[发明专利]一种计算机高精度授时装置

说明书

本发明涉及涉及一种计算机高精度授时装置，由计算机RS‑232串口（U101）、接口电路（U102）和GPS/北斗接收机（U103）组成。其中，接口电路（U102）分别与计算机RS‑232（U101）、GPS/北斗接收机（U103）相连。DC‑DC转换模块（U203）和电平转换芯片（U201）、D触发器（U202）、光电隔离芯片（U204）相连；D触发器（U202）和电平转换芯片（U201），D触发器（U202）和光电隔离芯片（U204）相连。本发明接口电路设置有光电隔离功能，结构简单、防雷防浪涌性能好等优点，提高授时精度。

技术领域

本发明涉及一种计算机高精度授时技术领域，特别是涉及一种计算机高精度授时装置。

背景技术

时间，是物质存在和运动的基本特征之一，是国际单位制七个基本物理量其中之一，是目前测量精度最高的一个基本物理量；精确时间更是推动高新技术发展的铺路石，是人类各项活动顺利开展的重要保证。

在人类进入信息社会后，物联网的层次推进应用，越来越多的设备分布在各个重要节点，然后又在中心汇聚，为行业的大数据服务提供数据依据，原本看起来很难收集和使用的数据现在很容易地用来发挥巨大作用，这些来自分布式设备的大数据正逐步为人类创造更多的价值。在整个系统中，必须保障全局时间的严格同步，如果系统中的各分布式设备不具备统一的时钟基准，那么得到的测量结果由于时钟差异将无法反映出真实情况，由于各数据无法反应在哪个时刻获取，它们之间就没有确定的关联性，最终这些数据也就无法发挥出应有的效果。例如，精确的时间同步对于涉及国家经济社会安全的诸多关键基础设施至关重要，如通信系统、电力系统、金融系统等（移动通信需要精密的时间同步以确保基站的同步运行、电力网需要精密的时间同步以有效传输和分配电力、金融系统需要精密的时间同步以保障经济的正常运行），高精度的时间服务系统已经成为衡量一个国家科技水平的最核心技术指标。

GPS/北斗接收机通过解码卫星信号输出的NMEA-0813协议报文（包含UTC时间、位置等数据）及同步时标1PPS（1 Pulse Per Second）信号，PPS信号是占空比为10％左右周期为1秒的矩形波，报文是在接收机输出高电平PPS信号（时长约100ms）后输出的。采用GPS/北斗接收机作为应用系统的授时技术路线已是本领域常用的技术手段，由于嵌入式微处理器（如单片机、ARM、DSP、FPGA等）具有实时性高、中断资源使用方便、接口电平匹配等特点，基于嵌入式微处理器结合GPS/北斗接收机的应用系统具体方案是：嵌入式微处理器的串口直接和GPS/北斗接收机串口相连，通过解码GPS/BD接收机输出的协议报文获得时间信息，从而实现时间同步，在一些时间精度要求高的应用场合，还会结合PPS时标信号（该信号精度可达到纳秒级）来提高时间同步精度。如专利ZL01134726.0提供了一种GPS卫星授时遥测地震仪，实现同步数据测量、记录，同步定时起爆等；ZL200710180533.2公开了一种高精度数据录取授时仪，将GPS的秒脉冲信息和绝对时间信息传递给录取控制板并校正控制板的内部时钟，以满足精度要求不高于为1×10^-4秒的应用场合，提供异步串行测试接口且通信速率不高于38400bps、测试帧长度固定的真值设备或被测设备输出数据的录取；专利ZL200710176937.4提供了一种基于全球定位系统接收机的芯片级授时与同步方法及其设备，以满足低成本的要求，其一个实施例可在使用普通温度补偿晶振（0.5PPM）的情况下，实现200ns级别的授时精度和50ns级别的同步精度；ZL200810060615.8提供了一种基于GPS技术对电表授时的装置，为保证授时的精度，利用固定的补偿值补偿MCU和电表通信时间所产生的延时，具体是采用PPS信号触发中断，把内部的当前时间信息全部存储起来，当把GPS发送的报文信息全部解码出来后再把解码得到的时间信息加上触发后到解码完成所用的时间即可保证MCU内部的时钟与GPS时钟保持比较高度的一致（误差在1us以内）；CN105281859A公开了一种精确授时方法，在不需增加其他辅助设备前提下，在每分钟零秒时刻实现RTC时钟和GPS UTC时钟同步，达到较精确的授时效果。