一种基于STM32的IRIG-B码无线对时装置的制作方法

一种基于stm32的irig-b码无线对时装置技术领域1.本实用新型涉及一种基于stm32的irig-b码无线对时装置，属于自动化装置对时技术领域。背景技术：2.irig-b是一种新型对时标准，最近几年中，国内各大电网公司将irig-b(dc)作为自动化设备的标准对时接口，广泛应用在在电厂、变电站等需要自动化装置时间统一的场所。irig-b码是脉宽调制信号，其基本码元由5ms、2ms和8ms的时间宽度来表示同步信号和电平1、0，仅通过硬接线传输。3.传统自动化装置出厂前要进行对时功能的测试，调试大厅围绕gps时钟柜进行装修布置，以时钟柜为中心在墙面布线，将时间信号分别引致墙上嵌入的对时端口上，调试人员需要拖动十几米长的线缆一端接入墙上端口，另一端接入装置对时端子，整个过程中寻线、对接都比较麻烦。技术实现要素：4.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于stm32的irig-b码无线对时装置，通过硬件组合及软件编程，解决了irig-b码信号的采集、转码、无线传输、还原、电平匹配，实现精准、成功率高的无线对时。5.为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：6.本实用新型提供了一种基于stm32的irig-b码无线对时装置，包括安装于时钟柜内的采集端，所述采集端的单片机串口连接时钟柜irig-b码输出端口，将irig-b时钟信号转码后以无线发送给对时端，所述对时端连接对时装置，将采集端传来的信号还原为带时间信息的irig-b码输出到对时装置。7.进一步的，所述采集端的电路包括时钟输入端子、max485芯片电路、stm32f103c8t6芯片电路和无线模块usr-wifi232-b2，其中：8.所述时钟输入端子并接匹配电阻后反接到max485芯片电路引脚a、b；9.所述max485芯片电路：di引脚连接到stm32f103c8t6芯片电路的pb10引脚，ro引脚连接到stm32f103c8t6芯片电路的pb11引脚，re引脚连接到stm32f103c8t6芯片电路的pb1引脚，de引脚连接到stm32f103c8t6芯片电路的pb0引脚；10.所述stm32f103c8t6芯片电路：pb14引脚连接发光二极管d1，pb15引脚连接发光二极管d2，pa9引脚连接到无线模块usr-wifi232-b2的uart_rxd引脚，pa10连接到usr-wifi232-b2的uart_txd引脚。11.进一步的，所述时钟柜irig-b码输出端口的正、负极通过引出线反接进max485芯片电路的a、b端口，所述max485芯片电路将反接irig-b码信号转换为单片机识别的ttl电平信号后，通过pb11引脚传输给stm32f103c8t6芯片电路，同时pb14引脚控制发光二极管d1闪烁作为b码接受状态指示灯，所述stm32f103c8t6芯片电路经过处理后将时间信息通过pa9引脚发送给无线模块usr-wifi232-b2，然后以无线的方式发送给对时端，所述stm32f103c8t6芯片电路的pb15引脚控制发光二极管d2闪烁作为无线信号发射状态指示灯。12.进一步的，所述对时端的电路包括无线模块atk-esp8266、stm32f103c8t6芯片电路和电平匹配模块jz_rs485t，其中：13.所述无线模块atk-esp8266：uart_txd连接到stm32f103c8t6 pa11引脚，uart_rxd引脚连接到stm32f103c8t6的pa12引脚；14.所述stm32f103c8t6芯片电路：pb10引脚连接到jz_rs485t的txd引脚，pb11引脚连接到jz_rs485t的rxd引脚，pb14引脚连接到发光二极管d1，pb15引脚连接到发光二极管d2，pb12引脚通过限流电阻r1连接到按键开关sw1，按键开关sw1另一端接地，所述按键开关sw1为无源自产带整点时间信息irig-b码功能的启动按键；15.所述电平匹配模块jz_rs485t的引出端a、b通过引接线反接到对时装置。16.进一步的，所述无线模块atk-esp8266设置为上电后自动找网，其接收到一帧时间信息后，通过pa11引脚传输给stm32f103c8t6芯片电路进行处理并通过pb10引脚输出ttl电平给电平匹配模块jz_rs485t，所述电平匹配模块jz_rs485t将ttl电平转为irig-b码电平反接输出给对时装置实现信号还原。17.进一步的，所述irig-b一帧波形包括100个码元，持续均为1000ms，所述码元包括：位置码元“p”、逻辑“0”和逻辑“1”，其中码元“p“脉宽为8ms，码元“1”脉宽为5ms，码元“0”脉宽为2ms，所述采集端的接入串口、对时端的输出串口均设置为与irig-b码结构匹配的1000bps特殊波特率。18.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：19.1、本发明创新性地实现了irig-b码的无线传输。省去线缆布置，节约经济成本，提高出厂调试效率。装置的数据传输、接收在单片机与无线芯片中进行，具有自动组帧、自动找网功能，设置有采集态、输出态指示灯，直观体现装置工作状态。上电后即可快捷对时，无需任何设置，方便可靠。20.2、模块配置简单，成本低。通过软件设计高效率对信号进行处理，提出了单片机对脉宽调制信号进行采样的新思路。21.3、可自产irig-b码。在天气不佳等原因gps时钟柜接受不到卫星信号时，传统方法的对时测试工作需停止。本装置对时端支持无源自产整点时间信息的irig-b码，依然能进行出厂装置的对时测试。在某些新建电厂，其时钟柜还没有安装/运行，工程人员可以通过本装置“对时端”进行自动化设备时统功能的测试。附图说明22.图1是本实用新型实施例提供的原理框架图；23.图2是本实用新型实施例提供的irig-b码“采集端”电路图；24.图3是本实用新型实施例提供的irig-b码“对时端”电路图；25.图4是本实用新型实施例提供的解码、传输、还原过程图；26.图5是本实用新型实施例提供的irig-b转码与十六进制数据图。具体实施方式27.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。28.实施例：29.本实施例公开了一种基于stm32的irig-b码无线对时装置，其中时钟柜irig-b码输出端口反接进入“采集端”，“采集端”单片机串口与时钟柜irig-b码输出端口之间以相同的速率交换数据，无需程序解析就能快速完成irig-b码的转码。“对时端”转发无线模块收到的数据，省去了中间编码环节，提高了还原irig-b码波形的准确性。装置上电后自动找网，接收到完整时间信息后触发中断自动进入输出态，使用方便。其上有状态指示灯，直观体现irig-b码的输入及输出状态。在天气不佳等原因gps时钟柜接受不到卫星信号时，传统方法的对时测试工作需停止。本装置对时端支持无源自产整点时间信息的irig-b码，依然能进行出厂装置的对时测试。本装置通过硬件组合及软件编程，解决了irig-b码信号的采集、转码、无线传输、还原、电平匹配，实现精准、成功率高的无线对时。30.图1给出了无线对时系统的整体架构。硬件分为采集端、对时端两部分，采集端安装在时钟柜内，引入irig-b时钟信号，将其转码后以无线的方法发送给对时端，对时端再将信号还原为带精准时间信息的irig-b码，输出到对时装置。31.图2给出了b码采集端电路图。采集端电路由max485芯片电路、stm32f103c8t6芯片电路、无线模块usr-wifi232-b2等连接而成。时钟输入端子con1并接匹配电阻r后反接到max485引脚a、b，max485的di引脚连接到stm32f103c8t6芯片的pb10引脚、ro管脚连接到stm32f103c8t6芯片的pb11引脚、re引脚连接到stm32f103c8t6芯片的pb1引脚、de引脚连接到stm32f103c8t6芯片的pb0引脚，stm32f103c8t6芯片的pb14引脚连接发光二极管d1、pb15引脚连接发光二极管d2、pa9引脚连接到无线模块usr-wifi232-b2的uart_rxd管脚、pa10引脚连接到usr-wifi232-b2的uart_txd引脚。gps时钟柜内irig-b码端口的正、负极通过引出线反接进max485芯片的a、b端口，max485芯片将反接irig-b码信号转换为单片机可以识别的ttl电平信号，通过pb11引脚传输给stm32f103c8t6，同时pb14引脚控制发光二极管闪烁，作为b码接受状态指示灯。stm32f103c8t6经过处理后将时间信息通过pa9引脚发送给无线模块usr-wifi232-b2，然后以无线的方式发送给对时端，stm32f103c8t6的pb15引脚控制发光二极管闪烁，作为无线信号发射状态指示灯。32.图3给出了irig-b码便携式对时端电路图。对时端电路由无线模块atk-esp8266、stm32f103c8t6芯片电路、电平匹配模块jz_rs485t等相互连接组成。无线模块atk-esp8266的uart_txd连接到stm32f103c8t6 pa11引脚、uart_rxd引脚连接到stm32f103c8t6的pa12引脚，stm32f103c8t6的pb10引脚连接到jz_rs485t的txd引脚、pb11引脚连接到jz_rs485t的rxd引脚、pb14引脚连接到发光二极管d1、pb15引脚连接到发光二极管d2、pb12引脚通过限流电阻r1连接到按键开关sw1，sw1另一端接地，jz_rs485t引出端a、b通过引接线反接到对时装置。atk-esp8266设置为上电后自动找网，接收到一帧时间信息后，通过pa11引脚传输给stm32f103c8t6进行处理并通过pb10引脚输出ttl电平匹配模块jz_rs485t，jz_rs485t将ttl电平转为irig-b码电平，实现信号还原。irig-b码输出过程中stm32f103c8t6通过pb14引脚控制发光二极管闪烁，表示处于输出态。stm32f103c8t6通过pb12引脚连接按钮sw1，当检测到按钮sw1按下后，便启动自产b码程序，实现无源自产整点时间信息的irig-b码的输出，用于在天气不佳等原因下gps时钟柜接受不到卫星信号时的对时测试。33.图4、图5给出了转码还原示意图。irig-b一帧波形由100个码元组成，持续1000ms，有三种码元：位置码元“p”，逻辑“0”，逻辑“1”。三种码元波形不同，但持续时间相同，都是10ms，码元之间的区别体现在脉宽差异，码元“p“脉宽为8ms，码元“1”脉宽为5ms，码元“0”脉宽为2ms。将irig-b码信号反接进采集端，可以制造出满足单片机异步串口传输要求的数据起始位逻辑低电平(低电平，表示数据同步)、总线空闲及停止位逻辑高电平(高电平，表示数据帧结束)，stm32单片机可以识别到irig-b码的开始、结束以及包含的信息，不需要程序的解析便可将码元巧妙地转换成16进制数，然后以1000bps的特殊波特率发送出去。对时端stm32单片机接收到irig-b码元后以同样的速率透明地将其转发送给电平转换芯片jz_rs485t，jz_rs485t芯片反接输出完整的具有100个码元的标准irig-b码时间信号，实现了irig-b码的还原。34.本实施例利用了无线对时的方式，调试大厅仅需安置一台可以发出irig-b码的gps时钟柜，以采集端为中心，实现了大空间内irig-b码信号一对多的无线传输。其线缆安置装修环节、后续维护成本可以省去。无线对时方式使用方便，上电即用，提高了自动化装置厂商调试工作的效率，节约了时间成本。不同厂家的自动化设备，时统系统只要采用irig-b码，均可用本装置无线对时，具有泛用性。作为一种通过单片机将脉宽调制信号进行采样、无线传输的方案。新建电厂、变电站时钟柜还未启用/线缆未接完，本装置可用于前期调试工作。无线对时装置功率小，带有电平匹配回路，不会损害设备的电路板跟芯片，更加安全、可靠。35.以上方法通过硬件组合及软件编程，解决了irig-b码信号的采集、转码、无线传输、还原、电平匹配，实现精准、成功率高的无线对时。不同厂家的自动化设备，时统系统只要采用irig-b码，均可用本装置进行无线对时，具有泛用性。本无线对时装置功率小，带有专用电平匹配回路，不会损害设备的电路板跟芯片，更加安全、可靠。本装置采用波特率匹配，实现“采集端”单片机串口与时钟柜irig-b码输出端口之间以相同的速率交换数据，无需程序解析就能快速完成irig-b码的转码无线传输。“对时端”的输出同样通过波特率匹配，省去了编码环节，提高了还原irig-b码波形的准确性。在程序层面，利用各中断控制字之间的配合，优化线程处理，实现irig-b码高精度还原。上电后自动找网，接收到完整时间信息后触发中断自动进入输出态，使用方便。其上有状态指示灯，直观体现irig-b码的输入及输出状态。在天气不佳等原因gps时钟柜接受不到卫星信号时，传统方法的对时测试工作需停止。本装置对时端支持无源自产整点时间信息的irig-b码，依然能进行出厂装置的对时测试。36.本文中的缩略词含义如下：37.irig-b：irig是英文interrange instrumentation group的缩写。它是美国靶场司令委员会的下属机构。irig-b码广泛用于自动化装置时钟系统。时间格式里的每个脉冲称为码元。码元的“准时”(ontime)参考点是其脉冲前沿，码元的重复速率称为码元速率。b码一帧时间为一秒，码元速率为100pps，每个码元10ms。按是否经过调制分为dc、ac两种形式，自动化装置的时统系统以dc为主，本发明所有irig-b均指dc形式。38.stm32f103c8t6：指一款基于arm cortex-m内核stm32系列的32位的微控制器。39.usr-wifi232-b2：采集端使用的无线模块。40.atk-esp8266：对时端使用的无线模块。41.max485：ttl与485电平互转模块。42.jz_rs485t：可控电平转换模块，将ttl电平放大至设定好的irig-b码电平。43.tl-wda6332re：无线网络扩展装置。44.sw1：外接小按钮。45.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。