[发明专利]一种用于远距离多点控制的高精度顺序控制单元和方法

说明书

技术领域

本发明属于远距离多点顺序控制领域，具体涉及一种用于远距离多点控制的高精度顺序控制单元和方法。

背景技术

顺序控制单元是测控系统中的同步触发控制设备，主要用于控制各类参试设备按照预定的时间顺序工作，确保试验的正常进行和试验数据的准确获取，是很多试验中的一类重要设备。

在顺序控制领域，顺序控制单元传统上多采用PLC(可编程逻辑控制器)实现，PLC性能稳定，可靠性高。但是PLC受限于其软件程序的扫描运行方式，顺序指令的时间精度不高，一般不优于百微秒。

对于高精度顺序控制，通常采用单片机和FPGA逻辑器件进行时间顺序指令的计算和输出。如文章名为《基于NIOSII处理器的多通道ns级时序控制同步机设计》所述，采用Altera公司的第二代FPGA嵌入式软核处理器NIOS II器件实现时间顺序同步，精度可达20ns(纳秒)，然而其时间范围不超过100s。如文章名为《一种多路时间序列控制仪的设计与实现》所述，通过单片机与FPGA组成的时间顺序电路控制模块实现精度达2us(微秒)、时间范围0～10s的20路时间顺序指令。目前看来，通过上述方法实现的顺序控制单元，时间精度高，但是存在时间范围小等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种时间精度高、时间范围广的用于远距离多点控制的顺序控制单元和方法，采用GPS驯服铷原子钟来实现与GPS标准时间高精度同步，通过专用时钟I/O口将铷原子钟模块产生的秒脉冲和100M频率信号送入Zynq-7000。可以实现时间精度最高可达10ns，时间范围可高达1秒～1000小时的顺序控制。

本发明的技术解决方案是：提供一种用于远距离多点控制的高精度顺序控制单元，其特殊之处在于：包括铷原子钟模块、PS模块、PL模块和指令输出模块；

上述PS模块与PL模块互相通讯；上述PL模块的输出端与指令输出模块的输入端连接；

上述铷原子钟模块用于接收GPS标准时间信号和秒脉冲信号，并在GPS标准时间信号无效时，自主计时，产生同步于GPS标准时间的本地时间、秒脉冲和100MHz频率；

铷原子钟模块将同步于GPS标准时间的本地时间发送至PS模块；铷原子钟模块将秒脉冲和100MHz频率发送至PL模块；

上述PS模块还接收以太网或者串口接收主控计算机发送的触发时间信息/零时信息；所述PS模块将触发时间和当前接收的本地时间相减，获得倒计时时间；根据倒计时时间计算计数个数并设定指令时间顺序，将计数个数发送至PL模块；

上述PL模块以秒脉冲和100MHz频率为基准、以PS模块发送的计数个数进行计数，计数完成，产生逻辑输出信号，并将逻辑输出信号发送至指令输出模块；

上述指令输出模块根据接收的PL模块发送的逻辑输出信号，并实时实现顺序控制指令输出。

上述计数个数包括m和n，上述m为倒计时时间的整秒个数，上述n为倒计时时间秒以下时间与10ns的倍数。

上述PL模块以秒脉冲为基准计数m-1次，以100MHz频率为基准计数n+10⁸次。

上述PS模块为以ARM双核处理器为核心的片上系统。

上述PL模块为FPGA逻辑器件。

上述指令输出模块为MAX4824模块。

本发明还提供了一种用于远距离多点控制的高精度顺序控制方法，包括以下步骤：

1)用GPS标准时间信号和秒脉冲信号，产生与GPS标准时间高度同步的本地时间信号、秒脉冲、100MHz频率高稳时钟；

2)通过以太网或者串口接收主控计算机发送的触发时间信息减去本地时间得到计数个数；

3)根据计数个数、秒脉冲、100MHz频率，开始计数，计数完成，输出逻辑高电平，驱动控制指令输出。

上述步骤2)与步骤3)具体为：

2.1)系统初始化，等待接收触发时间信息并进行校验，如果接收到触发时间信息则接收本地时间，否则，返回继续接收触发时间信息；

2.2)将触发时间和当前本地时间相减，获得倒计时时间，然后计算计数个数并设定指令时间顺序，计数个数包括m和n，所述m为倒计时时间的整秒个数，所述n为倒计时时间秒以下时间与10ns的倍数；PS模块将计数个数发送到PL模块；