基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统技术方案

技术编号:20286478 阅读:40 留言:0更新日期:2019-02-10 18:29
本发明专利技术公开了一种基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,属于结构健康监测技术领域。解决了传统现有数据采集系统布线成本高、效率低、数据不同步以及无法将无线传输方式与GPS同步可靠结合的问题。主要包括多个在同一时间同步采集数据的传感器节点,该传感器节点通过WiFi以无线传输网络方式将同步数据传输至终端。本发明专利技术在WiFi无线传输与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,同步精度可达到微妙级甚至是纳秒级,功耗低,采集频率通用性强,传感器器节点电路完全模块化设计,电路性能非常稳定可靠,大幅度缩短产品生产周期,企业生产效率非常高;在结构健康监测技术领域具有重要意义。

Distributed Signal Synchronization Acquisition System Based on WiFi Wireless and GPS Timing

The invention discloses a distributed signal synchronous acquisition system based on WiFi wireless and GPS timing, which belongs to the technical field of structural health monitoring. It solves the problems of high cost, low efficiency, data asynchronism and the failure to combine wireless transmission mode with GPS synchronization and reliability in traditional data acquisition system. It mainly includes several sensor nodes which collect data synchronously at the same time. The sensor node transmits data synchronously to the terminal by wireless transmission network through WiFi. The invention realizes real time synchronization under WiFi wireless transmission and GPS timing, makes the collected data more accurate, synchronization accuracy can reach subtle or even nanosecond level, low power consumption, strong universality of acquisition frequency, complete modular design of sensor node circuit, stable and reliable circuit performance, greatly shorten product production cycle, and non-production efficiency of enterprises. It is very important in the field of structural health monitoring technology.

【技术实现步骤摘要】
基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统
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,节点电路设计模块化、简单化、高稳定性能的基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统。
技术介绍
目前大型建筑物的结构健康监测的数据采集部分,分布式信号采集多采用有线的传感器节点以及采用系统时钟保持数据采集的同步性,而且只能在现场采集并传输到上位机,储存方式多采用本地数据库。以上数据采集方法存在的不足之处是:有线的传感器节点限制了数据采集的范围,人力耗费严重且效率低下;而采用系统时钟进行同步数据的采集不能保证所有传感器节点在同一时刻准确地采集数据,从而降低数据的有效性;现场采集数据增加了数据采集的时间成本,不能长期对恶劣环境下的建筑物的结构健康监测;储存方式限制了数据的实时性。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。申请公布号CN105487448A、申请公布日2016.04.13、专利技术创造名称为一种基于GPS同步授时的传感器数据采集装置的中国专利,该申请案虽然提及GPS同步授时、无线数据传输等,但其具体技术方案不明确,本领域技术人员根本无法实现该技术方案。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,节点电路设计模块化、简单化、高稳定性能的基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统。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授时的分布式信号同步采集系统,包括多个在同一时间同步采集数据的传感器节点,该传感器节点通过WiFi以无线传输网络方式将同步数据传输至终端;所述传感器节点包括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,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,多个传感器节点的数据采集模块在1PPS脉冲的上升沿或下降沿同时进行数据采集;采集后所述数据采集模块将同步数据以串口通信的方式发送给WiFi模块;所述WiFi模块通过IP地址匹配连接网关传感器节点,将接收到的信息发送至网关传感器节点,所述网关传感器节点将汇总的数据发送至终端。优选地,所述无线传输网络的拓扑结构为星型网络拓扑结构,多个同步采集数据的传感器节点中的其中一个为网关传感器节点,其余为普通传感器节点;所述普通传感器节点的WiFi模块为station模式,所述网关传感器节点的WiFi模块为AP+station模式。优选地,所述终端为本地服务或远程服务器;所述终端为远程服务器时,所述网关传感器节点通过以太网将汇总的数据传输至云数据库,远程上位机和/或手机APP通过以太网将云数据库中的数据下载到本地;所述终端为本地服务器时,所述网关传感器节点通过WiFi直接传输到本地服务器。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;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;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Wi本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,其特征在于:包括多个在同一时间同步采集数据的传感器节点,该传感器节点通过WiFi以无线传输网络方式将同步数据传输至终端;所述传感器节点包括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,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,多个传感器节点的数据采集模块在1PPS脉冲的上升沿或下降沿同时进行数据采集;采集后所述数据采集模块将同步数据以串口通信的方式发送给WiFi模块;所述WiFi模块通过IP地址匹配连接网关传感器节点,将接收到的信息发送至网关传感器节点,所述网关传感器节点将汇总的数据发送至终端。

【技术特征摘要】
1.一种基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,其特征在于:包括多个在同一时间同步采集数据的传感器节点,该传感器节点通过WiFi以无线传输网络方式将同步数据传输至终端;所述传感器节点包括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,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,多个传感器节点的数据采集模块在1PPS脉冲的上升沿或下降沿同时进行数据采集;采集后所述数据采集模块将同步数据以串口通信的方式发送给WiFi模块;所述WiFi模块通过IP地址匹配连接网关传感器节点,将接收到的信息发送至网关传感器节点,所述网关传感器节点将汇总的数据发送至终端。2.根据权利要求1所述的基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,其特征在于:所述无线传输网络的拓扑结构为星型网络拓扑结构,多个同步采集数据的传感器节点中的其中一个为网关传感器节点,其余为普通传感器节点;所述普通传感器节点的WiFi模块为station模式,所述网关传感器节点的WiFi模块为AP+station模式。3.根据权利要求1所述的基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,其特征在于:所述终端为本地服务或远程服务器;所述终端为远程服务器时,所述网关传感器节点通过以太网将汇总的数据传输至云数据库,远程上位机和/或手机APP通过以太网将云数据库中的数据下载到本地;所述终端为本地服务器时,所述网关传感器节点通过WiFi直接传输到本地服务器。4.根据权利要求1所述的基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,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以UART串口通信方式将采集的数据发送给所述WiFi模块。5.根据权利要求4所述的基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,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。6.根据权利要求4所述的基于WiFi无线与GPS授时的分布式信号同步采集系统,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;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...

【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

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1