帶GPS授時(shí)的TMS320F2812數據采集系統

如今，數據采集系統很多，有基于數字信號處理器DSP設計的，也有基于現場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA設計的，這些采集系統盡管采集處理數據能力不差，但大多都采用傳統授時(shí)模式。

而異地同步測量是工程中經(jīng)常用到的方法，如果用傳統的授時(shí)模式，其時(shí)鐘頻率的產(chǎn)生是用晶體，而晶體會(huì )老化，易受外界環(huán)境變化及長(cháng)期的精度漂移影響，造成授時(shí)精度下降，這樣異地同步測量的數據其實(shí)在理論上已經(jīng)不再同步、同時(shí)了。本系統采用GPS新型授時(shí)方法，結合DSP技術(shù)和USB通信技術(shù)設計的數據采集系統能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。

1 數據采集系統的總體硬件構成與工作原理

數據采集系統模擬量輸人、同步采樣控制、A／D轉換以及微處理器和接口組成，如圖1所示。

模擬量輸入部分設有多個(gè)通道(如16路)，可用來(lái)對若干路電壓和若干路電流同時(shí)測量。來(lái)自PT或CT副邊的電壓或電流，經(jīng)隔離變換、模擬低通濾波后，被建立在GPS時(shí)間基準上的同步采樣系統所采樣，經(jīng)依次A／D轉換后按順序放入固定RAM區。DSP根據遞歸DFT算法，每來(lái)一個(gè)新的采樣點(diǎn)計算一次所有被測量的各相基波分量，然后利用GPS接收器串口提供的時(shí)間信息和數據窗第一個(gè)采樣點(diǎn)的順序編號，給計算結果置以便于識別的“時(shí)間標簽”。計算得出的各相量連同其時(shí)間標簽按照一定的數據格式，經(jīng)過(guò)DSP總線(xiàn)和USB2.0數據線(xiàn)送往PC上位機進(jìn)行處理和分析。

2 基于GPS授時(shí)的同步采樣控制單元

同步采樣是實(shí)現異地同步測量的關(guān)鍵技術(shù)，只有各測量點(diǎn)的采樣是同步進(jìn)行的，同一時(shí)刻計算出的相量具有統一的參考時(shí)問(wèn)基準，其相位關(guān)系才可直接進(jìn)行比較。本文討論了無(wú)線(xiàn)電廣播、LORANC、OMEGS、GOES、GLO-NASS、GPS這六種不同的授時(shí)方法。這些授時(shí)方法的誤差比較如表1所列。

通過(guò)比較不難看出，傳統的時(shí)鐘同步方法由于受技術(shù)和經(jīng)濟等因素的影響，在精度和實(shí)用性上很難滿(mǎn)足異地同步測量的要求；只有GPS精密授時(shí)方法的優(yōu)越性能滿(mǎn)足要求。為此，本文所介紹的是一種基于GPS時(shí)間信號的最新時(shí)鐘同步方法。

2.1 GPS系統簡(jiǎn)介

GPS(Global Positioing System，全球定位系統)是美國研制的第二代衛星導航系統。GPS系統由空間部分、地面控制部分和用戶(hù)設備組成?？臻g部分主要由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成。在地球的任意處(有360°的視野)至少可以看到3顆衛星(根據筆者實(shí)際用的情況看)。地面控制部分包括監測站、主控站和注入站。用戶(hù)設備就是GPS接收機，本系統所選擇的接收機是GPS-OEM板(型號是GPS15L，在2.3小節會(huì )詳細討論)，它根據自己時(shí)鐘和接收到的導航電文計算出接收機(天線(xiàn))所在的位置和GPS時(shí)間。