分布式同步数据采集系统的研究与设计

针对广域分布环境中,多台数据采集仪时间同步的难题,根据GPS授时原理,应用GPS长期稳定高精度GPS秒脉冲,设计了一种高精度的同步数据采集系统。系统核心由数据采集单元、微控制器、复杂可编程逻辑、带有秒脉冲输出的GPS模块组成。实验带有8路并行的高速AD通道,结果证实了该采集功能的可靠性,异地同类型设备的时间同步不确定度约为5μs。     

一种改进的高精度POS时间同步方法

结合现有时间同步方法及高精度POS的应用需求,提出了一种以GPS接收机输出的1PPS秒脉冲为基准,采用数字参数反馈方式,对惯性测量单元的数据采集脉冲周期进行实时修正的高精度POS时间同步方法,并给出了一种简易的POS时间同步精度测试方法.然后结合光纤陀螺POS实际系统进行了时间同步精度测试和对比实验.结果表明,所提出的时间同步方法能够克服时钟漂移并修正时间信号传输延迟,在保证工作可靠性的同时实现了在融合点上数据的高精度同步.     

基子SNTP的多控制系统时钟同步方案的设计与应用

针对某化工典型生产装置内具有多控制系统的情况,以GPS接收器为时钟源为基准,设计了一种采用SNTP协议对多个控制系统的孤立时钟进行实时时钟同步的技术方案.该方案利用GPS天线接收卫星信号作为主时钟,由网络时间服务器计算得到基准系统时间,通过以太网端口向DCS、SIS、PLC等多个控制系统提供时钟同步服务.通过实际应用验证,表明该方案设置简单,运行稳定可靠,时间同步精度满足生产过程控制的要求,实现了多个控制系统之间的全局时钟同步.     

基于SNTP的多控制系统时钟同步方案的设计与应用

针对某化工典型生产装置内具有多控制系统的情况,以GPS接收器为时钟源为基准,设计了一种采用SNIP协议对多个控制系统的孤立时钟进行实时时钟同步的技术方案。该方案利用GPS天线接收卫星信号作为主时钟,由网络时间服务器计算得到基准系统时间,通过以太网端口向DCS、SIS、PLC等多个控制系统提供时钟同步服务。通过实际应用验证,表明该方案设置简单,运行稳定可靠,时间同步精度满足生产过程控制的要求,实现了多个控制系统之间的全局时钟同步。     

基于GPS的电能计量装置时钟测试系统

研究阐述一种新型的可测试电能计量装置的时钟基频误差并采用GPS同步时间校准其实时时钟的系统的研制过程,并对系统的测量不确定度进行了分析与评定.在当前峰谷电价政策下,这种系统为电能计量管理尤其是分时电价的管理提供了一种安全、有效、准确、方便的技术手段,有效地解决了电力行业对计量装置的时钟进行准确测试的重点和难点;当然,该系统也可广泛用于其它计时精确的电子产品的时钟测试.     

三线阵立体测绘相机时间系统优化与实时检测

为了提高三线阵立体测绘相机的时间同步精度,对相机时间系统工作原理进行了分析,建立了三线阵立体测绘相机的相机时间同步误差模型,并根据该模型采取缩短行同步计数器查询周期等多项措施对相机时间系统进行优化.针对相机时间同步误差在摄影过程中会随相机控制器工作时序变化这一现象,提出了一种实时检测相机时间同步精度的方法,用于实时检测并全程记录摄影过程中相机时间同步误差的动态变化,解决了常规仪器由于存储深度不足而无法长期检测这一难题.利用该方法检测了优化后的三线阵立体测绘相机时间系统的时间同步精度,结果表明,摄影过程中三线阵立体测绘相机的时间同步误差≤74.8μs,相机时间同步误差绝对值≤11.2 μs的概率不低于0.95,满足技术指标要求.     

基于NTP的装备管理信息系统时钟同步技术研究

为了解决装备管理信息系统中各分布式信息采集终端采集信息的时间差异问题,在对GPS授时原理和NTP网络协议进行分析的基础上,提出了基于GPS和NTP的装备管理信息系统的时钟同步技术方案,将GPS时钟作为系统的标准时间源,结合NTP协议对各信息采集终端进行时钟同步,从而实现了维持系统各信息时间一致性的目的.     

EtherCAT嵌入式主站的同步控制性能分析

随着机械制造自动化对同步要求不断提高,EtherCAT的应用越来越广泛。在重点研究EtherCAT分布时钟机制的基础上,提出了基于实时嵌入式系统μC/OS-III完成主站的方案。主站对从站的传输延时、初始偏移进行测量,多次读写从站寄存器,待从站同步误差满足阀值后发送同步激活信号,最终实现主站的同步控制技术。最后搭建一个测试系统,读取从站设备时钟漂移寄存器和同步信号SYNC0启动时间寄存器的值并进行分析,结果表明了EtherCAT嵌入式主站精度高、稳定性强的同步控制性能。     

IEEE－1588协议时钟同步报文的精确时间标记方法研究

采用专用硬件在物理层标记(time stamping)时钟同步报文发出和到达的时刻是实现高精度网络时钟同步的基础.本文分析了IEEE-1588协议中Sync和Delay_Req报文的数据帧结构,提出了一种在以太网物理层(PHY)和MAC层之间的介质无关接口(MII)处检测同步报文的策略和实现精确时间标记的方案.并根据此方案采用Altera公司的Cyclone Ⅰ系列FPGA芯片EP1C12Q240研制了相关的测试平台.在此平台上对10Mbps以太网环境中的时间标记精度进行了初步实测,标记精度优于500nS.     

基于以太网的数控系统实时通信和时间同步

为实现基于以太网的数控系统运动控制层的实时通信和精确时间同步,对避免时间片冲突的实时通信算法和基于精确时间协议的同步算法进行了优化处理.为提高处理效率,在实时通信的同时进行时间同步,并对实时通信和时间同步的报文结构进行了融合和简化处理.在以太网帧中,增加了时间域来存放时间信息,将报文分为同步报文、跟随报文和从站报文三类.采用时间片配置方法,配置了实验参数,保证了通信的实时性和时间同步的精度,满足了数控系统的需求.     

一种应用于行波测距装置的高精度时间同步技术

基于双端测距方法的行波测距装置对时间同步性能提出了很高的要求,研究高精度的时间同步技术是行波测距装置应用的切实需求。该文从GPS信号的授时精度、高精度恒温晶振修正特性、守时及对时算法逻辑等方面进行深入分析,结合行波测距装置的应用需求,探讨了基于GPS和恒温晶振的高精度时间同步技术的设计方法。在此基础上,提出了采用FPGA实现逻辑设计的工程设计方案,通过型式试验和装置现场实际运行表明,该技术满足了行波测距装置对时间同步的要求。     

基于WINCE5.0的CINRAD雷达GPS校时系统的设计与实现

时间同步是新一代天气雷达(CINRAD)系统普遍存在的问题。针对新一代天气雷达网的布局现状,采用卫星时钟作为CINRAD雷达网的时间同步校时基准时间,利用成熟的GPS校时接收模块,设计以ARM9为核心的开放式、可视化的校时主机,研制了一套智能化的新型CINRAD雷达GPS校时系统。该系统主要包括校时服务器硬件和软件,是一套校时精度高、稳定性能好、功能齐全、可全自动工作的时间同步校时系统。文中详细介绍了新一代天气雷达GPS校时系统的设计思路和工作模式。通过在不同型号雷达系统中的应用,取得了预期的效果,较好地解决了CINRAD同步自动校时的关键技术,具有重要的应用价值和潜在的经济效益。     

GPS同步时间冗余系统及其在电力系统中的应用

随着电力控制系统自动化的提高，系统对时间统一的要求越来越迫切，对时间的同步精度也越来越高。通过对GPS系统的分析与研究，采用双机冗余系统，互为热备用，从而使系统具有可靠性高、功能多、精度高、性价比高和操作方便等特点，并就GPS同步时间冗余系统研制的相关技术问题进行了讨论。     

遥感卫星CCD相机模拟源的研制

针对遥感卫星上存在多种CCD相机组合,相机模拟源在地面电测系统及星上遥测数据链存在3种不同模拟任务的需求,利用大规模可编程器件、高速阵列存取技术、锁相环(PLL)频率调整技术和软硬件可编程图像处理技术,研制了一种适用于不同CCD相机模拟任务的模拟源系统。该系统支持多台设备级联,单台设备能够模拟输出4通道的并行16bit LVDS信号、4路串行LVDS信号和4路串行NECL信号,其单通道并行LVDS数据像素频率为0.3～200 MHz,以0.1MHz步进可调,且单次循环输出容量最大可达8TB。通过简单配置,可产生符合CCSDS协议的遥感相机回放数据,并可对实时输出信号的行频和数据时钟相位进行调整。本系统已成功运用于多个型号空间相机的研制测试中,提高了空间相机的研制效率和设备利用率,改善了研制遥感卫星及CCD相机系统的测试验证手段。     

A HIGH-PRECISION SYNCHRONOUS SAMPLING APPROACH FOR LARGE-SCALE DISTRIBUTED WIRE SENSOR NETWORKS IN SEISMIC DATA ACQUISITION SYSTEMS

In large-scale land or marine seismic data acquisition systems, a multinode distributed wire sensor network structure is still presently the main choice. Synchronous sampling between each node in such systems is very important, which may significantly influence the results of the ensuing data analysis. A synchronous sampling approach with its implementation is introduced in this article. The main idea of this approach is combined command delay compensation with clock phase compensation of CDR (clock data recovery) to achieve high precision of synchronization. For testing, a kind of six-node land seismic data acquisition system with 100 m distance between two neighboring nodes is successfully developed using this approach. Test results indicate that the achieved precision of synchronous sampling is fixed after power-on with no time accumulation effect; the sampling clock phase difference between two neighboring nodes is maximally 1 ns in the worst case, and the command synchronization error among all the nodes is less than 1 ns independent of the number of nodes and the distance between nodes. High synchronous precision is much more significant for the shallow stratum engineering seismic exploration, because shallow exploration always needs high sampling rates; for example, 32 kilo sample per second, and hence the tolerant synchronization error is much smaller.     

ARM和FPGA之间通用异步串行接口设计与实现

简述采用UART方式实现ARM与FPGA之间数据通信的特点。分析了异步串行通信的帧格式,将UART控制器的功能集成到FPGA内部。遵循模块化设计原则,分别设计了时钟分频器、发送逻辑、接收逻辑,并在Modelsim环境下进行了仿真。编写了串口通信程序,实现了ARM与FPGA之间收发数据。     

基于乒乓操作的千兆MAC中的FIFO设计

针对机栽一体化高帧频相机设计中存在的高速图像数据的传输问题,提出一种在FPGA芯片上开发千兆MAC的实时解决方案.采用千兆MAC和外部PHY相结合的方式设计千兆网卡,实现高速实时传输高帧频视频图像数据的目的.设计中采用FPGA内嵌的块存储,在千兆MAC核内设计同步FIFO,利用Verilog硬件描述语言,在XILINX...     

Real-time synchronization method based on dual ring fieldbus in CNC system

As the popularization of dual ring fieldbus, the optimized dual ring synchronization methods are still in short. The current synchronization methods are generally established in traditional industrial fieldbus, in which transmission is commonly considered in single track, the two-way transmitting cannot take full effect, and would result in unwanted idle load on equipment lines. In stamp-transferring part, the synchronizing algorithm is not properly processed to diminish the latency, so the real-time performance of entire system cannot be ensured. To support the synchronization control of stations in the CNC system, a real-time time synchronization method for dual ring fieldbus in the CNC system is designed in this paper. In this method a synchronizing message transmission scheme based on dual ring architecture and the synchronization algorithm between master and secondary stations are integrated. In the scheme, the clock models of both master and secondary stations are optimized with corresponding modules and the stamp data transmission based on the dual ring fieldbus is devised exclusively, so the transmitting efficiency improves with less idle work. In the algorithm, all the secondary stations can accomplish the consistent state with master station by updating clock discrepancy information in one communication cycle, and it takes the advantage of two-way transmitting and makes the best use of dual ring structure, so the real-time performance of the system can be promoted while retaining the precision of synchronization. To evaluate the performance, the costs of the method and errors during synchronizing are noted and analyzed based on the actual running environment in the industrial fieldbus. The results show that it reduces communication cost and ensures the smoothness of the system with low lag effects under heavy load. The proposed time synchronization method optimizes the architecture of sync message transmission in dual ring fieldbus, and improves the efficiency of time synchronization in the stations of CNC system.     

机械振动 WSN 比例补偿跨层同步采集触发方法

针对机械振动无线传感网络同步采集中的同步触发精度低问题,提出了一种比例补偿跨层同步采集触发方法。首先,基于跨层同步架构设计超宽带机械振动无线传感器网络节点,分析采集节点实际采集时钟构成;然后,使用单一硬件定时器作为采集控制时钟,跨层获取同步信息并进行同步触发延时控制;最后,根据周期性同步信息建立节点间的时间比例模型,根据采集节点上行链路时间比例对同步触发延时进行比例补偿,减小同步采集触发误差。实验结果表明,所提方法在单跳网络中同步采集触发误差均值为20 ns,最大值为50 ns,在两跳网络中同步采集触发误差均值为37 ns,最大值为76 ns,有效提高了机械振动无线传感器网络同步采集触发精度。