基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点制造技术

本发明专利技术公开了一种基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，属于结构健康监测技术领域。解决了传统传感器节点成本高、数据采集不同步以及如何将无线传输方式与GPS同步可靠结合的问题。主要包括GPS模块、WiFi模块、电源管理模块以及数据采集模块。本发明专利技术有效缩简节点布置繁杂的步骤，在GPS授时下实现了真正意义上的时间同步，使采集到的数据更加准确；将无线传输方式与GPS的同步技术有效地、可靠地结合在一起，提高了数据采集的效率，减少了成本；本发明专利技术将整个电路进行完全模块化设计，电路性能非常稳定可靠，故障率低，使用寿命长，而且简化地电路设计大幅度缩短产品生产周期，企业生产效率非常高。

【技术实现步骤摘要】
基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点
本专利技术属于结构健康监测
，具体地说，尤其涉及一种真正意义上的数据同步、低布置成本、电路设计模块化、简单化、高稳定性能的基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点。
技术介绍
目前现有的传感器节点大多是有线的，通过电线进行供电以及数据交互，以有线的方式插到适配器以及通过采集卡与电脑进行数据传输；而在信号同步方面多采用的是系统时钟控制多个传感器节点的信号采集，PC端在现场一直接受整个设备采集的数据。这种传感器节点存在两个很明显的弊端：1.有线极大地限制了数据采集的范围，增加了传感器节点的体积，有线的情况下需要适配器以及数据采集卡，增加了传感器节点的成本，提高了设备的维护资金。另外，PC端一直在现场采集数据严重耗费人力物力；尤其面对布线非常复杂的大型建筑物和恶劣环境下的状态监测，有线传感器节点的劣势更加突显；2.在信号同步方面，利用系统时钟来控制传感器节点的同步数据采集因为适中的准确度不一造成的监测数据不同步现象依旧发生。随着GPS技术的进步，GPS的授时功能的出现使得大范围分布式同步数据的精确获取成为一种可能，但是目前应用到GPS的授时功能的同时又受到了有线的约束，使得测量距离因为数据线的存在而仅仅局限在小范围的分布式数据采集上，但是又随着WiFi、ZigBee、Bluetooth等无线技术的飞速发展，数据的传输方面的方式方法也随之迈出了一大步，可以通过无线的传输方式将数据从采集端传输到数据的储存以及分析端口。那么，如何将无线传输方式与GPS的同步技术有效地、可靠地结合在一起，或者说如何将无线传输方式与GPS的同步技术在数据采集监测方面得到稳定可靠地应用，是无线传感器网络
亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种真正意义上的数据同步、低布置成本、电路设计模块化、简单化、高稳定性能的基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，包括GPS模块、WiFi模块、电源管理模块以及数据采集模块；所述电源管理模块为所述GPS模块、所述WiFi模块、所述数据采集模块提供工作电源；所述GPS模块与卫星电信号连接，其以UART通信方式将UTC时间信息、1PPS脉冲信号发送至所述数据采集模块,所述数据采集模块在所述GPS模块1PPS脉冲的上升沿/下降沿进行数据采集，并将数据以串口通信的方式发送至WiFi模块，所述WiFi模块将接收到的信息发送至其他节点或服务器终端。优选地，所述数据采集模块包括总控制器MCU单元、A/D转换器单元以及振动加速度传感器单元，所述振动加速度传感器单元在所述GPS模块发送的1PPS脉冲的上升沿/下降沿实现x、y、z方向上的振动加速度信号和环境温度信号的采集，所述A/D转换器单元将振动加速度传感器输出的模拟信号转换为数字信号，所述A/D转换器单元采用SPI通信方式将数据发送给所述总控制器MCU单元，所述总控制器MCU单元以UART串口通信方式将采集的数据发送给所述WiFi模块。优选地，所述振动加速度传感器单元采集到的数据经缓存放大器单元缓存放大后发送至所述A/D转换器单元，所述缓存放大器单元包括LT6236运放芯片，LT6236运放芯片输出端串联在A/D转换器单元的输入端。优选地，所述总控制器MCU单元采用的MCU型号为NXP公司的LPC54113J256BD64；所述A/D转换器单元所采用的A/D转换芯片为TI公司的LTC2344-16；所述振动加速度传感器单元所采用的传感器型号为TI公司的ADXL356。优选地，所述ADXL356的RANGE、ST1、ST2管脚分别与所述LPC54113J256BD64的PIO1_2、PIO1_1、PIO1_0管脚导电相连，用于控制ADXL356在GPS模块1PPS脉冲的上升沿/下降沿开始进行x、y、z方向上的振动加速度信号和环境温度信号的采集；所述ADXL356的STBY管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO1_3管脚电连接，由总控制器MCULPC54113J256BD64对振动加速度传感器ADXL356的待机/测量工作模式进行选择；所述ADXL356的TEMP管脚、XOUT、YOUT、ZOUT管脚分别与四个LT6236运放芯片的输入管脚导电连接，分别将环境温度信号、X轴方向上的振动加速度信号、Y轴方向上的振动加速度信号、Z轴方向上的振动加速度信号缓存放大后输出至A/D转换器单元；所述振动加速度传感器ADXL356的VIPBANA管脚与所述A/D转换器单元的LTC2344-16的REFIN管脚导电连接，主要用于给LTC2344-16芯片提供输入信号的参考电压。优选地，所述A/D转换器LTC2344-16将转换后的数字信号传输至所述总控制器MCULPC54113J256BD64，所述总控制器MCULPC54113J256BD64通过LTC2344-16的PD管脚对所述LTC2344-16的待机/正常工作模式进行控制。优选地，所述GPS模块采用的是和星芯通的UM220-IIIL型号模块，其RF_IN管脚为天线信号输入端；其AADET_N管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO0_2管脚导电连接，用于对有源天线、无源天线类型的选择；其GPIO2管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO0_3管脚导电连接，用于判断天线对地是否正常；其TIMEPULSE管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO0_4管脚导电连接，用于将1PPS脉冲信号发送至所述总控制器MCULPC54113J256BD64；其RXD1管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO0_6管脚导电连接，用于接收来自总控制器MCULPC54113J256BD64的指令；其TXD1管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO0_5管脚导电连接，GPS模块接收指令后，向总控制器MCULPC54113J256BD64发送总控制器MCULPC54113J256BD64指定数据格式的UTC时间信息。优选地，所述WiFi模块的采用的是济南有人公司的USR-C216无线模块；其RFIO管脚为天线信号输入端；其USRT0_TX管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO0_0管脚导电连接，用于将从外面接收到的数据发送给总控制器MCULPC54113J256BD64；其USRT0_RX管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO0_1管脚导电连接，用于将所述数据采集模块采集的数据发送出去；其nReload管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO1_8管脚导电连接，由总控制器MCULPC54113J256BD64对WiFi网络进行配置，拉低0.5-3s启动SimpleConfig或者Airkiss配网，拉低3s以上恢复出厂设置；其nLink管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO1_7管脚导电连接，该管脚为WiFi模块连接指示引脚；其nReady管脚与总控制器MC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，其特征在于：包括GPS模块、WiFi模块、电源管理模块以及数据采集模块；所述电源管理模块为所述GPS模块、所述WiFi模块、所述数据采集模块提供工作电源；所述GPS模块与卫星电信号连接，其以UART通信方式将UTC时间信息、1PPS脉冲信号发送至所述数据采集模块,所述数据采集模块在所述GPS模块1PPS脉冲的上升沿/下降沿进行数据采集，并将数据以串口通信的方式发送至WiFi模块，所述WiFi模块将接收到的信息发送至其他节点或服务器终端。

【技术特征摘要】
1.一种基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，其特征在于：包括GPS模块、WiFi模块、电源管理模块以及数据采集模块；所述电源管理模块为所述GPS模块、所述WiFi模块、所述数据采集模块提供工作电源；所述GPS模块与卫星电信号连接，其以UART通信方式将UTC时间信息、1PPS脉冲信号发送至所述数据采集模块,所述数据采集模块在所述GPS模块1PPS脉冲的上升沿/下降沿进行数据采集，并将数据以串口通信的方式发送至WiFi模块，所述WiFi模块将接收到的信息发送至其他节点或服务器终端。2.根据权利要求1所述的基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，其特征在于：所述数据采集模块包括总控制器MCU单元、A/D转换器单元以及振动加速度传感器单元，所述振动加速度传感器单元在所述GPS模块发送的1PPS脉冲的上升沿/下降沿实现x、y、z方向上的振动加速度信号和环境温度信号的采集，所述A/D转换器单元将振动加速度传感器输出的模拟信号转换为数字信号，所述A/D转换器单元采用SPI通信方式将数据发送给所述总控制器MCU单元，所述总控制器MCU单元以UART串口通信方式将采集的数据发送给所述WiFi模块。3.根据权利要求1或2所述的基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，其特征在于：所述振动加速度传感器单元采集到的数据经缓存放大器单元缓存放大后发送至所述A/D转换器单元，所述缓存放大器单元包括LT6236运放芯片，LT6236运放芯片输出端串联在A/D转换器单元的输入端。4.根据权利要求3所述的基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，其特征在于：所述总控制器MCU单元采用的MCU型号为NXP公司的LPC54113J256BD64；所述A/D转换器单元所采用的A/D转换芯片为TI公司的LTC2344-16；所述振动加速度传感器单元所采用的传感器型号为TI公司的ADXL356。5.根据权利要求4所述的基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，其特征在于：所述ADXL356的RANGE、ST1、ST2管脚分别与所述LPC54113J256BD64的PIO1_2、PIO1_1、PIO1_0管脚导电相连，用于控制ADXL356在GPS模块1PPS脉冲的上升沿/下降沿开始进行x、y、z方向上的振动加速度信号和环境温度信号的采集；所述ADXL356的STBY管脚与总控制器MCULPC54113J256BD64的PIO1_3管脚电连接，由总控制器MCULPC54113J256BD64对振动加速度传感器ADXL356的待机/测量工作模式进行选择；所述ADXL356的TEMP管脚、XOUT、YOUT、ZOUT管脚分别与四个LT6236运放芯片的输入管脚导电连接，分别将环境温度信号、X轴方向上的振动加速度信号、Y轴方向上的振动加速度信号、Z轴方向上的振动加速度信号缓存放大后输出至A/D转换器单元；所述振动加速度传感器ADXL356的VIPBANA管脚与所述A/D转换器单元的LTC2344-16的REFIN管脚导电连接，主要用于给LTC2344-16芯片提供输入信号的参考电压。6.根据权利要求5所述的基于WiFi无线与GPS授时同步的传感器节点，其特征在于：所述A/D转换器LTC2344-16将转换后的数字信号传输至所述总控制器MCULPC54113J256BD64，所述总控...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭荣龙，许飞云，陈启山，江煜，
申请(专利权)人：扬州英迈克测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32