高精度时钟同步授时方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高精度时钟同步授时装置，包括顺序连接的卫星信号接收模块、时钟同步守时模块和FPGA芯片；方法包括：卫星信号接收模块接收卫星授时信号；所述时钟同步守时模块将卫星授时信号进行其内部时钟的授时，并向FPGA芯片发送周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号；所述FPGA芯片根据周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号进行动态生成采集时间戳数据，对接收的传感器串口数据加注采集时间戳数据，并转发给串口服务器；直接对计算机提供时间戳数据，对测深测扫声纳主机提供时间戳数据。本发明专利技术整体结构简单，编程方式巧妙而简单所以可以保证系统持续可靠稳定工作。扩展性强，根据情况增加或裁减串口与脉冲输入口节点数量。

High precision clock synchronization method and device

The invention relates to a high precision clock synchronization timing device, including a satellite signal receiving module, a clock synchronization module and a FPGA chip. The method includes: the satellite signal receiving module receives the satellite timing signal; the clock synchronization time keeping module carries out the timing of its internal clock by the satellite timing signal and to the FPGA The chip sends periodic second pulse timing signal and time serial data signal. The FPGA chip generates collection time stamp data dynamically according to periodic second pulse timing signal and time serial data signal, and adds time stamp data to the serial data of the received sensor and forward to serial server. The computer provides time stamp data and provides timestamp data for the sounding sonar host. The invention has simple overall structure and ingenious and simple programming method, so that the system can ensure continuous, reliable and stable work. Scalability is strong, according to the situation to increase or reduce the number of serial ports and pulse input nodes.

【技术实现步骤摘要】
高精度时钟同步授时方法与装置
本专利技术适合于水下机器人内部设备间的时钟同步与授时功能，具体地说是一种高精度时钟同步授时方法与装置，利用水下机器人在水面时与卫星授时信号进行同步，再通过高精度晶体振荡器保持水下的守时精度，利用FPGA模块快速多路并行的优势为水下机器人提供高精度同步时钟信号以及串口授时信号，为水下机器人提供精确、标准、安全、可靠的时间服务。
技术介绍
水下机器人在水下作业时其内部各种设备无统一的授时时间标准，这样就会导致水下机器人无法确定各种传感器数据的对应时间，水下机器人内部时钟一天时间误差达到秒级，进而对控制系统的精度以及水下高精度测量等作业系统产生较大影响。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种应用于水下机器人，结构简单、运行可靠的高精度时钟同步授时装置和方法，通过高精度时钟同步授时装置水下机器人可以对各种串口传感器，测量设备等精确授时。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：高精度时钟同步授时装置，包括顺序连接的卫星信号接收模块、时钟同步守时模块和FPGA芯片；所述卫星信号接收模块，用于接收卫星授时信号；所述时钟同步守时模块，用于将卫星授时信号进行其内部时钟的授时，并向FPGA芯片发送周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号；所述FPGA芯片，用于根据周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号进行动态生成采集时间戳数据，对接收的传感器串口数据加注采集时间戳数据，并转发给串口服务器；直接对计算机提供时间戳数据，根据测深测扫声纳主机脉冲信号对测深测扫声纳主机提供时间戳数据。所述FPGA芯片包括时间模块、串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块；所述时间模块，用于接收时钟同步守时模块的周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号，对秒切分得到的毫秒微秒时间数据和授时数据解析得到的年月日时分秒时间数据进行打包得到时间戳数据，并发送时间戳数据至串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块；所述串口模块，用于根据时间戳数据对传感器串口数据加注时间，并输出加注采集时间戳数据后的串口数据给串口服务器；所述脉冲授时模块，用于根据测深测扫声纳主机脉冲信号将时间戳数据发送至测深测扫声纳主机；普通授时串口发送模块，用于将时间戳数据直接发送至计算机。所述时间模块包括：串口接收子模块，用于接收授时串口数据信号并发送至时间解析子模块；时间解析子模块，用于从授时串口数据中解析出年月日时分秒时间数据并发送至采集时间戳数据生成子模块；脉冲检测子模块，用于检测周期性秒脉冲定时信号；秒切分子模块，用于将周期性秒脉冲定时信号进行秒切分得到毫秒微秒时间数据；采集时间戳数据生成子模块，用于将年月日时分秒时间数据、毫秒微秒时间数据打包成采集时间戳数据并输出至串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块。所述串口模块包括：串口接收子模块，用于根据接收控制子模块发来的接收使能信号接收传感器串口数据并发送单字节数据接收完毕信号和含有传感器串口数据的单字节数据至接收控制子模块，并根据第一个单字节数据起始位向加注时间子模块发送加注时间脉冲；接收控制子模块，用于根据单字节数据接收完毕信号向接收数据缓存子模块提供写数据请求信号，收到接受数据缓存子模块的数据未满信号后，将单字节数据发送至接收数据缓存子模块；接收数据缓存子模块，用于缓存单字节数据；并根据中间控制子模块的读数据请求信号向中间控制子模块提供单字节数据、空信号；中间控制子模块，用于根据接收数据缓存子模块的空信号判断接收数据缓存子模块缓存数据是否为空，在不为空的情况下并向接收数据缓存子模块提供读数据请求信号，收到发送数据缓存子模块的数据未满信号后，向发送数据缓存子模块发送写数据请求信号，将接收数据缓存子模块提供的单字节数据发送至发送数据缓存子模块；发送数据缓存子模块，用于缓存单字节数据，并根据发送控制子模块的读数据请求信号向发送控制子模块提供单字节数据、空信号；加注时间子模块，用于根据来自于串口接收子模块的加注时间脉冲将采集时间戳数据发送至发送控制子模块；发送控制子模块，用于将采集时间戳数据控制在串口数据之前发送，并根据串口发送子模块的单字节数据发送完毕信号向发送数据缓存子模块提供读数据请求信号，收到发送数据缓存子模块的空信号并判断发送数据缓存子模块缓存数据是否为空，在不为空的情况下向发送数据缓存子模块提供读数据请求信号，并向串口发送子模块提供含有时间戳数据和传感器串口数据的单字节数据，并发送发送使能信号至串口发送子模块；串口发送子模块，用于将含有时间戳数据和传感器串口数据的单字节数据经串口输出至串口服务器，并向发送控制子模块提供发送完毕信号。所述脉冲授时模块包括：脉冲检测子模块，用于检测脉冲信号并将开始发送信号发送至发送控制子模块；发送控制子模块，用于根据开始发送信号将采集时间戳数据发送至串口发送子模块，并向串口发送子模块发送发送使能信号；串口发送子模块，用于将含有采集时间戳数据的单字节数据经串口输出至计算机，并向发送控制子模块提供发送完毕信号。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.可靠性高。本专利技术整体结构简单，编程方式巧妙而简单所以可以保证系统持续可靠稳定工作。2.扩展性强。本专利技术可根据情况，增加或裁减串口与脉冲输入口节点数量。附图说明图1为高精度时钟同步授时装置外部引脚接线原理框图；图2为FPGA内部结构原理框图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。当水下机器人在水面时可以接收卫星授时同步信号，本设备通过其授时信号进行时钟同步，使得设备时间与卫星时间保持同步一致。当水下机器人在水下作业时，利用时钟同步授时模块保持水下的守时精度。时钟同步授时模块可以向外部提供精确、标准、安全、可靠和多功能的时间服务(串口授时、1PPS脉冲信号输出等功能)。本装置利用FPGA运行速度快、管脚多、管脚管理灵活、内部程序并行运行等优点实现快速同时处理多条任务的功能。装置内部可以精确切分1PPS脉冲信号，时间分辨率可达到微秒级，在此项技术基础之上，本装置具有对外来串口传感器数据加注精确的采集时间戳数据(分辨率精确到微秒级)，并向外提供加注精确的采集时间戳数据的传感器数据的功能。高精度时钟同步授时装置，包括顺序连接的卫星信号接收模块、时钟同步守时模块和FPGA芯片；所述卫星信号接收模块，用于接收卫星授时信号；所述时钟同步守时模块，用于将卫星授时信号进行其内部时钟的授时，并向FPGA芯片发送周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号；所述FPGA芯片，用于根据周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号进行动态生成采集时间戳数据，对接收的传感器串口数据加注采集时间戳数据，并转发给串口服务器；直接对计算机提供时间戳数据，根据测深测扫声纳主机脉冲信号对测深测扫声纳主机提供时间戳数据。所述FPGA芯片包括时间模块、串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块；所述时间模块，用于接收时钟同步守时模块的周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号，对秒切分得到的毫秒微秒时间数据和授时数据解析得到的年月日时分秒时间数据进行打包得到时间戳数据，并发送时间戳数据至串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块；所述串口模块，用于根据时间戳数据对传感器串口数据加注时间，并输出加注采集时间戳数据后的串本文档来自技高网...

【技术保护点】
高精度时钟同步授时装置，其特征在于：包括顺序连接的卫星信号接收模块、时钟同步守时模块和FPGA芯片；所述卫星信号接收模块，用于接收卫星授时信号；所述时钟同步守时模块，用于将卫星授时信号进行其内部时钟的授时，并向FPGA芯片发送周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号；所述FPGA芯片，用于根据周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号进行动态生成采集时间戳数据，对接收的传感器串口数据加注采集时间戳数据，并转发给串口服务器；直接对计算机提供时间戳数据，根据测深测扫声纳主机脉冲信号对测深测扫声纳主机提供时间戳数据。

【技术特征摘要】
1.高精度时钟同步授时装置，其特征在于：包括顺序连接的卫星信号接收模块、时钟同步守时模块和FPGA芯片；所述卫星信号接收模块，用于接收卫星授时信号；所述时钟同步守时模块，用于将卫星授时信号进行其内部时钟的授时，并向FPGA芯片发送周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号；所述FPGA芯片，用于根据周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号进行动态生成采集时间戳数据，对接收的传感器串口数据加注采集时间戳数据，并转发给串口服务器；直接对计算机提供时间戳数据，根据测深测扫声纳主机脉冲信号对测深测扫声纳主机提供时间戳数据。2.根据权利要求1所述的高精度时钟同步授时装置，其特征在于所述FPGA芯片包括时间模块、串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块；所述时间模块，用于接收时钟同步守时模块的周期性秒脉冲定时信号、授时串口数据信号，对秒切分得到的毫秒微秒时间数据和授时数据解析得到的年月日时分秒时间数据进行打包得到时间戳数据，并发送时间戳数据至串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块；所述串口模块，用于根据时间戳数据对传感器串口数据加注时间，并输出加注采集时间戳数据后的串口数据给串口服务器；所述脉冲授时模块，用于根据测深测扫声纳主机脉冲信号将时间戳数据发送至测深测扫声纳主机；普通授时串口发送模块，用于将时间戳数据直接发送至计算机。3.根据权利要求2所述的高精度时钟同步授时装置，其特征在于所述时间模块包括：串口接收子模块，用于接收授时串口数据信号并发送至时间解析子模块；时间解析子模块，用于从授时串口数据中解析出年月日时分秒时间数据并发送至采集时间戳数据生成子模块；脉冲检测子模块，用于检测周期性秒脉冲定时信号；秒切分子模块，用于将周期性秒脉冲定时信号进行秒切分得到毫秒微秒时间数据；采集时间戳数据生成子模块，用于将年月日时分秒时间数据、毫秒微秒时间数据打包成采集时间戳数据并输出至串口模块、脉冲授时模块、普通授时串口发送模块。4.根据权利要求2所述的高精度时钟同步授时装置，其特征在于所述串口模块包括：串口接收子模块，用于根据接收控制子模块发来的接收使能信号接收传感器串口数据并发送单字节数据接收完毕信号和含有传感器串口数据的单字节数据至接收控制子模块，并根据第一个单字节数据起始位向加注时间子模块发送加注时间脉冲；接收控制子模块，用于根据单字节数据接收完毕信号向接收数据缓存子模块提供写数据请求信号，收到接受数据缓存子模块的数据未满信号后，将单字节数据发送至接收数据缓存子模块；接收数据缓存子模块，用于缓存单字节数据；并根据中间控制子模块的读数据请求信号向中间控制子模块提供单字节数据、空信号；中间控制子模块，用于根据接收数据缓存子模块的空信号判断接收数据缓存子模块缓存数据是否为空，在不为空的情况下并向接收数据缓存子模块提供读数据请求信号，收到发送数据缓存子模块的数据未满信号后，向发送数据缓存子模块发送写数据请求信号，将接收数据缓存子模块提供的单字节数据发送至发送数据缓存子模块；发送数据缓存子模块，用于缓存单字节数据，并根据发送控制子模块的读数据请求信号向发送控制子模块提供单字节数据、空信号；加注时间子模块，用于根据来自于串口接收子模块的加注时间脉冲将采集时间戳数据发送至发送控制子模块；发送控制子模块，用于将采集时间戳数据控制在串口数据之前发送，并根据串口发送子模块的单字节数据发送完毕信号向发送数据缓存子模块提供读数据请求信号，收到发送数据缓存子模块的空信号并判断发送数据缓存子模块缓存数据是否为空，在不为空的情况下向发送数据缓存子模块提供读数据请求信号，并向串口发送子模块提供含有时间戳数据和传感器串口数据的单字节数据，并发送发送使能信号至串口发送子模块；串口发送子模块，用于将含有时间戳数据和传感器串口数据的单字节数据经串口输出至串口服务器，并向发送控制子模块提供发送完毕信号。5.根据权利要求2所述的高精度时钟同步授时装置，其特征在于所述脉冲授时模块包括：脉冲检测子模块，用于检测脉冲信号并将开始发送信号发送至发送控制子模块；发送控制子模块，用于根据开始发送信号将采集时间戳数据发送至串口发送子模块，并向串口发送子模块发送发送使能信号；串口发送子模块，用于将含有采集时间戳数据的单字节数据经串口输出至计算机，并向发送控制子模块提供发送完毕信号。6.高精度时钟同步授时方法，其特征在于包括以下步骤：卫星信号接收模块接收卫星授时信号；时钟同步守时模块将卫星授时信号进行其内部时钟的授时，并向FPGA芯片发送周期性秒脉冲定时信...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洋，薛涛，刘开周，卢广宇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21