長波信號自動監測儀的製作方法
2023-06-18 11:17:46 2
專利名稱：長波信號自動監測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電子模擬信號測量和高精度時間信號比對技術領域，具體涉及到長波信號自動監測儀。
背景技術：
長波(呼號BPL)臺是目前我國授時精度最高的授時臺。為了確保授時系統的正常工作，就需要建立長波監視系統來監測和監視長波臺的運行。
原來的長波監視系統由一臺PO20長波定時接收機、一臺記錄儀、一臺時間間隔計數器，一臺印表機和一臺定時控制儀組成。定時接收機接收長波信號，並輸出輻度、波形、相位三路模擬信號和秒脈衝信號，記錄儀通過繪曲線記錄三路模擬信號的變化情況，時間間隔計數器記錄守時鐘房秒信號和定時接收機秒信號的時間間隔，印表機列印輸出這種時間間隔測量值，定時控制儀用於定時開啟和關閉設備，以實現定時記錄。這種監視系統的主要缺點如下因是非計算機化的模擬記錄，必然是紙張上的記錄形式，不便於對長波臺以前的運行情況進行查詢，統計和分析，不便於進行數據再處理。記錄耗費大，記錄結果保存不便。系統構成較為複雜，很容易出現機械故障。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題以及解決其技術問題所採用的技術方案是它包括鍾房秒脈衝通道。斜坡電路1，輸入端接鍾房秒脈衝通道。採保放大電路1，輸入端接斜坡電路1和鍾房秒脈衝通道。PO20秒脈衝通道，輸入端接鍾房秒脈衝通道。斜坡電路2，輸入端接PO20秒脈衝通道。採保放大電路2，輸入端接斜坡電路2和PO20秒脈衝通道。LED指示燈，輸入端接鍾房秒脈衝通道和PO20秒脈衝通道。5M標頻放大整形，該電路的輸出端接鍾房秒脈衝通道1和PO20秒脈衝通道。脈衝計數器，輸入端接接5M標頻放大整形。將模擬信號轉化為數位訊號的幅度電平變換和波形電平變換以及相位電平變換。模擬開關，輸入端接幅度電平變換和波形電平變換以及相位電平變換。A/D轉換器，輸入端接模擬開關，通過總線與脈衝計數器相連。計算機系統，該系統的輸入端接採保放大電路1、採保放大電路2、PO20秒脈衝通道、脈衝計數器，該系統的輸出端接鍾房秒脈衝通道、LED指示燈、LCD顯示器、串行接口電路，並通過總線與脈衝計數器和A/D轉換器相連。
本實用新型的採保放大電路1包括採保電路，該電路的輸入端接斜坡波電路1的輸出端。它包括放大電路，該電路的輸入端接採保電路、輸出端接計算機系統。它還包括與採保電路與放大電路相連接的穩壓電路。
本實用新型的採保放大電路1與採保放大電路2相同。
本實用新型的鐘房秒脈衝通道與PO20秒脈衝通道電路相同。本實用新型的斜坡電路1與斜坡電路2相同。本實用新型的幅度電平變換與波形電平變換與相位電平變換相同。
本實用新型將模擬監視系統變為數位化監視系統，建立起了長波臺運行的數據檔案，大大方便了長波臺運行情況的查詢、統計和分析，使數據的再處理成為可能，簡化了系統結構，降低了消耗。由於長波運行情況從計算機顯示器上即可直接看出，不需要通過記錄紙才可看到，因而節約了列印紙量等消耗品的支出。資料保存方便，異地查看迅速，監測數據通過計算機網絡可以快捷地發往其它地方，收到監測數據的用戶就可以向長波監測站工作人員一樣地對數據進行查看和處理。
圖1是本實用新型的電氣原理方框圖。
圖2是本實用新型的計算機系統單放大整形計數電路的電子線路原理圖。
圖3是本實用新型的通道及採保放大電路的電子線路原理圖。
圖4是本實用新型的電平變換及A/D轉換電路的電子線路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明，但本實用新型不限於這些實施例。
圖1給出了本實用新型的電氣原理方框圖，參見圖1。在圖1中，本實用新型由鍾房秒脈衝通道、斜坡電路1、採保放大電路1、PO20秒脈衝通道、斜坡電路2、採保放大電路2、5M頻標放大整形、脈衝計數器、幅度電平變換、波形電平變換、相位電平變換、摸擬開關、A/D轉換器、計算機系統、LCD顯示器、LED指示燈、串行接口電路連接構成。
在圖2、3中，本實施例的計算機系統由集成電路U1～集成電路U4、二極體D1、R1～R6、C1～C3、振蕩器C4連接構成，集成電路U1的型號是80C196KC為單片機、集成電路U2的型號是74LS373為地址鎖存器、集成電路U3的型號是74LS138為解碼器、集成電路U4的型號是2764為程序存貯器。集成電路U1的AD0～AD7端通過總線接集成電路U2的D0～D7端、集成電路U4的D0～D7端、LCD顯示器和脈衝計數器，集成電路U1的AD12端接集成電路U4的A12端、AD13～AD15端接集成電路U3的A～C端，集成電路U1的12、13、16腳接由二極體D1、R1、C1連接的復位電路，集成電路U1的66和67腳接由振蕩器C4、C2、C3連接的時鐘電路，集成電路U1的19～23腳分別通過R2～R6接5v電源正極。集成電路U2的Q0～Q7端接集成電路U4的A0～A7端。
本實施例的LCD顯示器由集成電路U5、集成電路U6A、集成電路U6B、集成電路U6C、集成電路U6D、R7～R9連接構成，集成電路U5的型號是MDL20268為液晶顯示器，集成電路U6A、集成電路U6B、集成電路U6C、集成電路U6D的型號為74LS00。集成電路U5的DB0～DB7端通過總線接集成電路U1的AD0～AD7端、1腳接地、2腳接5v電源正極並通過R8和R7接地、3腳通過R7接地、LED端通過R9接地、6腳接集成電路U6C的8腳，集成電路U6C的9腳接5v電源正極、10腳接集成電路U6B的6腳，集成電路U6B的4腳接集成電路U6D的11腳、5腳接集成電路U6A的3腳，集成電路U6A的1腳接接集成電路U1的RD端、2腳接集成電路U1的WR端。
本實施例的脈衝計數器由集成電路U19C、集成電路U20A、集成電路U20B、集成電路U21A、集成電路U21B、集成電路U22A、集成電路U22B、集成電路U23、集成電路U24、集成電路U25連接構成，集成電路U19C的型號為74HC10，集成電路U20A、集成電路U20B、集成電路U21A、集成電路U21B、集成電路U22A、集成電路U22B的型號為74LS393，集成電路U23、集成電路U24、集成電路U25的型號為74LS374。集成電路U23、集成電路U24、集成電路U25的Q0～Q7端通過總線接集成電路U1的AD0～AD7，集成電路U20A的CLK端接集成電路U19C的3腳，集成電路U20A、集成電路U20B、集成電路U21A、集成電路U21B、集成電路U22A、集成電路U22B的MR端接鍾房秒脈衝通道，集成電路U19C的9腳接鍾房秒脈衝通道、10腳接PO20秒脈衝通道、11腳接鍾房秒脈衝通道和PO20秒脈衝通道以及5M標頻放大整形。集成電路U20A的Q0～Q3端接集成電路U23的D0～D3端、6腳接集成電路U20B的13腳，集成電路U20B的Q0～Q3端接集成電路U23的D4～D7端、8腳接集成電路U21A的1腳，集成電路U21A的Q0～Q3端接集成電路U24的D0～D3端、6腳接集成電路U21B的13腳，集成電路U21B的Q0～Q3端接集成電路U24的D4～D7端、8腳接集成電路U22A的1腳，集成電路U22A的Q0～Q3端接集成電路U25的D0～D3端、6腳接集成電路U22B的13腳，集成電路U22B的Q0～Q3端接集成電路U25的D4～D7端。
本實施例的5M標頻放大整形由集成電路U7C、集成電路U13A、三極體N1、二極體D2、R21～R23、R25、C14、C15、C17連接構成，集成電路U7C的型號為74HC04，集成電路U13A的型號為74LS221。三極體N1的基極接二極體D2的負極和C14的一端以及通過R22接集極、通過R23接5v電源正極和C15的一端、集成電路U7C的輸入端5腳，二極體D2的正極接地，C14的另一端通過R21接5MHz標頻源輸入口B3，C15的另一端接地，集成電路U7C的輸出端接集成電路U13A的2腳，集成電路U13A的14腳接C17的一端、15腳接C17的另一端並通過R25接電源負極、4腳接PO20秒脈衝通道。
本實施例的LED指示燈由集成電路U7A、集成電路U7D、集成電路U7E、集成電路U13B、集成電路U19A、指示燈L1～指示燈L3、R10～R12、R24、C16連接構成，集成電路U7A、集成電路U7D、集成電路U7E的型號為74HC04，集成電路U19A的型號為74HC04，集成電路U13B的型號為74LS221。指示燈L3的正極通過R10接集成電路U1的29腳，指示燈L1的正極通過R11接集成電路U19A的12腳，指示燈L2的正極通過R12接集成電路U7D的8腳，指示燈L1～指示燈L3的負極接地，集成電路U7D的9腳接集成電路U7E的10腳，集成電路U7E的11腳接鍾房秒脈衝通道輸入口B1，集成電路U19A的13腳接集成電路U7A的1腳和PO20接收機秒脈衝接口B2，集成電路U7A的2腳接集成電路U13B的10腳，集成電路U13B的6腳接C16的一端、7腳接C16的另一端並通過R24接5v電源負極、5腳接PO20秒脈衝通道。
在圖3中，本實施例的鐘房秒脈衝通道由集成電路U8A、集成電路U8B、集成電路U9A、集成電路U9B、集成電路U10A、集成電路U10B、R13、C4、C5、電位器P1連接構成，集成電路U8A、集成電路U8B、集成電路U10A、集成電路U10B的型號為74HC74，集成電路U9A、集成電路U9B的型號為74HC221。集成電路U8A的3腳接LED指示燈的集成電路U7E的11腳、2腳接電位器P1的一端和可調端以及5v電源正極、5腳接集成電路U8B的13腳和集成電路U19C的9腳以及PO20秒脈衝通道、6腳接集成電路U9A的1腳和脈衝計數器集成電路U22B的12腳。集成電路U9A的15腳接電位器P1的另一端和C4的一端、14腳接C4的另一端、4腳接集成電路U10A的3腳、2腳和3腳接5v電源正極。集成電路U10A的5腳接斜坡電路1、1腳接集成電路U8A的1腳和集成電路U10B的13腳。集成電路U8B的11腳接集成電路U13A的4腳和集成電路U9C的11腳和PO20秒脈衝通道、8腳接集成電路U9B的9腳。集成電路U9B的6腳接C5的一端、7腳接R13和C5的另一端、10腳和11腳接R13的另一端和5v電源正極、12腳接集成電路U10B的11腳。集成電路U10B的8腳接採保放大電路1。
本實施例的PO20秒脈衝通道由集成電路U14A、集成電路U14B、集成電路U15A、集成電路U15B、集成電路U16A、集成電路U16B、R26、C18、C19、電位器P5連接構成，集成電路U14A、集成電路U14B、集成電路U16A、集成電路U16B的型號為74HC74，集成電路U15A、集成電路U15B的型號為74HC221。集成電路U14A的3腳接集成電路U13B的5腳、1腳接集成電路U8A的5腳、5腳接集成電路U14B的13腳、6腳接集成電路U15A的1腳。集成電路U14B的11腳接集成電路U13A的4腳、12腳和集成電路U15A的2腳和3腳接電源負極。集成電路U16A的5腳接斜坡電路2。集成電路U16B的8腳接採保放大電路2。本實施例PO20秒脈衝通道的其它元器件的連接關係與鍾房秒脈衝通道1相應元器件的連接關係相同。
本實施例的斜坡電路1由R14、C6連接構成。R14的一端接集成電路U10A的5腳、另一端接C6的一端和採保電路1，C6的另一端接地。
本實施例的斜坡電路2由R27、C20連接構成。R27的一端接集成電路U16A的5腳、另一端接C20的一端和採保電路2，C20的另一端接地。
本實施例的採保放大電路1由集成電路U11、集成電路W1、集成電路U12、R15～R20、C7～C13、電位器P2～電位器P4連接構成，其中集成電路U11、C8構成採保電路，集成電路W1、R15、R16、C7、電位器P2連接成穩壓電路，集成電路U12、R17～R20、C9～C13、電位器P3、電位器P4連接成放大電路，集成電路U11的型號為AD781，集成電路W1的型號為LM317，集成電路U12的型號為NE5534。集成電路U11的2腳接R14的另一端、7腳接集成電路U10B的8腳、1腳接集成電路W1的一端和C7的一端、8腳通過R18接集成電路U12的3腳並通過R20接地、5腳接C8的一端，C8的另一端接地。集成電路W1的另一端接C10的一端並通過R16接3端和R15的一端，C10的另一端接地，R15的另一端接電位器P2的一端，電位器P2的另一端和可調端以及C8的一端接12v電源負極，R17、R19、C9的一端接C10的一端，R17和C9的另一端接12v電源負極。集成電路U12的2腳接電位器P4的一端、4腳接C11的一端和12v電源負極、1腳接電位器P3的一端、8腳接電位器P3的另一端和C13的一端、5腳接C13的另一端，電位器P3的可調端和C12的一端接12v電源正極，C11和C12的另一端接地，集成電路U12的6腳接電位器P4的另一端和可調端以及計算機系統集成電路U1的6腳。
本實施例的採保放大電路2由集成電路U17、集成電路W2、集成電路U18、R28～R33、C21～C27、電位器P6～電位器P8連接構成，集成電路U17的型號為AD781，集成電路W2的型號為LM317，集成電路U18的型號為NE5534。集成電路U17輸入端2腳接斜波電路2的R27的另一端、7腳接集成電路U16B的8腳。集成電路U18的輸出端6腳接計算機系統集成電路U1的5腳。本實施例採保放大電路2的其它元器件的連接關係與採保放大電路1相應元器件的連接關係相同。
在圖4中，本實施例的幅度電平變換由集成電路U23、集成電路W3、R36～R41、C35、C36、電位器P9～電位器P11連接構成，集成電路U23的型號為OP-07，集成電路W3的型號為317。集成電路U23的正向輸入端3腳通過R38接接收機和C36的一端並通過R36接地、負向輸入端2腳接R37的一端和電位器P9的一端、1腳接電位器P10的一端、8腳接電位器P10的另一端、7腳接電位器P10的可調端和15v電源正極、輸出端6腳接電位器P9的另一端和可調端以及模擬開關電路。C36的另一端接地，R37的另一端接集成電路W3的一端、R39和R40以及C35的一端，集成電路W3的另一端接15v電源正極、3端接電位器P11的一端和可調端以及R40的另一端，電位器P11的另一端接R41的一端，R39、R41、C35的另一端接地。
本實施例的波形電平變換由集成電路U24、集成電路W4、R42～R47、C37、C38、電位器P12～電位器P14連接構成，集成電路U24的型號為OP-07，集成電路W4的型號為317。該電路元器件的連接關係與幅度變換電路元器件的連接關係相同。
本實施例的相位電平變換由集成電路U25、集成電路W5、R48～R53、C39、C40、電位器P15～電位器P17連接構成，集成電路U25的型號為OP-07，集成電路W5的型號為317。該電路元器件的連接關係與幅度變換電路元器件的連接關係相同。
本實施例的模擬開關由集成電路U21、集成電路U22、集成電路U26A、集成電路U26B、集成電路U26C連接構成，集成電路U21的型號為74HC373，集成電路U22的型號為4051，集成電路U26A、集成電路U26B、集成電路U26C的型號為7400。集成電路U22的15腳接幅度電平變換電路的集成電路U23的輸出端6腳、12腳接波形電平變換電路的集成電路U24的輸出端6腳、13腳接相位電平變換電路的集成電路U25的輸出端6腳、11腳和10腳分別接集成電路U21的6腳和9腳、3腳接A/D轉換器。集成電路U21的7腳和8腳分別接集成電路U1的60腳和59腳、11腳接集成電路U26C的8腳，集成電路U26C的9腳接集成電路U26B的6腳、10腳接5v電源正極，集成電路U26B的4腳接集成電路U26A的3腳、5腳接集成電路U1的62腳，集成電路U26A的1腳接5v電源正極、2腳接集成電路U3的10腳。
本實施例的A/D轉換器由集成電路U19、集成電路U26D、R34、R35、C28、C29連接構成，集成電路U19的型號為AD1674JN，集成電路U26D的型號為7400。集成電路U19的13腳接集成電路U22的3腳、5腳和4腳以及3腳分別接集成電路U1的60腳和59腳以及集成電路U3的9腳、6腳接集成電路U26D的11腳、27腳～20腳接數據總線、16腳～19腳接24腳～27腳、8腳通過R34接12腳並通過R35接10腳、15腳接C28和C29的一端，7腳接C28的另一端和15v電源正極、11腳接C29的另一端接15v電源負極，集成電路U26D的12腳接集成電路U1的61腳、13腳接5v電源正極。
本實施例的串行接口電路由集成電路U20、接口CON1、C30～C34連接構成。集成電路U20的型號為MAXIH232，接口CON1的型號為DB9。集成電路U20的11腳、12腳分別接集成電路U1的18腳、17腳。
本實用新型的工作原理如下集成電路U1的HSO.0埠在集成電路U1控制下，由低電平變為高電平時，觸發器集成電路U8A處於導通狀態。當經B1的開門(鍾房)秒脈衝到來時，使集成電路U8A輸出狀態發生翻轉，這樣集成電路U19C被打開，5MHz脈衝信號開始被由集成電路U20A～集成電路U22B組成的二進位脈衝計數器計數，計數結果通過集成電路U23～集成電路U25可被集成電路U1讀取。集成電路U8A的6腳由高電平變到低電平，還將引起集成電路U10A的5腳由低電平到高電平變化，並使路C6開始充電。集成電路U8A狀態翻轉後的第一個5MHz脈衝正沿通過集成電路U8B、集成電路U9B、集成電路U10B使集成電路U11由採樣狀態變到保持狀態，並記錄此時C6的充電值，該值被集成電路U12放大後經6腳輸出到集成電路U1做A/D變換處理，最後得到與C6充電值相應的數值。這一數值反映了開門秒脈衝與其後第一個5MHz脈衝的時間間隔大小。
當經B2的關門(PO20)秒脈衝到來時，使集成電路U14A輸出狀態發生變化，並通過集成電路U15A使集成電路U16A的5腳由低電平變為高電平，使C20開始充電，關門秒脈衝之後的第一個5MHz脈衝，使集成電路U14B的9腳由低電平變為高電平，引起集成電路U1中斷；集成電路U14B的8腳由高電平變為低電平，一方面阻斷5MHz脈衝到集成電路U20A的通路，結束了計數器的計數，一方面通過集成電路U15B使集成電路U17由採樣狀態變為保持狀態，並記錄此時C20的充電值，該值被集成電路U18放大後經6腳輸出到單片機做A/D變換，變換結果反映了關門秒脈衝與其後第一個5MHz脈衝的時間間隔大小。
在集成電路U14B的9腳中斷信號的作用下，集成電路U1根據脈衝計數器和分別與開門秒脈衝和關門秒脈衝相對應的A/D變換結果，就可計算出，開門秒脈衝和關門秒脈衝的時間間隔。其分辯率為200ps。
上述電路也可單獨做成高精度時間間隔計數器。
三極體N1和集成電路U13A及其外圍電路起將5MHz正弦信號變為尖脈衝的作用。指示燈L1、指示燈L2分別是開門秒脈衝和關門秒脈衝指示燈，指示燈L3是長波授時臺工作指示燈，集成電路U1根據幅度模擬信號A/D變換結果，控制它的亮或熄，亮說明長波授時臺處於工作狀態，熄說明長波授時臺處於停機狀態。集成電路U13B、集成電路U9A、集成電路U9B、集成電路U15A、集成電路U15B起延時作用，集成電路W1、集成電路W2及其外圍電路分別提供和調節集成電路U12和集成電路U18的參考電壓。
集成電路U23、集成電路U24、集成電路U25運算放大電路分別對波形、幅度、相位三路模擬信號進行放大處理，處理後的信號分時經模擬開關集成電路U22送往集成電路U19進行12位A/D變換，變換結果由集成電路U1讀取。
集成電路U21通過鎖存地址信號起選擇模擬開關集成電路U22通道的作用，集成電路W3、集成電路W4、集成電路W5分別提供和調節集成電路U23、集成電路U24、集成電路U25的參考電壓。集成電路U20是單5v電源串口接口蕊片，監測儀通過它與計算機進行數據通信。
權利要求1.一種長波信號自動監測儀，其特徵在於它包括鍾房秒脈衝通道；斜坡電路1，輸入端接鍾房秒脈衝通道；採保放大電路1，輸入端接斜坡電路1和鍾房秒脈衝通道；P020秒脈衝通道，輸入端接鍾房秒脈衝通道；斜坡電路2，輸入端接PO20秒脈衝通道；採保放大電路2，輸入端接斜坡電路2和PO20秒脈衝通道；LED指示燈，輸入端接鍾房秒脈衝通道和PO20秒脈衝通道；5M標頻放大整形，該電路的輸出端接鍾房秒脈衝通道1和PO20秒脈衝通道；脈衝計數器，輸入端接接5M標頻放大整形；將模擬信號轉化為數位訊號的幅度電平變換和波形電平變換以及相位電平變換；模擬開關，輸入端接幅度電平變換和波形電平變換以及相位電平變換；A/D轉換器，輸入端接模擬開關，通過總線與脈衝計數器相連；計算機系統，該系統的輸入端接採保放大電路1、採保放大電路2、PO20秒脈衝通道、脈衝計數器，該系統的輸出端接鍾房秒脈衝通道、LED指示燈、LCD顯示器、串行接口電路，並通過總線與脈衝計數器和A/D轉換器相連。
2.按照權利要求1所說的長波信號自動監測儀，其特徵在於所說的採保放大電路1包括採保電路，該電路的輸入端接斜坡波電路1的輸出端；它包括放大電路，該電路的輸入端接採保電路、輸出端接計算機系統；它還包括與採保電路與放大電路相連接的穩壓電路。
3.按照權利要求1或2所說的長波信號自動監測儀，其特徵在於所說的採保放大電路1與採保放大電路2相同。
4.按照權利要求1所說的長波信號自動監測儀，其特徵在於所說的鐘房秒脈衝通道與PO20秒脈衝通道電路相同；所說的斜坡電路1與斜坡電路2相同；所說的幅度電平變換與波形電平變換與相位電平變換相同。
專利摘要一種長波信號自動監測儀，它包括鍾房秒脈衝通道、斜坡電路1、採保放大電路1、PO
文檔編號H04B17/00GK2588673SQ0229251
公開日2003年11月26日 申請日期2002年12月23日 優先權日2002年12月23日
發明者樊戰友 申請人:中國科學院國家授時中心