CN105487448A - 一种基于gps同步授时的传感数据采集装置 - Google Patents

一种基于gps同步授时的传感数据采集装置 Download PDF

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王辅宋
刘文峰
谢镇
刘付鹏
刘国勇
李松
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明提供了一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，包括传感器、电源模块、处理器、无线数据传输模块、定位和授时模块，其中，传感器连接有FPGA芯片，通过FPGA芯片将传感信号传输至所述处理器；定位和授时模块为GPS接收器，该GPS接收器内置有GPS秒脉冲模块，该GPS接收器控制端与处理器连接，信号触发端连接了上述FPGA芯片；处理器还分别连接有计时模块和数据存储模块，并通过所述无线数据传输模块与数据采集终端连接。本发明利用GPS秒脉冲的精确性和绝对时标，可对传感器的感应数据进行采集，并对发生时刻进行标准时间读数标注，从而保证同步数据采集***的时间精度；同时采用无线数据传输方式，大大扩大了感应器的分布范围。

Description

一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置
技术领域
本发明属于结构安全检测设备领域，具体涉及一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置。
背景技术
目前针对大型桥梁等大型结构物的整体动态特征分析，都需要在被测结构物分布上安装多个传感器测点，这些传感器测点分布较广，有时候很难将所有传感器的通过线缆连接到同一个采集器上，从而无法实现多个测点的同步采集。
所监测的结构物要求具有实时性，例如地震、台风、交通事故等等，对于各部位监测数据需要非常准确的时间同步，而一般的数据采集技术难以达到监测要求，若未采用时钟同步技术，极有可能造成各个监测点采集数据时间上的微小误差，不仅造成监测结果的不准确，还严重影响了对结构物健康情况的研究和分析。现有技术中，多台设备间实现同步方式多采用同步信号线的方式，即一台设备作为主机，其他设备作为从机，开始采样时，主机将同步时钟通过差分信号线通过同步线发送给其他从机，从而达到多台设备同步采样的目的。这种方式虽然能够解决多台设备间的同步问题，但是同步信号线会受到衰减、干扰等影响一般距离不能超过百米，这样就大大限制了采用同步线的方式使整个***达到同步采集的目的，而且这种方式带来的布线人力、物力成本也是很大的。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种具有高精度、授时同步、并将数据无线传输的传感数据采集装置。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，包括传感器、电源模块、处理器、无线数据传输模块、定位和授时模块，其特征在于，所述传感器连接有FPGA芯片，通过FPGA芯片将传感信号传输至所述处理器；所述定位和授时模块为GPS接收器，该GPS接收器内置有GPS秒脉冲模块，该GPS接收器控制端与所述处理器连接，信号触发端连接了上述FPGA芯片；所述处理器还分别连接有计时模块和数据存储模块，并通过所述无线数据传输模块与数据采集终端连接。
所述传感器与所述FPGA芯片间还设有信号调理电路，通过信号调理电路，将传感器的输出信号转换为适应FPGA芯片的信号。
所述计时模块内设有时钟单元，该时钟单元的实时时钟以所述GPS接收器的UTC时标为基准并实时校准。
所述计时模块为RTC实时时钟芯片。
所述数据存储模块为SD卡存储器，并于采集装置表面设有SD卡插卡端。
所述无线数据传输模块为DTU无线传输器。
本发明的基于GPS同步授时的传感数据采集装置，利用GPS秒脉冲的精确性和绝对时标，可对传感器的感应数据进行采集，并对发生时刻进行标准时间读数标注，从而保证同步数据采集***的时间精度；同时采用无线数据传输方式，大大扩大了感应器的分布范围。
附图说明
图1为本发明的各模块连接框图。
图示说明：1-传感器、2-信号调理电路、3-FPGA芯片、4-处理器、5-SD卡存储器、6-RTC实时时钟芯片、7-GPS接收器、8-DTU无线传输器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步地说明。
如图所示的基于GPS同步授时的传感数据采集装置，包括传感器(1)、处理器(4)、无线数据传输模块和电源模块，处理器(4)为Cortex-A8处理器(4)。传感器(1)的输出端与信号调理电路(2)连接，经信号调理电路(2)将传感器(1)输出信号转换为数字信号后，与FPGA芯片(3)连接，通过FPGA芯片(3)将传感信号传输至所述处理器(4)。处理器(4)连接有GPS接收器(7)，该GPS接收器(7)内置有GPS秒脉冲模块，使GPS秒脉冲信号作为装置的计时信号，GPS接收器(7)控制端与所述处理器(4)连接，其信号触发端连接了上述FPGA芯片(3)。
所述处理器(4)还分别连接有RTC实时时钟芯片(6)和SD卡存储器(5)，RTC实时时钟芯片(6)的本地时刻以GPS接收器(7)的UTC时标为基准并实时校准，通过GPS接收器(7)的同步收拾，使本装置的所采集的传感数据的时刻以及分布在其他位置的相同装置的数据时刻均与UTC时标保持一致。无线数据传输模块为DTU无线传输器(8)，通过DTU无线传输器(8)，将本采集装置所采集的相关数据按需发送至对应的数据采集终端。
本采集装置使用时，当所有分别点的采集装置均通电并启动后，对应的采集终端会读取采集装置中DTU无线传输器(8)的在线状态，待所有采集装置的无线传输器稳定在线后，通过采集终端设置同步采集时间和采集时长，例如每天的中午12点整进行同步采集，采集时长为5分钟。而后采集终端会将该时间信息无线发送至各个采集装置中，采集装置通过DTU无线传输器(8)接收到信息后会存储在本地的SD卡中，并通过RTC时钟芯片读取本地实时时间与该时间进行比较，采集装置的本地实时时间通过GPS接收发送的UTC时间进行校准并同步，因本地实时时间受晶体漂移及离散型影响，采集设备会每天固定某一时刻对准GPS接收器(7)输出的UTC时间，保证每天的时间误差在允许范围内。
当采集装置的本地时间距离远程服务器设定的采集时间接近时，此时处理器(4)会通过逻辑电平控制FPGA芯片(3)的运行，同时FPGA芯片(3)利用GPS秒脉冲作为计时信号，使下一个GPS秒脉冲上升沿作为采集触发信号，并启动倒计时，倒计时结束时，所有分布点的采集装置中的FPGA芯片(3)均同时触发，使所有采集装置同步触发并采集所在的传感数据，从而实现了全分布区域内的采集装置同步采集。当触发采集数据的时长达到设定后，会存储在采集装置中的SD卡存储器(5)中，最后再通过DTU无线传输器(8)将采样数据发送至采集终端。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，包括传感器、电源模块、处理器、无线数据传输模块、定位和授时模块，其特征在于，所述传感器连接有FPGA芯片，通过FPGA芯片将传感信号传输至所述处理器；所述定位和授时模块为GPS接收器，该GPS接收器内置有GPS秒脉冲模块，该GPS接收器控制端与所述处理器连接，信号触发端连接了上述FPGA芯片；所述处理器还分别连接有计时模块和数据存储模块，并通过所述无线数据传输模块与数据采集终端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，其特征在于：所述传感器与所述FPGA芯片间还设有信号调理电路，通过信号调理电路，将传感器的输出信号转换为适应FPGA芯片的信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，其特征在于：所述计时模块内设有时钟单元，该时钟单元的实时时钟以所述GPS接收器的UTC时标为基准并实时校准。
4.根据权利要求1所述的一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，其特征在于：所述计时模块为RTC实时时钟芯片。
5.根据权利要求1所述的一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，其特征在于：所述数据存储模块为SD卡存储器，并于采集装置表面设有SD卡插卡端。
6.根据权利要求1所述的一种基于GPS同步授时的传感数据采集装置，其特征在于：所述无线数据传输模块为DTU无线传输器。
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