專利名稱：基于gps技術的信息處理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及數據處理技術領域，特別是對互聯網數據中心收集到的基于GPS采集的同步數據進行的處理和加工。
背景技術：
GPS精確授時技術全球定位系統(Global Positioning System-GPS)是美國于1993年全面建成的新一代衛星導航、定位和授時系統。UCT是一種以原子鐘秒長為基礎，在時刻上盡量接近世界時的一種折衷的時間系統，它的秒長嚴格等于原子時秒長，采用閏秒修正方法使其與世界時時刻相接近，它是目前世界各國時號播發的基礎；GPS時是全球衛星定位系統建立的專用時間系統，它由GPS主控站里的一組高精度原子鐘所控制。GPS時屬于原子時系統，其秒長與UCT相同，GPS時是一種連續計時系統，不含閏秒修正，它與U CT的時刻規定于1980年I月5日0時相同，其后，隨著時間的積累，兩者之間的差異表現為秒的整數倍。可以說，GPS時和UCT是兩種既相關又不同的時間尺度。由于GPS時與UCT是一種相關的時間系統，其偏差已包括在導航電文中，因此，用戶接收機給出的時間一般都是同步到UCT后的結果。在互聯網系統中，必須選取統一的時間基準，以使各個網絡站點數據采集單元同步工作，并將收集到的數據標定時間。目前時間基準的選取，基本為全球定位系統(GPS)提供，GPS可以提供小于I微秒的高精度時鐘。錄波系統利用GPS時鐘產生同步采樣脈沖，使各個采集單元動作同步，并在采集到的數據上標定時標，從而為將來的數據分析過程提供了由時間參考的數據。
發明內容
本發明涉及數據 處理技術領域，提供一種基于GPS技術的信息處理系統，包括數據采集單元、模數轉換單元、數據處理單元、同步觸發單元、錄波與運算單元以及存儲與管理單元，其特征在于采用GPS信號為同步觸發單元提供同步脈沖。其中，模數轉換單元為三個，分別與外部擴展總線相連，所述外部擴展總線與數據處理單元和同步觸發單元相連；數據處理單元和同步觸發單元構成FPGA的單元,所述FPGA單元通過EMIF和錄波與運算單元相連；錄波與運算單元通過HPI總線與存儲與管理單元相連。該系統還包括相互并聯的三個開關量檢測單元以及邏輯控制單元，所述開關量檢測單元也與外部擴展總線相連。所述邏輯控制單元對FPGA單元、錄波與運算單元、存儲與管理單元分別進行邏輯控制。動態數據采集處理系統被劃分為三層，第一層為信號處理層基于FPGA實現，完成GPS時間信息處理、同步模數轉換，形成采樣數據流。第二層為數據處理層，基于DSP處理器實現，完成采樣數據緩沖、計算分析與綜合處理。第三層為文件處理層，基于ARM處理器實現，完成數據的分類、壓縮、錄波文件生成和數據傳輸。該系統基于GPS的高精度授時方案，接收來自GPS接收單元的時間信息，將時間信息解碼，進行脈沖修正，生成同步采樣信號和時間標記；確保在不同采樣站點的數據采集單元準確同步。
圖1為核心單元的結構框圖。
具體實施例方式基于GPS同步的動態數據采集處理系統，能保證對高速瞬變信號的同步采集和長期不間斷的穩態錄波。由于FPGA具有速度快、效率高、內部延時小，全部控制邏輯由硬件完成的特點，在高速采集系統中得到廣泛應用。圖1為核心單元的結構框圖，其中利用了 FPGA實現高速的同步數據采集，利用DSP實現暫態、穩態錄波和相關計算分析，利用ARM實現數據存儲與管理。高速采集單元采用8個A/D轉換器分別以最高8MHz的采樣率對所需信號進行同步采樣；而每個同步模數轉換單元通過多路采樣保持電路可以同時采集32路模擬量，最高采樣率為IOkHz ;每個開關量檢測單元可以同時檢測64個開關量。同步觸發單元根據GPS秒脈沖進行國際標準時(Universal Coordinated Time,縮寫為UCT)在線預測，進而產生與UCT秒時鐘同步的采樣脈沖。動態錄波是指數據綜合處理單元在同步采樣脈沖的驅動下，控制外圍A/D轉換進行同步采樣和高速緩存，同時記錄外部啟動元件輸入信號，如果啟動信息·無效，DSP讀取采集單元緩存的數據并用它刷新SDRAM內的緩存的采樣數據，如果啟動信息有效，DSP先完成啟動后數據的記錄，然后通知ARM從SDRAM讀取啟動前和啟動后的數據。穩態錄波是指錄波系統對采樣數據進行連續的不間斷的記錄和保存并根據需要產生計算數據。由此可以看到，該系統的功能通過模數轉換、GPS精確授時與晶振守時、時間信息的產生、數據的高速傳送和總線設計等技術實現。動態數據采集處理系統被劃分為三層，如圖1所示，第一層為信號處理層基于FPGA實現，完成GPS時間信息處理、同步模數轉換，形成采樣數據流。第二層為數據處理層，基于DSP處理器實現，完成采樣數據緩沖、計算分析與綜合處理。第三層為文件處理層，基于ARM處理器實現，完成數據的分類、壓縮、錄波文件生成和數據傳輸。GPS被廣泛應用于互聯網、通信、電力等系統，以GPS系統提供的時間作為一個共同的基準，異地電壓、電流相位采樣的同步以及整個測量系統的時間、頻率的一致性等問題都可以得到很好的解決。以上實現了同步A/D轉換，數據綜合處理單元在每個同步采樣脈沖上升沿同時啟動多路A/D轉換，實現輸電線路電流、電壓同步數據采集，并緩存采樣數據。DSP連續從數據采集單元獲取線路電流、電壓數據并緩存到SDRAM，啟動信號發生后，ARM從DSP讀取啟動前和啟動后的電流、電壓數據并把數據保存到永久存儲器以備后續分析和處理所用。在圖1中第一層包括數據綜合處理單元、同步觸發單元都是基于FPGA實現的，同步模數轉換單元與高速采集單元時序與緩沖也是基于FPGA設計的，作為核心單元的第一級信號處理單元，其主要的功能是
(I)3個同步模數轉換單元完成對96路模擬量信號的模數轉換和數據記錄，3個開關量檢測單元完成192路開關量的數據記錄，高速采集單元完成對8路模擬量信號的高速模數轉換和數據記錄。(2)同步觸發單元將實現基于GPS的高精度授時方案，其接收來自GPS接收單元的時間信息，將時間信息解碼，進行秒脈沖修正，生成同步采樣信號和時間標記。(3)數據綜合處理單元在接收到來自同步觸發單元的同步采樣信號后啟動3個模數轉換單元、高速采集單元和3個開關量檢測單元進行數據的采集，同時從同步觸發單元讀取時間標記信息。當數據采集過程完畢以后，數據綜合處理單元將對各單元逐個訪問，將讀取到的數據暫時緩存于該單元，當數據量達到設定值后通過EMIF總線發送給錄波與運算單元。以上通過圖示和說明提出了本發明的描述，上述舉例，并非窮舉，本領域的普通技術人員可以在本發明的精神和范 圍內作出改進和變形。
權利要求
1.一種基于GPS技術的信息處理系統，包括數據采集單元、模數轉換單元、數據處理單元、同步觸發單元、錄波與運算單元以及存儲與管理單元，其特征在于采用GPS信號為同步觸發單元提供同步脈沖。
2.如權利要求1所述的信息處理系統，其中模數轉換單元為三個，分別與外部擴展總線相連，所述外部擴展總線與數據處理單元和同步觸發單元相連。
3.如權利要求1所述的信息處理系統，還包括相互并聯的三個開關量檢測單元，所述開關量檢測單元也與外部擴展總線相連。
4.如權利要求2所述的信息處理系統，其中數據處理單元和同步觸發單元構成FPGA的單元，所述FPGA單元通過EMIF和錄波與運算單元相連。
5.如權利要求3所述的信息處理系統，錄波與運算單元通過HPI總線與存儲與管理單元相連。
6.如權利要求1至5中任一項所述的信息處理系統，還包括邏輯控制單元，所述邏輯控制單元對FPGA單元、錄波與運算單元、存儲與管理單元分別進行邏輯控制。
全文摘要
本發明涉及數據處理技術領域，提供一種基于GPS技術的信息處理系統，包括數據采集單元、模數轉換單元、數據處理單元、同步觸發單元、錄波與運算單元以及存儲與管理單元，采用GPS信號為同步觸發單元提供同步脈沖。該系統基于GPS的高精度授時方案，接收來自GPS接收單元的時間信息，將時間信息解碼，進行脈沖修正，生成同步采樣信號和時間標記；確保在不同采樣站點的數據采集單元準確同步。
文檔編號H04J3/06GK103051408SQ20121055745
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
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