[發明專利]基于WiFi無線與GPS授時的分布式信號同步采集系統

有效

• 申請號: 201811076204.8
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109309559B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 譚榮龍;許飛云;陳啟山;江煜
• 申請（專利權）人: 揚州英邁克測控技術有限公司
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00
• 代理公司: 揚州潤中專利代理事務所(普通合伙) 32315
• 代理人: 謝東;方玲

本發明公開了一種基于WiFi無線與GPS授時的分布式信號同步采集系統，屬于結構健康監測技術領域。解決了傳統現有數據采集系統布線成本高、效率低、數據不同步以及無法將無線傳輸方式與GPS同步可靠結合的問題。主要包括多個在同一時間同步采集數據的傳感器節點，該傳感器節點通過WiFi以無線傳輸網絡方式將同步數據傳輸至終端。本發明在WiFi無線傳輸與GPS授時下實現了真正意義上的時間同步，使采集到的數據更加準確，同步精度可達到微妙級甚至是納秒級，功耗低，采集頻率通用性強，傳感器器節點電路完全模塊化設計，電路性能非常穩定可靠，大幅度縮短產品生產周期，企業生產效率非常高；在結構健康監測技術領域具有重要意義。

技術領域

本發明屬于結構健康監測技術領域，具體地說，尤其涉及一種真正意義上的數據同步、低布置成本，節點電路設計模塊化、簡單化、高穩定性能的基于WiFi無線與GPS授時的分布式信號同步采集系統。

背景技術

目前大型建筑物的結構健康監測的數據采集部分，分布式信號采集多采用有線的傳感器節點以及采用系統時鐘保持數據采集的同步性，而且只能在現場采集并傳輸到上位機，儲存方式多采用本地數據庫。以上數據采集方法存在的不足之處是：有線的傳感器節點限制了數據采集的范圍，人力耗費嚴重且效率低下；而采用系統時鐘進行同步數據的采集不能保證所有傳感器節點在同一時刻準確地采集數據，從而降低數據的有效性；現場采集數據增加了數據采集的時間成本，不能長期對惡劣環境下的建筑物的結構健康監測；儲存方式限制了數據的實時性。

隨著GPS技術的進步，GPS的授時功能的出現使得大范圍分布式同步數據的精確獲取成為一種可能，但是目前應用到GPS的授時功能的同時又受到了有線的約束，使得測量距離因為數據線的存在而僅僅局限在小范圍的分布式數據采集上，但是又隨著WiFi、ZigBee、Bluetooth等無線技術的飛速發展，數據的傳輸方面的方式方法也隨之邁出了一大步，可以通過無線的傳輸方式將數據從采集端傳輸到數據的儲存以及分析端口。申請公布號CN105487448A、申請公布日2016.04.13、發明創造名稱為一種基于GPS同步授時的傳感器數據采集裝置的中國專利，該申請案雖然提及GPS同步授時、無線數據傳輸等，但其具體技術方案不明確，本領域技術人員根本無法實現該技術方案。

那么，如何將無線傳輸方式與GPS的同步技術有效地、可靠地結合在一起，或者說如何將無線傳輸方式與GPS的同步技術在數據采集監測方面得到穩定可靠地應用，是無線傳感器網絡技術領域亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供了一種真正意義上的數據同步、低布置成本，節點電路設計模塊化、簡單化、高穩定性能的基于WiFi無線與GPS授時的分布式信號同步采集系統。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于WiFi無線與GPS授時的分布式信號同步采集系統，包括多個在同一時間同步采集數據的傳感器節點，該傳感器節點通過WiFi以無線傳輸網絡方式將同步數據傳輸至終端；

所述傳感器節點包括GPS模塊、WiFi模塊、電源管理模塊以及數據采集模塊；所述電源管理模塊為所述GPS模塊、所述WiFi模塊、所述數據采集模塊提供工作電源；所述GPS模塊與衛星電信號連接，以UART通信方式將UTC時間信息、1PPS脈沖信號發送至所述數據采集模塊，多個傳感器節點的數據采集模塊在1PPS脈沖的上升沿或下降沿同時進行數據采集；采集后所述數據采集模塊將同步數據以串口通信的方式發送給WiFi模塊；所述WiFi模塊通過IP地址匹配連接網關傳感器節點，將接收到的信息發送至網關傳感器節點，所述網關傳感器節點將匯總的數據發送至終端。

優選地，所述無線傳輸網絡的拓撲結構為星型網絡拓撲結構，多個同步采集數據的傳感器節點中的其中一個為網關傳感器節點，其余為普通傳感器節點；所述普通傳感器節點的WiFi模塊為station模式，所述網關傳感器節點的WiFi模塊為AP+station模式。