一种时钟同步及校准装置的制作方法

本实用新型涉及时间同步技术领域，具体涉及一种时钟同步及校准装置。

背景技术：

现有的台区及线路识别设备中，需要多台主机与多台分机之间进行相互时间同步及微秒级别时间校准和时间同步后，再按照约定时间主机与多台分机开始同时测量电流，并记录测量的曲线，并比对主机和分机电流变化，用户判断主机与分机是否属于同一台区。

如图1中的例子，信号1代表主机、信号2代表分机。

如主机和分机的时间存在异步，则可能导致信号1和信号2的波形存在错位，从而导致测量出现偏差。

现有存在以下方法：

1、鉴相法

如公开号cn102315927，公开了一种时钟同步装置及方法，该装置包括依次连接的鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、频率合成器和时钟驱动器，其中，时钟驱动器输出的时钟信号经分频器分频后反馈到鉴相器的输入端；鉴相器对分频后的时钟信号和参考时钟信号进行鉴相，将得到的鉴相值输入到环路滤波器；环路滤波器对输入的鉴相值低通滤波后，得到电压信号并输入到压控振荡器，由所述压控振荡器根据输入的电压信号控制振荡产生的时钟信号；频率合成器对振荡产生的时钟信号进行频率合成后，得到设定频率的时钟信号输入到时钟驱动器，由时钟驱动器驱动产生需要的时钟信号。本发明能够准确控制输出时钟的相位，提高了系统时钟性能。

上述方法采用鉴相法，比较两个信号的相位偏差，经过环路滤波器和低通滤波后，输出电压信号来调整压控振荡器频率和相位，使得两者信号实现频率和相位同步。

该方法存在的缺陷或不足：无法实现年月日时分秒的绝对时间对时。

2、卫星信号 信号对时法

如公开号cn205566326，公开了一种时钟同步装置，包括设置有对时及电源总线接口的母板模件，通过对时及电源总线接口均与母板模件相连的第一电源模件、第二电源模件、人机接口模件、时钟源模件和对时信号输出模件；人机接口模件通过通信总线与时钟源模件相连；母板模件用于为各模件提供电气连接；第一电源模件和第二电源模件均用于为母板模件提供工作电源；人机接口模件用于人机界面的连接和控制；时钟源模件用于接收卫星时钟信号和地面时钟信号，驱动对时及电源总线接口，为对时信号输出模件提供时钟信号；对时信号输出模件用于从时钟源模件获得当前时钟信号，并将时钟信号经转换后输出。有益效果：时钟同步可靠性高，不受单一电源故障影响，具有高精度守时能力。

上述方案采用卫星时钟信号和地面时钟信号给对时信号输出模件对时，并将对时信号输出给其他模块，从实现各模块间的时间同步。

该方法存在的缺陷或不足：对时信号输出模块与各模块之间必须时刻采用有线连接，各模块只能对时，无自我时间精度校准。

3、过零比较器

如公开号cn109639260，涉及一种通过10mhz正弦波波形整形实现提高仪表参考时钟同步成功率的装置，包括过零比较器，用于将同步时钟信号整形成方波；输入时钟信号模块，所述的输入时钟信号模块的输出端与所述的过零比较器的输入端相连接，用于对过零比较器输入时钟信号；地平面电位模块，所述的地平面电位模块的输出端与所述的过零比较器的输入端相连接，用于提供地平面的电位。本发明还涉及一种通过10mhz正弦波波形整形实现仪表参考时钟同步校准的方法。采用了该通过10mhz正弦波波形整形实现提高仪表参考时钟同步成功率的装置及同步校准方法，当以10mhz正弦波时钟信号作为同步信号时，使用本发明的技术方案可有效提高仪表参考时钟同步成功率。

上述专利过零比较器，用于将同步时钟信号整形成方波，并时钟信号与方波进行过零比较。

该方法存在的缺陷或不足：无自我时钟精度校准，同步时钟信号整形成方波存在一定的延时偏差。

4、脉冲宽度比对法

如下方案公开了一种单片机系统时钟的校准方法，该方法包括以下步骤：被校准单片机接收校准单片机发送的预设时间t1及预设周期t的脉冲信号；校准单片机内设有基准时钟；被校准单片机在预设时间t1内统计脉冲信号的脉冲个数l1；被校准单片机根据统计出的脉冲个数l1与校准单片机在预设时间内发出的实际脉冲数l2对被校准单片机内部的时钟进行校准。本发明还公开了一种单片机系统时钟的校准装置及空调控制系统。本发明解决了现有技术的多单片机控制系统中各单片机时钟不同步的问题，有利于提高系统控制的准确性，并降低多单片机控制系统的硬件成本。

该方法存在的缺陷或不足：只能实现时间精度的校准，无法时间绝对时间的同步。

技术实现要素：

本实用新型提出的一种时钟同步及校准装置，用于实现一台主机与多台分机间进行时间同步，可解决当主机与分机进行时间同步后，由于其内部晶振存在一定的频率偏差，当各自运行一段时候后，会导致主机与分机时间偏差越来越大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种时钟同步及校准装置，包括cpu模块和时钟单元，时钟单元与cpu模块通讯连接，cpu模块可控制时钟单元开启或关闭秒脉冲信号输出；

还包括秒脉冲输出电路，所述秒脉冲输出电路包括接触器k1、三极管q1、电阻r11；

cpu模块的io口输出高电流通过电阻r11，驱动三极管q1给接触器k1供电，接触器k1闭合，将秒脉冲输出信号输出到脉冲信号传输线；如果cpu的io口输出低，则不输出秒脉冲信号。

进一步的，还包括电阻r17、电阻r12；

时钟单元的秒脉冲信号输出线上串联电阻r17；

cpu模块的外部秒脉冲采集线上串联电阻r12；

时钟单元的秒脉冲信号输出线与cpu模块的外部秒脉冲采集线并联后与脉冲信号传输线连接；

r17、r12避免系统中存在多个主机时，导致冲突时损坏器件。

进一步的，还包括指示灯电路，所述指示灯电路包括二极管d11与电阻r15串联，并与cpu模块连接；

当时钟被正确同步时，cpu点亮指示灯二极管d11。

进一步的，还包括校准启动开关，所述校准启动开关包括开关s11与电阻r16串联，并与cpu模块连接。

进一步的，还包括rs485电路，rs485电路包括rs485a电路和rs485b电路；

所述cpu模块通过uart传递数据给rs485电路，还包括r13、r14分别串联在rs485a和rs485b上，避免系统中存在多个主机时rs485总线冲突导致电路损坏。

进一步的，还包括晶振y1用于提供cpu时钟基准。

由上述技术方案可知，本实用新型的时钟同步及校准装置，综合采用卫星信号对时法、设备间通过秒脉冲信号 通信线既能实现时钟同步，又能实现时钟精度校准的方法。具体的说采用秒脉冲信号 rs485线实现时间同步，并确定秒开始时间；采用秒脉冲信号实现内部时钟精度校准；r13、r14用于保护rs485电路，避免多设备同时发送时损坏设备；如一定时间内未被正确校准或同步，则提示用户需进行校准，可避免时间错误后仍在被使用。

附图说明

图1是现有的线路识别设备信号原理图；

图2是本实用新型多台设备之间实现时间同步和时钟校准的系统框图；

图3是本实用新型的脉冲信号原理图；

图4是本实施例的电流测量曲线图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

图2是上多台设备之间实现时间同步和时钟校准的系统框图，包括：

1，秒脉冲输出电路

k1、q1、r11、r17、r12组成秒脉冲输出电路。

如cpu的io口输出高，电流通过r11，驱动q1给k1供电，k1闭合，将秒脉冲输出信号输出到脉冲信号传输线；如cpu的io口输出低，则不输出秒脉冲信号。

r17、r12避免系统中存在多个主机时，导致冲突时损坏器件。

2，指示灯电路

r15、d11组成时钟指示灯电路。当时钟被正确同步时，cpu点亮指示灯。

3，校准启动开关

r16、s11组成告知cpu本机为主机，可以输出秒脉冲信号，同时通过rs485发送当前绝对时间(年、月、日、时、分、秒)数据。

4，rs485电路

cpu通过uart传递数据给rs485电路，r13、r14串联在rs485的a、b上，避免系统中存在多个主机时rs485总线冲突导致电路损坏。

5，其他

y1用于提供cpu时钟基准。

时钟单元用于产生精确时钟(例如gps模块)，其与cpu之间通过串口通信通信，并将其gps的pps秒脉冲信号传递给cpu。

具体使用时，两台设备之间通过有线连接，包括rs485-a、rs485-b、脉冲信号传输线、地4条线；

设备1的时钟单元通过gps、gnss、北斗等方式获取绝对时间(年、月、日、时、分、秒)，并产生精度为ns级的秒脉冲信号。cpu可控制时钟单元开启或关闭秒脉冲信号输出；

设备1的cpu用两个中断口分别采集“外部秒脉冲”信号和“内部秒脉冲”信号，并用于时间同步和cpu的内部时钟进行校准；cpu使用基于晶振的计数器进行计数，记录在“外部秒脉冲”信号和“内部秒脉冲”信号的两个下降沿或者上升沿(对应时间为1s)之间计数值，则认为计数值为1s时间。举例：

以计数器频率为12mhz为例，如晶振精度准确，则在1s计数了12000000个计数值。如在1s内计数了12000005，则认为晶振存在偏差，cpu则认为12000005个计数值为1s，从而实现时钟校准。

同理设备2也采用上述方式校准内部晶振的精度；

当设备1的s11被按下时，cpu控制q1、k1、r11组成的开关电路，开启电路，将”秒脉冲”信号输出给其他设备；并同步按照1s间隔，通过对时通信口rs485发送带有“年、月、日、时、分、秒”信息，传递给其他设备；当设备1的s11被松开时，关闭设备间时钟同步；如图3；

设备2接收对时通信口rs485传送过来“年、月、日、时、分、秒”信息，并校准其绝对时间；

设备1、设备2中d11用于指示设备在t1时间内，是否被同步和校准过内部时钟；如有正确同步和校准，则指示灯亮，否则为灭；

设备3...n处理过程与设备2完成相同；

注：当各设备的“时钟单元”能够正确获取gps、gnss、北斗等方式获取绝对时间(年、月、日、时、分、秒)时，可不需连接脉冲信号传输线、对时通信口线。也可以直接通过各设备内置的“时钟单元”来实现时钟同步和时钟校准。

同时本实施例rs485通信可以采用其他总线或者无线通信方式来实现；秒脉冲信号可以采用红外、可见光脉冲方式来实现；时钟单元中除采用gps、gnss、北斗等外，也可以采用原子钟等；

本实施例还可以如下应用：

在相变关系判定设备中，主机和分机通过内置“时钟同步及校准装置”实现时间同步和时钟校准。然后将主机放在变压器出线位置，连接在主机上互感器接口上的三把电流钳互感器分别夹在变压器三个出线上。分机放置在台区内任意用电点，通过鳄鱼夹夹在用电点的火、零线上。app发送命令通知主机与分机按照约定时间开始测试。分机按照约定时间，开始自动接入负载，主机同步开始测试电流。当测试结束时，app获取4条电流测量曲线，如图4所示；可见采用上述方式实现高精度同步负载接入，同步测试，从而避免测试的波形错位。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。