摘要：GPS授时以其精度高、受干扰小、实时等优点具有广泛的应用前景。研究具有定时功能的GPSOEM电路RS-232输出和1PPS输出的特点及应用，并提供了在电力系统功角广域测量中用其实现精确授时的方法，可用于改进传统的授时模式。

关键词：功角；全球定位系统；GPSOEM电路；秒脉冲；UTC；授时

中图分类号：TM930 文献标识码：A 文章编号：1006—6977(2006)01—0053—041 引言

电力系统中的功角稳定性、电压稳定性、频率动态变化及其稳定性是相互诱发、相互关联的，其中，发电机功角状况是电力系统运行的主要状态变量．也是系统稳定运行的标志。因此，实时测量发电机的功角是电力系统稳定监视和控制的关键。

电力系统内部各送端、受端的分布广泛而分散，若在各端安装一台GPS接收机，则GPS的全球性和高精度就能保证各地时间信号与UTC的相对误差都不超过lμs。这种全球范围内的高精度时间同步在电力系统检测和测量中具有极高的利用价值。文中设计了基于GPS的功角测量装置，可通过GPS接收板提供的秒脉冲和其时间标记来进行异地同步数据采集，实践证明其效果很理想。

2 GPSOEM接收GPS标准时间

2．1 GPS 电源供电．有12通道，最多可同时跟踪12颗卫星，如开通秒脉冲，可同时跟踪11颗卫星。

接收板自动捕获卫星信息时间小于2s，热启动时间约为15s(所有数据已知)，冷启动时间约为45s(初始位置和时间未知)。自动定位需要5min(历书已知，初始位置和时间未知)。

电子协会(National Marine Electromcs Association)的NMEA0183 ASCII码接口协议为基础的。输出为多条语句，内容包括经度、纬度、速度、方位角、高度、世界时、星历等信息。输出秒脉冲(1PPS)的精度高达±1μs。

单片机、计算机等)进行控制或触发，这样，即可记录下秒脉冲上升沿到来的准确时刻，再从RS-232接口传输的GPRMC语句获取UTC时刻，经计算处理即可求得设备的精确时钟差，从而得到精确的UTC时刻，实现GPS的精确授时。

用计时型单片机与GPS 0EM接收板组合，对OEM板的lPPs输出进行整形，用其来控制单片机的中断和软件计数脉冲，再把0EM板RS232口输出的数据送到单片机的串口输入端，为单片机提供1PIPS对应的UTC时刻值，其授时精度最高可以达10-6s以上。而且单片机具有精度高、可靠性高、体积小等优点。用秒脉冲结合RS-232输出的时间数据进行授时，这种方法需接收二种信号，即秒脉冲的电平信号（+3V)和RS-232格式中的UTC信号。而电平信号与RS-232格式信号不一致，因此，需分两个端口分别接收。在本次设计中，采用AT89S51型单片机接收RS-232时间数据，每秒更新一次。对应的UTC秒脉冲上升沿控制触发另一C8051F021型单片机同时采集3相电压和电流信号，然后将采集的信号和AT89S51型单片机存储的对应时标数据送到上位机进行下一步分析。

2．4 GPS授时系统的硬件组成

GPS卫星时钟接收机由GPS接收天线(5MHz，3V)、GPS ADM202E、单片机(AT89S51)、锁存器(74LS574)、双口RAM(CY7C13l的容量为1K)组成。硬件结构如图3所示。

由于AT89S5l型单片机的输出为0V～5V的_TTL电平，而OEM板配置的是RS-232标准串行接口，二者的性能规范不一致，不能直接进行通信。为使1TTL电平与RS-232标准协调，采用一种双路发送／接收集成电路(ADM202E)。该电路的功耗低，只需单电源（+5V）供电，片内具有两套电压提升器构成的4倍电压变换器，能产生+10V和-10V电压，这样就使单片机和0EM板之间的电压完全匹配。

在AT89S51型单片机系统中．当对外部数据存储器进行读写操作即执行MOVX@DPTR，A（累加器A中数据送片外数据存储器），MOVX A，@DPTR(片外数据存储器中数据送累加器A1指令时，DPTR的低8位地址在锁存信号ALE的下降沿被锁存在地址锁存器中。高8位地址直接送到目标．然后8位数据直接送往目标器件。

双端口。RAM最重要的特点是每个器件有2组数据总线、地址总线及控制总线。只要不是同时访问同一个存储单元，就允许2个端口同时对片内任何存储单元进行独立的读，写操作而互不干扰；如果2个端口同时访问同一个存储单元．则由片内的仲裁逻辑决定访问哪个端口。

在硬件设计中，经常需要2个设备有权访问同一块存储区，如果使用常规的单端口存储器，那么当某一个设备正在访问时．别的设备则无法访问．严重降低了工作效率．而且不论是采用HOLD信号使某一设备“挂起”的方法．还是采用二套总线二选一的方法，都给逻辑电路的设计增添了负担。相比之下，使用双端口RAM的好处至少有二点：首先，可将2个设备的总线与双端口RAM的2个端口分别相连，逻辑设计简洁明了；其次．只要安排得当，双口RAM无冲突地为2个端口服务，则可使访问效率比常规单端口RAM提高l倍。

2．5 GPS授时系统的软件设计

系统软件主要分为初始化、GPS数据接收存储、数据传送子程序3部分。软件流程如图4所示。

首先将GPS 2005年4月15日9时lO分8秒。

3 结束语

GPS具有全球性、全天候、精度高等优点，利用GPS精密授时功能可以快速、精确、同步地获得功角测量系统中的历史数据和实时状态。实践证明．这种全球范围内的高精度时间同步在电力系统检测和测量中发挥了极大的作用，GPS技术的应用必将对电力系统的安全检测、稳定控制带来革命性的变革，GPS技术的采用将大大促进和带动电力系统自动化技术的发展和提高。