一种基于北斗授时的双模通信模块、系统和授时方法与流程

本发明涉及电力通信，尤其涉及一种基于北斗授时的双模通信模块、系统和授时方法。

背景技术：

1、在构建源网荷储互动的新型电力系统架构中，计量感知设备的时钟同步精度与可靠性直接影响分布式光伏、电动汽车等灵活性资源的协同调控效能。设备时钟异常不仅会导致电力供需动态平衡机制失效，更可能引发继电保护误动、电压越限等系统性安全风险。目前，授时方案主要包括脉冲对时、串口报文对时、网络对时和基站对时，例如，公开号为cn104483649a的专利申请提出了一种应用于电能表的高精度对时方法，通过比较时钟仪系统时间与电能表系统时间实现校时。然而，现有电网用电信息采集系统中的授时方式仍存在多设备时间同步难度大、授时精度不高等问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种基于北斗授时的双模通信模块、系统和授时方法，旨在解决现有电网用电信息采集系统中的授时方式仍存在多设备时间同步难度大、授时精度不高的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于北斗授时的双模通信模块，包括基表弱电接口单元、北斗授时单元、载波通信单元、射频通信单元、强电接口单元、过零检测单元、双模mcu和供电单元；

3、所述供电单元的第一端和所述载波通信单元的第一端连接所述基表弱电接口单元的第一端，所述供电单元的第二端连接所述双模mcu的电源输入端，所述基表弱电接口的第二端连接所述双模mcu的通信io口，所述载波通信单元的第二端连接所述双模mcu的载波通信端口，第三端连接所述强电接口单元的第一端，所述过零检测单元的第一端连接所述强电接口单元的第二端，第二端连接所述双模mcu的过零信号接收端口，所述射频通信单元的第一端连接所述双模mcu的射频通信端口，第二端连接hrf天线，所述北斗授时单元的第一端连接所述双模mcu的北斗通信端口，第二端连接北斗天线。

4、进一步的，所述北斗授时单元包括北斗授时芯片、去耦电路、rc滤波电路、北斗信号输出匹配电路、北斗天线接口电路和滤波匹配电路；所述去耦电路的第一端连接3.3v电压输入，第二端连接所述北斗授时芯片的主电源输入引脚；所述rc滤波电路的第一端连接所述双模mcu，第二端连接所述北斗授时芯片的外部复位信号接收引脚；所述北斗信号输出匹配电路的第一端连接所述北斗天线接口电路，第二端连接所述北斗授时芯片的天线输入引脚；所述滤波匹配电路的第一端连接所述北斗信号输出匹配电路的第一端，第二端连接所述北斗授时芯片的北斗天线供电引脚。

5、进一步的，所述载波通信单元包括载波发送电路、载波接收电路和载波耦合电路，所述载波通信端口包括载波信号发送端和载波信号接收端；所述载波发送电路的第一端连接所述载波信号发送端，第二端连接所述载波耦合电路的第一端；所述载波耦合电路的第二端连接所述载波接收电路的第一端，第三端连接所述强电接口单元；所述载波接收电路的第二端连接所述载波信号接收端。

6、进一步的，所述载波发送电路包括载波pa芯片u2、电阻re、电阻rf、电阻rg、电阻r5、电阻r6、电容15、电容16、电容c17、电容c18、电容c19、tvs管tvs1和tvs管tvs2；电容c15的第一端连接所述双模mcu的载波信号发送引脚的同相端，第二端连接载波pa芯片u2的a通道同相模拟信号输入引脚；电容c16的第一端连接所述双模mcu的载波信号发送引脚的反相端，第二端连接载波pa芯片u2的b通道同相模拟信号输入引脚；电阻re的第一端和电阻r5的第一端均连接载波pa芯片u2的a通道信号输出引脚；电阻r5的第二端和tvs管tvs2的第一端均连接电容c18的第一端；电容c18的第二端为载波发送通道的同相发送端口；电阻re的第二端和电容c17的第一端均连接载波pa芯片u2的 a通道反相模拟信号输入引脚；电容c17的第二端连接电阻rg的第一端；电阻rg的第二端和电阻rf的第一端均连接载波pa芯片u2的b通道反相模拟信号输入引脚；电阻rf的第二端和电阻r6的第一端均连接载波pa芯片u2的b通道信号输出引脚；电阻r6的第二端和tvs管tvs1的第一端均连接电容c19的第一端；电容c19的第二端为载波发送通道的反相发送端口； tvs管tvs1的第二端和tvs管tvs2的第二端均接地。

7、进一步的，所述载波接收电路包括电阻r7、电阻r8、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电容c24、电感l4、电感l5、电感l6、tvs管tvs3和tvs管tvs4；电阻r7的第一端连接载波接收通道的同相接收端口，第二端连接电容c20的第一端；电容c20的第二端连接电容c22的第一端；电容c22的第二端连接电感l5的第一端；电感l5的第二端连接tvs管tvs3的第一端；电阻r8的第一端连接载波接收通道的反相接收端口，第二端连接电容c21的第一端；电容c21的第二端连接电容c23的第一端；电容c23的第二端连接电感l6的第一端；电感l6的第二端连接tvs管tvs4的第一端；tvs管tvs3和tvs管tvs4的第二端均接地；电感l4的第一端连接电容c20的第二端，第二端连接电容c21的第二端；电容c24的第一端连接电感l5的第二端，第二端连接电感l6的第二端；电感l5的第二端连接双模mcu的载波信号接收引脚的反相端，电感l6的第二端连接双模mcu的载波信号接收引脚的同相端。

8、进一步的，所述载波耦合电路耦合变压器t1、安规电容cx1、tvs管tvs5和tvs管tvs6；耦合变压器t1的第一端连接载波收发通道，第二端连接强电接口单元；安规电容cx1串联在耦合变压器t1第二端的线圈回路中，tvs管tvs5并联于耦合变压器t1第一端的线圈两端，tvs管tvs6并联于耦合变压器t1第二端的线圈两端。

9、进一步的，所述射频通信单元包括射频匹配电路和射频开关，所述射频匹配电路的第一端连接所述射频通信端口，第二端连接所述射频开关的第一端，所述射频开关的第二端连接hrf天线。

10、进一步的，所述基表弱电接口单元包括电平转换电路和接口保护电路；所述接口保护电路的第一端连接基表弱电接口，第二端连接所述电平转换电路的第一端；所述电平转换电路的第二端连接所述双模mcu的通信io口。

11、第二方面，本发明还提供了一种基于北斗授时的双模通信系统。所述系统包括主节点、代理节点和子节点，所述子节点包括如第一方面所述的基于北斗授时的双模通信模块。

12、第三方面，本发明还提供了一种基于北斗授时的双模通信模块的授时方法，所述方法应用于如第二方面所述的基于北斗授时的双模通信系统，所述方法包括：

13、步骤s1，所述双模通信模块从所述主节点或所述代理节点发送的信标帧中解析得到万年历条目，并在所述万年历条目与所述北斗时钟之间的偏差超出预设阈值时，在csma时隙向本台区的所述主节点发送携带有北斗时钟和第一网络基准时间的对时事件报文；

14、步骤s2，所述主节点根据所述北斗时钟和所述第一网络基准时间进行校时，并在信标时隙发送携带有校准后的第二实时时钟和第二网络基准时间的信标报文至所述主节点的子节点；

15、步骤s3，所述子节点根据所述第二实时时钟和所述第二网络基准时间进行校时。

16、上述基于北斗授时的双模通信模块、系统和授时方法，通过将北斗授时单元集成于双模通信模块中，并经由基表弱电接口单元、供电单元、载波通信单元、射频通信单元、强电接口单元、过零检测单元及双模mcu的协同连接，形成集北斗卫星高精度授时与双模通信网络于一体的模块化结构；该模块利用北斗授时单元作为高精度时钟数据源，直接为双模mcu提供纳秒级的时间基准，并通过载波通信单元和射频通信单元构成的双模通信网络，将同步后的北斗时间广播至本地通信网络内的其他设备，从而有效克服了现有脉冲对时、串口报文对时、网络对时及基站对时在多设备同步时存在的传输距离受限、授时精度低、依赖网络稳定性及环境适应性差等缺陷，显著降低了多设备之间的时间同步难度，大幅提升了全台区时钟同步的精度与可靠性。同时，该模块采用符合电能表接口规范的设计，能够即插即用，便于替换现有时钟失准的电能表通信模块，降低了运维成本，并利用北斗卫星信号覆盖广、全天候的特点，解决了偏远地区电能表因网络盲区而无法精准对时的难题。