使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度同步数传方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种使用以太网与RS-232串口协同工作的用于振动监控系统高精度同步数传方法与装置，为解决现有技术适用环境窄问题，是将振动监控系统的中心站(CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。具有应用环境广泛，成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种振动监控同步数传方法，特别是涉及一种使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度同步数传方法与装置。技术背景振动监控系统的应用很广泛，可用于地质灾害、工程建筑及工业矿产生产的监测等众多领域。与其他类型的监控系统不同，振动监控系统的时间同步问题是保证系统工作准确可靠的必要条件，只有各个监控站之间实现了严格的时间同步(一般要求微秒级以上)，通过振动数据解算出的振动点位置和能量大小才是正确的。同步方法有多种，包括GPS授时，原子钟授时，网络时间服务器等等。GPS授时是最为常用的技术手段，需要在监控系统的每个分布式监控站站上安装GPS授时模块，将GPS时间信息添加到监控站获取的振动采样数据中。这种技术方案的缺点是由于GPS信号获取需要一定的位置条件，一般需要监控站接收到一定数量的卫星才可完成授时，在山地、森林、水边以及一些矿井等地下条件由于信号受限导致授时工作无法完成。原子钟不需考虑信号接收的问题，但由于原子钟价格较高且在嵌入式系统中使用需要一定的技术支持，所以一般也不会被广泛使用。网络时间服务器授时精度高，可以自动实现以太网同步，但价格也比较昂贵，同时对分布式系统中网络节点的硬件要求严格，需要指定的支持网络时间同步协议的专用网络模块来完成。综上所述，在振动监控系统的开发中，研究一种利用通用设备，可适用的环境广泛，成本低廉的可以完成高精度数据同步传输技术是迫切需要的。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的上太空缺陷，提供一种适用环境广泛，成本低廉的用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度同步数传方法，本专利技术目的还在于提供用于实现该方法的装置。为实现上述目的，本专利技术使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度数传方法是将振动监控系统的中心站(CentralStation，简称CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(MonitorStation，简称MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。系统由于同时使用了以太网和串口RS-232通信两种通信技术来实现各分布式监控站之间以及各分布式监控站与中心站之间的同步数据通信，可以充分发挥各自优势，使用该技术可以最大限度的利用低成本通用设备来构建振动监控系统。应用于分布式振动监控系统中的同步数据传输，具有应用环境广泛，成本低廉的优点。作为优化，其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是GPS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。需要指出的是，当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。即：应用该方法的振动监控系统需要由7大部分来实现：1个中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储，及数据解算工作；1个光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；1个GPS授时模块，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；1个串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。或者其中的一个部分使用无线方式，这取决于监控系统的实际布设需要。作为优化，连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于串口RS-232传输。需要指出的是，与常规的串口的光纤通讯不同，本技术实施时串口RS-232信号的传输只是由中心站的GPS模块将PPS(pulsespersecond)信号发送到各个分布式监控站，各分布式监控站无需信号返回，所以负责串口RS-232信号传输的光缆只需一根单向传输即可。作为优化，GPS模块所输出的授时信息并未给振动监控系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的RTC时间，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。由于振动监控系统对于振动发生的准确时间并没有要求，而对于振动位置信息的解算，只要保证在数据解算各个分布式监控站所使用的振动数据彼此之间是相对同步的(同步精度小于采样率)即可准确的解算出振动点的空间位置。而振动的时间由中心站的系统时间定义即可。作为优化，分布式监控站可以分为以下模块：分布式监控站的控制单元CM，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；振动数据采集模块AD，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责多波多分量振动信号采集，而第四个通道用于连接经由光纤-串口RS-232转换模块FOM2输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。用于以太网通讯的光电交换模块FOM1，提供给当前监控站的以太网连接以及下一个。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM实现对系统中各其他模块的供电管理。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和串口RS-232收发。即：分布式监控站可以分为以下模块：CM为分布式监控站的控制单元，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；AD为采集模块，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用以太网与RS‑232串口协同工作的振动监控系统高精度同步数传方法，其特征在于将振动监控系统的中心站(CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS‑232连接各分布式监控站与中心站，串口RS‑232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。

【技术特征摘要】
1.一种使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度同步数传方法，其特征在于将振动监控系统的中心站(CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是GPS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于串口RS-232传输。4.根据权利要求2所述方法，其特征在于GPS模块所输出的授时信息并未给振动监控系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的嵌入系统内部时间，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。5.根据权利要求2所述方法，其特征还在于分布式监控站(MS)可以分为以下模块：分布式监控站的控制单元(CM)，使用ARM作为核心控制芯片；振动数据采集模块(AD)，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能；分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责多波多分量
\t振动信号采集，而第四个通道用于连接经由光纤-串口RS-232转换模块FOM2输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号；用于以太网通讯的光电交换模块(FOM1)，提供给当前监控站的以太网连接以及下一个；在每个分布式监控站中的串口光电转换模块(F...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐善辉，罗维炳，张学彬，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11