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 ...
【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
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