232接口、電平轉(zhuǎn)換單元、本地時(shí)鐘源、直流穩(wěn)壓電路、中心處理器和調(diào)試接口電路；
所述的錄取控制板RS232接口電路連接被錄取設(shè)備、用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)及封裝的GPS授時(shí)板；
所述的電平轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換秒脈沖為內(nèi)部總線電壓并觸發(fā)中央處理器中斷來(lái)校準(zhǔn)錄取控制板的本地時(shí)鐘；
所述的本地時(shí)鐘源為高精度晶振電路，該電路在為中心處理器提供主頻的同時(shí)，也和中心處理器的計(jì)數(shù)器一起構(gòu)成了錄取控制板的本地時(shí)鐘；
所述的直流穩(wěn)壓電路為錄取控制板和GPS授時(shí)板提供直流穩(wěn)壓源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3、4所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其特征在于錄取控制板的電路具有
GPS授時(shí)板通過(guò)GPS天線提供的PPS信號(hào)，通過(guò)IC6緩沖驅(qū)動(dòng)器74HC244的電平轉(zhuǎn)換電路后，接入IC2中心處理器MB90F591A的INT0口產(chǎn)生中斷；轉(zhuǎn)換PPS信號(hào)為內(nèi)部總線電平并輸出，同時(shí)連接芯片通信信號(hào)和電源以及LED指示燈，當(dāng)錄取控制板通電時(shí)，LED燈點(diǎn)亮，有數(shù)據(jù)通信時(shí)，LED燈閃爍；
串口時(shí)間信息通過(guò)PPS接口連接到錄取控制板的IC2中心處理器MB90F591A的1PPS端，中心處理器MB90F591A外接4M晶振、內(nèi)部機(jī)器頻率16MHz、最小指令執(zhí)行時(shí)間62.5ns；
IC2中央處理器MB90F591A的com0收、發(fā)端口分別為SIN0和SOUT0，在接口J8和IC2之間通過(guò)IC3串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com0口的通信功能；J8是com0的接口，連接被錄取設(shè)備測(cè)試口，引腳2，3分別為com0收、發(fā)引腳，腳5接地，其中com0也可為燒寫程序接口；
IC2中央處理器MB90F591A的com1收、發(fā)端口分別為SIN1和SOUT1，在接口J4和IC2之間通過(guò)IC4串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com1口的通信功能；J4是com1的接口，連接GPS授時(shí)板；引腳2、5分別為com1收、發(fā)引腳，引腳3接入GPS授時(shí)板的PPS信號(hào)，引腳4接地；
IC2中央處理器MB90F591A的com2收、發(fā)端口分別為SIN2和SOUT2，在J5和IC2之間通過(guò)IC5串行接口芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)，完成com2口的通信功能；J5是com2的接口，連接用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)；引腳2，3分別為com2收、發(fā)引腳，引腳5接地，通信電纜為三線制串行通信線纜；
GPS授時(shí)板的PPS信號(hào)通過(guò)IC6芯片74HC244進(jìn)行總線信號(hào)驅(qū)動(dòng)并輸入IC2中央處理器的INT0端口，產(chǎn)生中斷信號(hào)；
IC2的芯片RST端由電容C12和電阻R14組成典型的上電復(fù)位電路，當(dāng)電路板加電時(shí)，給芯片復(fù)位信號(hào)；
IC2的芯片端85、86端接的是接地電阻R14和R15，85、86端為普通IO口，保持長(zhǎng)低電平，是單片機(jī)軟件需要這兩個(gè)端口保持輸入為“0”；
IC2的芯片端1，連接com2的用戶接收數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的RTS請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)；
電源由市電通過(guò)整流提供直流輸出與12V直流電池供電，通過(guò)二極管D1、D2整流穩(wěn)壓，IC1直流電壓轉(zhuǎn)換模塊PKF2111PI將外部12V直流輸入轉(zhuǎn)換為2路5V直流輸出，通過(guò)接口J2、J3分別給錄取控制板和GPS授時(shí)板供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，其特征在于主機(jī)盒采用鋁合金壓制盒，安裝散熱片，內(nèi)裝錄取控制板和GPS授時(shí)板；
主機(jī)盒的前面板上設(shè)置有開(kāi)關(guān)(8)KNX303，標(biāo)識(shí)工作/下載；指示燈(9)直徑3mm雙色，帶燈座，標(biāo)識(shí)指示燈；計(jì)算機(jī)接口(10)DB9ZJ，標(biāo)識(shí)計(jì)算機(jī)；設(shè)備接口(11)DB9ZJ，標(biāo)識(shí)設(shè)備接口；后面板上設(shè)置有電源口(12)Y4M4，標(biāo)識(shí)電源；GPS數(shù)據(jù)輸出口(14)DB9ZJ，標(biāo)識(shí)GPS；天線接入口(13)TNC-KF3，標(biāo)識(shí)天線；1PPS輸出口(15)BNC-KF3，標(biāo)識(shí)1PPS。
7.一種實(shí)施如權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的系統(tǒng)軟件其特征在于其包括數(shù)據(jù)錄取軟件和錄取控制軟件
1)、數(shù)據(jù)錄取軟件為嵌入式主控軟件，運(yùn)行于錄取控制板中心處理器，完成數(shù)據(jù)錄取和授時(shí)；它通過(guò)通信協(xié)議受用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的控制，完成規(guī)定的功能；包括主控模塊、PPS中斷模塊、錄取數(shù)據(jù)中斷模塊；
主控模塊控制錄取控制板，進(jìn)行計(jì)數(shù)器、串行通信等初始化工作，接收GPS授時(shí)板時(shí)間信息，接收用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)命令，將錄取的設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)于時(shí)標(biāo)打包形成數(shù)據(jù)幀上傳至用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)；
PPS中斷模塊完成中心處理器計(jì)數(shù)器清零工作；
數(shù)據(jù)錄取中斷模塊為被錄取設(shè)備通信中斷服務(wù)程序，同時(shí)完成記錄錄取時(shí)刻的工作；
數(shù)據(jù)錄取軟件流程如下
錄取控制板加電啟動(dòng)程序，首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置GPS授時(shí)板參數(shù)、啟動(dòng)本地晶振時(shí)鐘，打開(kāi)與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)通信接口工作，初始化完成后，進(jìn)入等待接收命令狀態(tài)，如果收到開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令，則記錄需錄取的數(shù)據(jù)幀格式，詢問(wèn)GPS授時(shí)板是否定位，并向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)應(yīng)答開(kāi)機(jī)詢問(wèn)；如果收到數(shù)據(jù)錄取命令，則打開(kāi)數(shù)據(jù)錄取端口，開(kāi)始數(shù)據(jù)錄取，并打時(shí)標(biāo)，同時(shí)向數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送錄取應(yīng)答命令；在錄取到數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)和時(shí)標(biāo)進(jìn)行上報(bào)；在數(shù)據(jù)錄取期間，如果收到用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)的錄取停止命令，馬上關(guān)閉錄取端口，停止數(shù)據(jù)錄取，同時(shí)發(fā)送停止應(yīng)答命令；
2)、錄取控制軟件采用VC開(kāi)發(fā)，運(yùn)行與用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)，控制數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄取并實(shí)時(shí)接收帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)后的數(shù)據(jù)由用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行處理；
錄取控制軟件依據(jù)用戶界面事件如鼠標(biāo)或鍵盤事件產(chǎn)生消息，驅(qū)動(dòng)各模塊執(zhí)行相應(yīng)的操作；由于軟件是一個(gè)實(shí)時(shí)的控制和數(shù)據(jù)接收程序，因此在實(shí)現(xiàn)時(shí)需采用多線程技術(shù)，數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、存儲(chǔ)由運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的后臺(tái)輔助線程完成，主用戶界面線程完成用戶交互和數(shù)據(jù)顯示的工作；
錄取控制軟件流程如下
用戶可通過(guò)專門的設(shè)置界面設(shè)置需錄取的數(shù)據(jù)幀格式和通信速率，在用戶點(diǎn)擊連接“建立連接”菜單項(xiàng)后，軟件打開(kāi)與數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的通信端口，串口初始化并發(fā)送開(kāi)機(jī)和錄取準(zhǔn)備詢問(wèn)命令，如果授時(shí)儀無(wú)應(yīng)答則連接失敗，有應(yīng)答，則連接建立，提示用戶錄取準(zhǔn)備就緒；若GPS沒(méi)有定位，則禁止啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄取，否則允許啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄??；在數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀應(yīng)答GPS定位后，用戶可點(diǎn)擊相應(yīng)菜單項(xiàng)發(fā)送數(shù)據(jù)錄取命令，啟動(dòng)數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄取，在接收到數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀的錄取應(yīng)答命令后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，將接收的數(shù)據(jù)和GPS時(shí)標(biāo)信息實(shí)時(shí)顯示；
當(dāng)用戶點(diǎn)擊停止錄取菜單項(xiàng)時(shí)，軟件向數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀發(fā)送停止錄取命令，并存儲(chǔ)錄取的數(shù)據(jù)和時(shí)標(biāo)，串口關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種高精度數(shù)據(jù)錄取授時(shí)儀，由GPS授時(shí)板通過(guò)天線接收到精度的秒脈沖信息和絕對(duì)時(shí)間信息，傳遞給錄取控制板并校正控制板的內(nèi)部時(shí)鐘，保持控制板與絕對(duì)時(shí)的嚴(yán)格同步；錄取控制板通過(guò)通信電纜分別連接被錄取設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)，遵循通信協(xié)議接收用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令，向用戶數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)反饋GPS接收機(jī)狀態(tài)和GPS時(shí)間、位置信息，并設(shè)置與被錄取設(shè)備的通信速率、數(shù)據(jù)幀格式，建立與被錄取設(shè)備的通信；該授時(shí)儀器使用攜帶方便，在任何有GPS衛(wèi)星信號(hào)的地域均能工作，用于對(duì)時(shí)統(tǒng)精度要求為1×10-4秒提供異步串行測(cè)試接口，且通信速率為38400bps測(cè)試幀長(zhǎng)度固定的真值設(shè)備或被測(cè)設(shè)備輸出數(shù)據(jù)的錄取。
文檔編號(hào)H03L7/00GK101202545SQ20071018053
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者朱逸武, 波 謝, 黨林閣, 譚克松, 瑩 滿 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍63891部隊(duì)