[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

说明书

本发明公开了一种基于Wi‑Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统。包括信号采集装置、通信与控制装置、Wi‑Fi接入点装置和采集装置上位机；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，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；各采集终端与Wi‑Fi接入点装置之间采用低成本低功耗时间同步方法完成时间同步。本发明避免了复杂的电缆连接，降低部署成本，便携性提高，连接更加简单，既解决了传感网时间同步协议功耗大的缺点，又克服了参考广播同步协议只能单侧时间同步的不足。

技术领域

本发明涉及工业测控领域数据采集及控制装置，具体涉及一种基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统。

背景技术

作为计算机与外部物理世界连接的纽带，数据采集系统在工业生产和制造领域具有重要作用。随着我国工业自动化和智能化程度逐渐加深，工业生产对高性能数据采集系统的需求也不断增加。传统的数据采集系统一般采用232总线、485总线、USB总线、以太网等完成数据采集系统与上位机的数据交互。在需要采集不同位置的信号时，一般采用电缆进行多采集终端的连接。在复杂的工业生产现场或者移动的测试平台中，进行复杂的电缆连接难度较大。

Wi-Fi具有传输速度快，可多台设备同时连接，无须布线、成本低等优点。因此，本发明提供了出一种基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统。在工程检测应用中，多个节点的信息需要进行协同处理，各采集终端需要具有精准一致的系统时间。现有技术中缺少了一种高效的低成本低功耗系统时间同步方式来实现多终端信号同步采集控制。

发明内容

针对传统的数据采集系统需要复杂电缆连接的缺点，本发明设计出一种基于Wi-Fi的低成本低功耗多终端信号同步采集系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明包括信号采集装置、通信与控制装置、Wi-Fi接入点装置和采集装置上位机；信号采集装置采集电压、电流模拟信号、数字信号等采集信号，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，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；由信号采集装置、通信与控制装置组成独立的采集终端，各采集终端与Wi-Fi接入点装置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接入点装置采用高精度的物理时钟，采集终端采用低精度的物理时钟；高精度是指晶振频率误差等级为0.1PPM，即晶振频率误差为百万分之零点一，低精度是指晶振频率误差等级为20PPM，即晶振频率误差为百万分之二十。

2)初始化阶段，Wi-Fi接入点装置接收采集装置上位机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接入点装置的时间同步；