[发明专利]基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统

权利要求书

1.一种基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统，其特征在于：包括信号采集装置、通信与控制装置、Wi-Fi接入点装置(2)和采集装置上位机(1)；信号采集装置采集电压、电流模拟信号、数字信号，通信控制装置通过串行外设接口接收信号采集装置的采集信号，通信控制装置和采集装置上位机接入Wi-Fi接入点装置(2)，通信控制装置通过Wi-Fi将信号采集装置的采集信号以及采集信号的时间戳发送至采集装置上位机(1)；由信号采集装置、通信与控制装置组成独立的采集终端(3、4、5、6)，各采集终端与Wi-Fi接入点装置(2)之间采用低成本低功耗时间同步方法完成时间同步；

所述的低成本低功耗时间同步方法具体为：

1)Wi-Fi接入点装置(2)采用高精度的物理时钟，采集终端采用低精度的物理时钟；

2)初始化阶段，Wi-Fi接入点装置(2)接收采集装置上位机(1)在网络运输层标记的时间戳，然后校准系统时钟，将Wi-Fi接入点装置(2)的高精度时钟作为采集终端时间同步的基准源；

3)选择一个采集终端作为参考终端i，通过传感网时间同步协议完成参考终端i与Wi-Fi接入点装置(2)的时间同步，同步过程如下：

参考终端i向Wi-Fi接入点装置发送同步请求并记录本地时间T₁，Wi-Fi接入点装置收到同步请求后记录本地时间T₂，并向参考终端i发送包含本地时间T₂及其发送时刻T3的回应信号，参考终端i收到后记录本地时间T₄；

接着计算参考终端i相对Wi-Fi接入点装置的时间偏差((T₂-T₁)-(T₄-T₃))/2，在参考终端i的系统时间基础上加上时间偏差更新参考终端i的系统时间，定时重复以上步骤完成参考终端i与Wi-Fi接入点装置(2)的时间同步；

4)Wi-Fi接入点装置(2)向包含参考终端i在内的各个采集终端均广播M次时间同步指令，各采集终端记录广播的时间同步指令到达时间，记采集终端k接收到第m次广播的时间同步指令时的本地时间为T_k,m，参考终端i接收到第m次广播的时间同步指令时的本地时间为T_i,m；

然后参考终端i接收到M次广播的时间同步指令后，向除自身以外的其它采集终端广播其每次记录的本地时间T_i,1,T_i,2,…,T_i,M，其它采集终端计算出所有M次的自身本地时间T_k,m相对于参考终端i的本地时间T_i,m之间时间偏差的平均值，在其他采集终端的系统时间基础上加上平均值，从而以参考终端i的系统时间为基准更新其它采集终端的系统时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统，其特征在于：各所述的采集终端(3、4、5、6)与采集装置上位机(1)均连接至Wi-Fi接入点装置(2)的5G频段。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统，其特征在于：所述信号采集装置包括电压/电流采集模块和数字信号采集模块，电压/电流采集模块同时采集多路电压/电流信号，每路信号通过一路地址线来选择电压采集或电流采集模式，电压/电流采集模块通过串行外设接口发送采集数据至通信与控制装置；数字信号采集模块同时采集两路数字信号，通过电压隔离电路完成电路保护功能；

所述通信与控制装置包括采集端双频Wi-Fi模块和采集端主控模块，采集端主控模块通过SPI通信接口与采集端双频Wi-Fi模块连接，采集端主控模块通过I2C通信接口与所述信号采集装置的电压/电流采集模块连接，采集端主控模块通过CAN通信接口与外部CAN总线连接；

所述Wi-Fi接入点装置包括接入端双频Wi-Fi模块和接入端主控模块，接入端双频Wi-Fi模块通过SPI通信接口与接入端主控模块连接，各采集终端和采集装置上位机(1)连接至接入端双频Wi-Fi模块的5G频段信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统，其特征在于：所述的电压/电流采集模块包括相连接的ADC芯片、开关芯片，ADC芯片为TEXASINSTRUMENTS公司的ADS7924，开关芯片为ANALOG DEVICES公司的ADG711；ADC芯片的四个引脚CH1～CH4分别和开关芯片的S1～S4引脚连接，ADC芯片的四个引脚CH1～CH4连接到信号源采集电压/电流信号，ADC芯片的SDA、SCLK、INT引脚输出采集信号，开关芯片的D1～D4引脚分别经电阻R1～R4接地，ADC芯片的的IN脚经滤波器和自身的OUT脚连接；本电路模块通过控制开关芯片ADG711引脚使能进行电流采集模式与电压采集模式的切换：当使能引脚IN1输入低电平时，开关芯片ADG711的S1引脚与D1引脚导通，采集模块设置为电流采集模式，电流通过电阻R1转换成电压信号；否则，采集模块为电压采集模式；ADC芯片依次选通四路电压信号，通过低通滤波器进行滤波后进行模数转换，最后通过I2C接口发送采集数据至通信与控制装置。