一种光电自适应对时电路及方法与流程

本发明属于电力系统自动化，具体涉及一种适用于变电站二次设备的光电自适应对时电路及方法。

背景技术：

1、时间的精确和统一是变电站自动化系统的最基本要求。现代电力系统中的各种自动化设备，如电子式互感器、合并单元、交换机、保护测控等设备，必须基于统一的时间基准运行，才能满足事件顺序记录(soe)、故障录波、实时数据采集时间一致性的要求，确保线路故障测距、相量和攻角动态监测、机组和电网参数校验的准确性。在发生事故时，才能根据故障录波数据，以及各开关、断路器动作的先后顺序和准确时间，对事故的原因、过程进行准确分析。

2、要做到全电网时钟时间基准的统一，必须有一个能够对全网不同地点、不同变电站的所有二次设备以及装置进行授时的时间同步系统。全球卫星系统(gps和北斗)的出现为实现这些需求提供了可能。基于gps和北斗的对时方式有5种：(1)脉冲对时方式；(2)串口对时方式；(3)irig-b时间编码对时方式；(4)ntp/sntp网络对时方式；(5)1588ptp精密时间方式。

3、脉冲对时和串口对时各有优缺点，前者精度高但是无法直接提供时间信息，而后者对时精度比较低。irig-b码对时是专为时钟串行传输同步而制定的国际标准，采用脉宽编码调制，融合了脉冲对时和串口对时的优点，是一种精度很高(us级)并且又含有绝对的精确时间信息的对时方式。采用irig-b码对时，就不再需要现场总线的通信报文对时，也不再需要gps输出大量脉冲节点信号。

4、公开号为cn 110224702 b的发明专利公开了一种时间码irig-b自适应解码装置及解码方法，提供光电两种接口，且无论输入哪种信号，程序可以自适应识别，提高了设备的兼容性。但该发明专利存在以下缺点：

5、(1)光电两种输入信号的自适应识别是在mcu中通过程序来完成的，需要占用额外的空间、时间和资源，判别速度慢。

6、(2)当两种物理接口同时接入有效信号时，默认采用先接入的信号，即两种输入信号之间无优先级，不能优先采用传输损耗低、抗电磁干扰能力强的光信号。

技术实现思路

1、发明目的：为解决现有光电两种输入信号的自适应识别需要占用额外的空间、时间和资源、判别速度慢的问题，以及为解决两种输入信号之间无优先级，不能优先采用传输损耗低、抗电磁干扰能力强的光信号的问题，本发明公开了一种光电自适应对时电路及方法；通过硬件电路实现光电对时信号的快速识别，无需占用额外的系统资源或耗费额外的计算时间，且在光、电对时信号同时接入的情况下，优先采用传输质量更高、不易受干扰的光对时信号，对时精度更高。

2、技术方案：一种光电自适应对时电路，包括：

3、自适应控制信号产生电路，用于根据有无光对时信号输入产生自适应控制信号；

4、光电自适应选择电路，用于根据自适应控制信号，选择信号源；

5、输出选择电路，用于输出光电自适应选择电路选择的信号源；

6、其中，所述自适应控制信号产生电路包括单稳态触发器；光对时信号输入端与单稳态触发器的一输入管脚相连；单稳态触发器的一输出管脚输出光使能信号，单稳态触发器的另一输出管脚输出电使能信号，当光对时信号输入端有对时信号时，光使能信号有效，电使能信号无效；当光对时信号输入端无对时信号时，光使能信号无效，电使能信号有效；

7、其中，所述光电自适应选择电路包括第一与门、第二与门和或门；所述第一与门的一输入管脚与单稳态触发器的一输出管脚相连，第一与门的另一输入管脚与光对时信号输入端相连；所述第二与门的一输入管脚与单稳态触发器的另一输出管脚相连，第二与门的另一输入管脚与电信号输入端相连；第一与门的输出管脚与或门的一输入管脚相连；第二与门的输出管脚与或门的另一输入管脚相连，或门的输出管脚输出被选择的信号源。

8、进一步的，所述自适应控制信号产生电路还包括：第一电阻和第一电容；所述第一电阻的一端与电源相连，其另一端与单稳态触发器的管脚rcext相连；所述第一电容的一端与单稳态触发器的管脚rcext相连，其另一端与单稳态触发器的管脚cext相连；通过调整第一电阻和第一电容的大小，调节光脉冲检测的时间。

9、进一步的，所述自适应控制信号产生电路还包括第二电阻、第三电阻和第二电容；所述第二电阻的一端与电源相连，其另一端与单稳态触发器的管脚b相连，用于给单稳态触发器的管脚b提供一个确定的高电平；所述第三电阻的一端与电源相连，其另一端与单稳态触发器的管脚clr相连；所述第二电容c2的一端与单稳态触发器的管脚clr相连，其另一端接地，该第三电阻和第二电容组成上电复位电路，上电时产生具备一定上升时间的复位信号。

10、进一步的，所述自适应控制信号产生电路还包括第三电容，所述第三电容的一端与单稳态触发器的管脚vcc相连，其另一端与单稳态触发器的管脚gnd相连；单稳态触发器的管脚vcc与电源相连；单稳态触发器的管脚gnd接地。

11、进一步的，所述光电自适应选择电路还包括第四电阻和第四电容；所述第四电阻的一端与电源相连，其另一端与第一与门的管脚b2相连，用于当单稳态触发器的一输出管脚输出高阻时，为第一与门的管脚b2提供一个确定的高电平；所述第四电容的一端与第一与门的电源管脚相连，其另一端接地；

12、所述光电自适应选择电路还包括第五电阻和第五电容；所述第五电阻的一端与电源相连，其另一端与第二与门的管脚b3相连；所述第五电容的一端与第二与门的电源管脚相连，其另一端接地；

13、所述光电自适应选择电路还包括第六电容；所述第六电容的一端与或门的电源管脚相连，其另一端接地；

14、所述第一与门的电源管脚与电源相连，第一与门的接地管脚接地；

15、所述第二与门的电源管脚与电源相连，第二与门的接地管脚接地；

16、所述或门的电源管脚与电源相连，或门的接地管脚接地；

17、进一步的，所述输出选择电路包括第六电阻，所述第六电阻的一端与或门的输出管脚相连，其另一端与信号输出端相连，用于输出光电自适应选择电路选择的信号源。

18、进一步的，所述输出选择电路还包括光对时信号输出电路，所述光对时信号输出电路包括第七电阻，所述第七电阻的一端与光对时信号输入端相连，其另一端与信号输出端相连，用于输出光对时信号。

19、进一步的，所述输出选择电路还包括电对时信号输出电路，所述电对时信号输出电路包括第八电阻，所述第八电阻的一端与电对时信号输入端相连，其另一端与信号输出端相连，用于输出电对时信号。

20、本发明还公开了一种光电自适应对时方法，包括以下步骤：

21、步骤1：根据有无光对时信号输入，由自适应控制信号产生电路产生自适应控制信号；

22、步骤2：根据自适应控制信号，由光电自适应选择电路输出被选择的信号源；

23、步骤3：搭建输出选择电路，对被选择的信号源进行输出；

24、步骤4：依据输出的信号源进行对时；

25、其中，所述自适应控制信号产生电路包括单稳态触发器；光对时信号输入端与单稳态触发器的一输入管脚相连；单稳态触发器的一输出管脚输出光使能信号，单稳态触发器的另一输出管脚输出电使能信号，当光对时信号输入端有对时信号时，光使能信号有效，电使能信号无效；当光对时信号输入端无对时信号时，光使能信号无效，电使能信号有效；

26、其中，所述光电自适应选择电路包括第一与门、第二与门和或门；所述第一与门的一输入管脚与单稳态触发器的一输出管脚相连，第一与门的另一输入管脚与光对时信号输入端相连；所述第二与门的一输入管脚与单稳态触发器的另一输出管脚相连，第二与门的另一输入管脚与电信号输入端相连；第一与门的输出管脚与或门的一输入管脚相连；第二与门的输出管脚与或门的另一输入管脚相连，或门的输出管脚输出被选择的信号源。

27、进一步的，所述自适应控制信号产生电路还包括：第一电阻和第一电容；所述第一电阻的一端与电源相连，其另一端与单稳态触发器的管脚rcext相连；所述第一电容的一端与单稳态触发器的管脚rcext相连，其另一端与单稳态触发器的管脚cext相连；通过调整第一电阻和第一电容的大小，调节光脉冲检测的时间；

28、所述自适应控制信号产生电路还包括第二电阻、第三电阻和第二电容；所述第二电阻的一端与电源相连，其另一端与单稳态触发器的管脚b相连，用于给单稳态触发器的管脚b提供一个确定的高电平；所述第三电阻的一端与电源相连，其另一端与单稳态触发器的管脚clr相连；所述第二电容c2的一端与单稳态触发器的管脚clr相连，其另一端接地，该第三电阻和第二电容组成上电复位电路，上电时产生具备一定上升时间的复位信号；

29、所述自适应控制信号产生电路还包括第三电容，所述第三电容的一端与单稳态触发器的管脚vcc相连，其另一端与单稳态触发器的管脚gnd相连；单稳态触发器的管脚vcc与电源相连；单稳态触发器的管脚gnd接地；

30、所述光电自适应选择电路还包括第四电阻和第四电容；所述第四电阻的一端与电源相连，其另一端与第一与门的管脚b2相连，用于当单稳态触发器的一输出管脚输出高阻时，为第一与门的管脚b2提供一个确定的高电平；所述第四电容的一端与第一与门的电源管脚相连，其另一端接地；

31、所述光电自适应选择电路还包括第五电阻和第五电容；所述第五电阻的一端与电源相连，其另一端与第二与门的管脚b3相连；所述第五电容的一端与第二与门的电源管脚相连，其另一端接地；

32、所述光电自适应选择电路还包括第六电容；所述第六电容的一端与或门的电源管脚相连，其另一端接地；

33、所述第一与门的电源管脚与电源相连，第一与门的接地管脚接地；

34、所述第二与门的电源管脚与电源相连，第二与门的接地管脚接地；

35、所述或门的电源管脚与电源相连，或门的接地管脚接地；

36、所述输出选择电路包括第六电阻，所述第六电阻的一端与或门的输出管脚相连，其另一端与信号输出端相连，用于输出光电自适应选择电路选择的信号源；

37、所述输出选择电路还包括光对时信号输出电路，所述光对时信号输出电路包括第七电阻，所述第七电阻的一端与光对时信号输入端相连，其另一端与信号输出端相连，用于输出光对时信号；

38、所述输出选择电路还包括电对时信号输出电路，所述电对时信号输出电路包括第八电阻，所述第八电阻的一端与电对时信号输入端相连，其另一端与信号输出端相连，用于输出电对时信号。

39、有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

40、(1)本发明实现了光电对时信号的自适应识别，提高了电力二次设备的兼容性，使设备能够灵活适应不同的应用需求。而且自适应控制信号的产生及光电信号的自适应选择全部由硬件电路完成，无需占用额外的系统资源或耗费额外的计算时间，光电对时信号的识别更快速；

41、(2)光电自适应选择电路输出光信号还是电信号，首先取决于光信号输入端是否有信号，即光信号的优先级高于电信号。在光、电输入信号同时接入的情况下，光电自适应选择电路能够优先采用传输质量更高、不易受干扰的光对时信号，对时精度得到有效保障；

42、(3)本发明所适用的irig串行时间码格式不唯一，当光电自适应电路工作在光信号有效的模式时，通过调整第一电阻和第一电容的大小，可调节光脉冲检测的时间，实现对各种格式的irig串行时间码的兼容。