一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统及方法，本发明专利技术系统包括系统服务器、时间同步服务器和多个授时客户端，其中：所述授时客户端和时间同步服务器均通过Wi

【技术实现步骤摘要】
一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统及方法


[0001]本专利技术涉及微震监测
，具体而言，尤其涉及一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统及方法。

技术介绍

[0002]微震监测是目前地下岩石工程广泛使用的岩体安全监测手段，该技术利用微震传感器采集岩体内部裂纹萌生、扩展、滑移时产生的震动信号并利用信号识别和微震定位算法，确定岩体破坏的时间、位置和规模，进而监测工程开挖过程的岩体破裂信息，预测工程灾害发生的时间与位置。
[0003]现有微震监测系统多数采用电缆将传感器与采集仪相连接，采集仪将采集到的数据通过网络传送至服务器进行保存和处理。随着工程推进，传感器安装位置需不断调整，采用有线的微震监测设备，连接电缆也需跟随传感器位置调整，程序繁琐，费时费力，危险性高，同时由于现场施工程序多，线缆容易被破坏，这些都会影响微震监测的连续性和时效性。
[0004]由于上述问题，将传统传感器替换为无线微震传感器成为趋势，要实现无线微震传感器的应用，各传感器之间的时间同步是必须解决的问题。无线微震传感器使用场景一般位于地下岩石工程，基于5G，GPS、北斗等卫星通信的时间同步系统在上述使用场景表现出较大弊端。基于5G的时间同步方法需要建设5G基站和5G微震分站，组建光纤环网，前期投入大，稳定性差，且5G信号穿透性差，所需功耗较大，运行成本高；基于卫星通信的时间同步方法，在地下工程中还需配套有IEEE1588以太网等时间同步网络，无法直接使用。
[0005]因此，考虑到无线微震传感器时间同步系统的使用环境和位置不断变动的使用条件，需要研发一款基于性能更优网络，具有高稳定性、低成本、高精度、低功耗、方便维护特点的无线微震传感器时间同步系统。

技术实现思路

[0006]根据上述提出的技术问题，提供一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统及方法。本专利技术基于NRF网络和Wi
‑
Fi网络自建组网；在数据包发送或接收完毕时网络中断，在中断位置获取时间戳；使用线性回归算法拟合时钟偏移量。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统，包括：系统服务器、时间同步服务器和多个授时客户端，其中：
[0009]所述授时客户端和时间同步服务器均通过Wi
‑
Fi网络与系统服务器建立双向通讯，所述时间同步服务通过NRF网络广播数据包与所述授时客户端建立单向通讯，Wi
‑
Fi网络与NRF网络共同组成所述时间同步系统的无线网络。
[0010]进一步地，所述系统服务器包括第一晶体振荡器、第一Wi
‑
Fi模块、第一处理器、内存和储存器。
[0011]进一步地，所述时间同步服务器包括第二晶体振荡器、NRF芯片的发送端、第二Wi
‑
Fi模块、第二处理器和存储器。
[0012]进一步地，所述授时客户端布置于无线微震传感器内，包括NRF芯片的接收端、Wi
‑
Fi模块、微处理器、时钟芯片和存储器。
[0013]本专利技术还提供了一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统的无线微震传感器时间同步方法，包括：
[0014]S1、系统服务器通过第一处理器的定时器联动产生以μs为单位的系统基准时钟，并通过第一Wi
‑
Fi模块下发至时间同步服务器；
[0015]S2、时间同步服务器接收到“基准时钟”数据包后，周期性地通过NRF芯片的发送端广播时钟同步数据包；
[0016]S3、NRF网络在所述时间同步数据包发送完毕产生中断，在中断位置记录所述发送端时间戳；
[0017]S4、各个授时客户端接收时钟同步数据包进行时间同步，接收完毕时NRF网络产生中断，在中断位置记录接收端时间戳；
[0018]S5、时间同步服务器与各个授时客户端之间经过不低于2次的时间同步数据收发，获得系统延时D
sum
；
[0019]S6、时间同步服务器周期性地通过NRF芯片的发送端广播通知各个授时客户端上传全局时钟，并通过第二Wi
‑
Fi模块上传时间同步服务器全局时钟数据包至系统服务器；
[0020]S7、各个授时客户端接收通知全局时钟上传数据包后，通过Wi
‑
Fi模块上传授时客户端全局时钟数据包至系统服务器；
[0021]S8、系统服务器通过第一Wi
‑
Fi模块接收时间同步服务器和各个授时客户端上传的全局时钟数据包，并计算出它们之间的差值，从而估算出各个授时客户端的时钟偏移量；
[0022]S9、授时客户端通过Wi
‑
Fi模块接收到时钟偏移量后，根据时钟偏移量计算全局时钟并修正系统本地时间。
[0023]进一步地，在所述步骤S2中，所述时钟同步数据包包括前导码、同步字节、时间戳、服务器ID、序列号Seqnum、命令和校验字节。
[0024]进一步地，在所述步骤S6中，所述时间同步服务器全局时钟数据包包括前导码、同步字节、发送端时间戳、服务器ID、序列号Seqnum、命令和校验字节。
[0025]进一步地，在所述步骤S7中，所述授时客户端全局时钟数据包包括前导码、同步字节、接收端时间戳、服务器ID、序列号Seqnum、命令和校验字节。
[0026]进一步地，所述步骤S8具体包括：
[0027]S81、系统服务器接收“时间同步服务器全局时钟”数据包和“授时客户端全局时钟”数据包；
[0028]S82、系统服务器接收来自时间同步服务器和授时客户端的全局时钟数据包并依据全局时钟数据包ID和Seqnum过滤异常数据包，首先验证数据包ID是否匹配服务器ID，如不匹配继续等待接收全局时钟数据包，如匹配则验证数据包内Seqnum是否大于上次数据包Seqnum，若小于则数据包无效，继续等待接收全局时钟数据包，若大于则所述数据包验证成功，执行步骤S83并等待接收下一周期全局时钟数据包；
[0029]S83、N时刻“时间同步服务器全局时钟”数据包中不包含时间同步服务器N时刻“时
钟同步”数据包发送完毕NRF网络中断时记录的发送端时间戳，而包含N
‑
1时刻发送完毕时间戳，“授时客户端全局时钟”数据包中包含N时刻授时客户端“时钟同步”数据包接收完毕NRF网络中断时记录的N时刻接收端时间戳，因此，对应地，系统服务器N+1接收的“时间同步服务器全局时钟”数据包与N时刻接收的“授时客户端全局时钟”数据包中的时间戳可以组为时间对；
[0030]S84、依据时钟漂移率过滤K
m
异常时间对，首先通过测量时间对的频率偏移随时间的变化率得到K
(m)
，时钟漂移率K
m
通过加权平均的方式计算：
[0031]K
m
＝(1
‑
α)
×
K
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统，其特征在于，包括：系统服务器、时间同步服务器和多个授时客户端，其中：所述授时客户端和时间同步服务器均通过Wi
‑
Fi网络与系统服务器建立双向通讯，所述时间同步服务通过NRF网络广播数据包与所述授时客户端建立单向通讯，Wi
‑
Fi网络与NRF网络共同组成所述时间同步系统的无线网络。2.根据权利要求1所述的基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统，其特征在于，所述系统服务器包括第一晶体振荡器、第一Wi
‑
Fi模块、第一处理器、内存和储存器。3.根据权利要求1所述的基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统，其特征在于，所述时间同步服务器包括第二晶体振荡器、NRF芯片的发送端、第二Wi
‑
Fi模块、第二处理器和存储器。4.根据权利要求1所述的基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统，其特征在于，所述授时客户端布置于无线微震传感器内，包括NRF芯片的接收端、Wi
‑
Fi模块、微处理器、时钟芯片和存储器。5.一种基于权利要求1
‑
4中任意一项权利要求所述基于NRF芯片的无线微震传感器时间同步系统的无线微震传感器时间同步方法，其特征在于，包括：S1、系统服务器通过第一处理器的定时器联动产生以μs为单位的系统基准时钟，并通过第一Wi
‑
Fi模块下发至时间同步服务器；S2、时间同步服务器接收到基准时钟数据包后，周期性地通过NRF芯片的发送端广播时钟同步数据包；S3、NRF网络在所述时间同步数据包发送完毕产生中断，在中断位置记录所述发送端时间戳；S4、各个授时客户端接收时钟同步数据包进行时间同步，接收完毕时NRF网络产生中断，在中断位置记录接收端时间戳；S5、时间同步服务器与各个授时客户端之间经过不低于2次的时间同步数据收发，获得系统延时D
sum
；S6、时间同步服务器周期性地通过NRF芯片的发送端广播通知各个授时客户端上传全局时钟，并通过第二Wi
‑
Fi模块上传时间同步服务器全局时钟数据包至系统服务器；S7、各个授时客户端接收通知全局时钟上传数据包后，通过Wi
‑
Fi模块上传授时客户端全局时钟数据包至系统服务器；S8、系统服务器通过第一Wi
‑
Fi模块接收时间同步服务器和各个授时客户端上传的全局时钟数据包，并计算出它们之间的差值，从而估算出各个授时客户端的时钟偏移量；S9、授时客户端通过Wi
‑
Fi模块接收到时钟偏移量后，根据时钟偏移量计算全局时钟并修正系统本地时间。6.根据权利要求5所述的无线微震传感器时间同步方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述时钟同步数据包包括前导码、同步字节、时间戳、服务器ID、序列号Seqnum、命令和校验字节。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志宾，冯夏庭，张伟，高继开，答治华，胡磊，毕鑫，陈松，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：