CN111542009B - 一种***效应无线测试网络触发采集控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种***效应无线测试网络触发采集控制方法,通过在无线测试网络中的无线测试设备中设置卫星接收机模块,可实现测点精确定位和设备间的高精度时间同步;在无线测试网络的无线测试设备中设置LORA无线通信模块,利用基于LORA标准的无线远传能力,可实现网络中设备的远距离超低延迟(仅延迟电磁波传播时间)通信;采用基于LORA的广播通知方式,可实现网络中多设备的可靠触发;采用基于计算节点间距离确定触发延时的触发控制技术,可实现测点处信号的有效采集。本发明可确保***效应大范围内多个无线测试设备的可靠触发和数据有效采集。
Description
技术领域
本发明涉及无线测试技术,具体是一种***效应无线测试网络触发采集控制方法。
背景技术
近年来,随着无线传感器网络技术研究的深入,利用无线传感器网络大范围分布式测试能力进行试验参数测量的应用也成为研究热点,其中,基于无线传感器网络的***效应参数无线测试***也在不断研发中,北京理工大学、中北大学、南京理工大学、部分国内科研机构和企业相继研制了用于***试验过程的冲击波等效应参数专用无线测试设备。
***效应等动态过程试验参数的测试,要求无线测试节点设备的数据采样率高(通常大于1M SPS),对于目前的数据采集存储设备,存储容量和实时存储速度有限,无法实现数据的长时间采集存储,因此通常采取等待触发的采集策略,利用某种信号触发设备开始采集,一定时间后停止采集,采集时间的长短根据试验待测参数的动态过程确定,以确保采集到有效长度的参数数据。目前,常用的触发方式有基于测试信号自身电平的内触发、基于断线信号的外触发、定时触发等。但对于大范围***效应场内的参数测试,这些触发方式均存在问题,基于测试信号自身电平的内触发因响应输出信号大小的不确定性不可靠,不能确保设备的可靠触发;基于断线信号的外触发因需采用有线的方式从***源处引出触发线炸断信号,在大范围内不具有使用价值,也失去了无线测试的意义;定时触发因起爆时间不确定也无法应用。因此如何使***效应场内的所有节点设备均能可靠的触发采集数据是无线测试网络需要解决的问题。
另外,由于***效应测试区域的范围大,***效应参数,如冲击波、地震动等从一个测点传播到另一个测点需要一定的时间,如果无线测试网络中所有测点处的设备同时开始采集,因设备的存储容量有限,设置的数据采集时长(采集数据长度)也有限制,无线网络中远离炸点的节点设备可能在用完采集时长后被测信号还没有到达,这样就没有采集到有效的信号。因此,对于大范围内布设的无线测试网络,也需要一种可靠的触发采集控制策略。
发明内容
针对背景技术中存在的问题,本发明的目的是提出一种***效应无线测试网络触发采集控制方法,以解决大范围内布设的无线测试网络中,用于获取高速动态参数的无线测试节点设备的可靠触发及数据有效采集的问题。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种***效应无线测试网络触发采集控制方法,包括以下步骤:
步骤S1、构建基于WiFi的多节点无线测试网络,所述无线测试网络包括测试服务器、WIFI无线设备和m个无线测试设备,m为大于三的正整数,所述无线测试设备具有嵌入式高速处理器和大容量非易失存储器,所述嵌入式高速处理器中嵌入有节点定位及距离算法;所述无线测试设备中设置有卫星接收机模块和LORA无线通信模块,具有基于LORA接收信号的无线触发功能,并采用基于卫星授时的定位方式和高精度时间同步方式;
步骤S2、测试任务配置阶段,根据测试要求在测试区域布设WIFI无线设备和m个无线测试设备,每个无线测试设备均采用基于卫星授时的定位方式获得定位坐标,并将定位坐标作为位置信息上报给测试服务器,测试服务器运行的测控程序动态加载位置信息并显示无线测试设备的测试参数类型,并将每一个无线测试设备的定位坐标进行坐标变换后获得该设备与其余无线测试设备之间的实际距离,然后将实际距离参数发送给该设备;同时,测试服务器还根据每个无线测试设备所测试参数的类型将所测效应参数的传播速度下发至该设备;
步骤S3、通过测试服务器将无线测试网络中的n个无线测试设备设为从触发设备,其余的无线测试设备同时设为主触发设备,所述n为小于m的正整数;
所述从触发设备的触发方式为基于LORA的广播通知方式,所述广播通知由主触发设备发送;
所述主触发设备的触发方式除基于LORA的广播通知方式外,还具有断线外部触发方式或者特定信号内部触发方式;
步骤S4、触发采样,当无线测试网络中任意一个主触发设备满足触发条件开始数据采集后,该设备内的LORA无线通信模块向网络内的其余主触发设备和每个从触发设备发送有效触发信号,网络内的其余主触发设备和每个从触发设备根据其与该主触发设备的距离和测试参数的类型计算信号传播时延,确定采集延时时间,并在延时完成后启动数据采集;
步骤S5、触发采样完成,主触发设备和从触发设备分别向测试服务器回应触发完成,此时测试服务器向各个无线测试设备下发数据上传调度指令,无线测试设备根据指令上传本次触发采样数据。
与现有技术相比,本发明的优点和有益效果在于:
1.无线测试网络中的无线测试设备中设置卫星接收机模块,可实现测点精确定位和设备间的高精度时间同步;
2.无线测试网络的无线测试设备中设置LORA无线通信模块,利用基于LORA标准的无线远传能力,可实现网络中设备的远距离超低延迟(仅延迟电磁波传播时间)通信;
3.采用基于LORA的广播通知方式,可实现网络中多设备的可靠触发;
4.采用基于计算节点间距离确定触发延时的触发控制技术,可实现测点处信号的有效采集。
本发明充分考虑了***效应无线测试***触发控制技术的具体测试需求,提出的触发控制技术通过较低的设备成本增加(增加了LORA无线通信模块)和简单的程序实现(位置和传播时间的计算),为大范围无线测试***针对同一事件的有效触发技术提供了解决方案非常适合于在大范围***效应无线测试***中使用。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明在试验过程中的状态变化流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明。
一种***效应无线测试网络触发采集控制方法,如图1、图2所示,包括以下步骤:
步骤S1、构建基于WiFi的多节点无线测试网络,所述无线测试网络包括测试服务器、WIFI无线设备和m个无线测试设备,m为大于三的正整数,所述无线测试设备具有嵌入式高速处理器和大容量非易失存储器,所述嵌入式高速处理器中嵌入有节点定位及距离算法;所述无线测试设备中设置有卫星接收机模块和LORA无线通信模块,具有基于LORA接收信号的无线触发功能,并采用基于卫星授时的定位方式和高精度时间同步方式;
步骤S2、测试任务配置阶段,根据测试要求在测试区域布设WIFI无线设备和m个无线测试设备,每个无线测试设备均采用基于卫星授时的定位方式获得定位坐标,并将定位坐标作为位置信息上报给测试服务器,测试服务器运行的测控程序动态加载位置信息并显示无线测试设备的测试参数类型,并将每一个无线测试设备的定位坐标进行坐标变换后获得该设备与其余无线测试设备之间的实际距离,然后将实际距离参数发送给该设备;同时,测试服务器还根据每个无线测试设备所测试参数的类型将所测效应参数的传播速度下发至该设备;
步骤S3、通过测试服务器将无线测试网络中的n个无线测试设备设为从触发设备,其余的无线测试设备同时设为主触发设备,所述n为小于m的正整数;
所述从触发设备的触发方式为基于LORA的广播通知方式,所述广播通知由主触发设备发送;
所述主触发设备的触发方式除基于LORA的广播通知方式外,还具有断线外部触发方式或者特定信号内部触发方式;
步骤S4、触发采样,当无线测试网络中任意一个主触发设备满足触发条件开始数据采集后,该设备内的LORA无线通信模块向网络内的其余主触发设备和每个从触发设备发送有效触发信号,网络内的其余主触发设备和每个从触发设备根据其与该主触发设备的距离和测试参数的类型计算信号传播时延,确定采集延时时间,并在延时完成后启动数据采集;
步骤S5、触发采样完成,主触发设备和从触发设备分别向测试服务器回应触发完成,此时测试服务器向各个无线测试设备下发数据上传调度指令,无线测试设备根据指令上传本次触发采样数据。
本发明的原理如下:
所述步骤1中,使用的无线测试设备均增加卫星接收机模块和LORA(LowPowerWide Area Network,低功耗广域网)无线通信模块;各个测试设备可以获得精确的定位坐标,作为位置信息上报给测试服务器,测试服务器运行的测控程序可以动态加载位置信息并显示测试设备的测试参数类型,可根据不同设备的定位位置进行坐标变换后获得不同设备之间的实际距离并分发给测试设备;LORA是基于扩频技术的超远距离无线传输方案,可为用户提供简单的能实现远距离、长电池寿命的无线通信,主要在433、868、915MHz的全球免费频段运行,具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特性;测试设备中加入LORA模块后在较大区域可以电磁波传播速度在***内部发送触发消息,该速度远高于***效应如冲击波、地震动的传播速度;
所述步骤2中,为了获得***效应参数的时空分布规律,对于冲击波压力、地震动速度、瞬态高温等效应场参数多采用沿传播路径布设多个测点的测试方法,大型试验中多个测点的布设范围很很广,同时由于地震动传播距离更远,因此覆盖数公里的***效应测试***分布式布设方案非常常见;测试服务器可以将冲击波压力传播速度、地震波传播速度参数的经验值和实际校准测试值发送给***内的每台设备;
所述步骤3中,在正式***效应测试试验前,根据设备位置、量程预估、***点预测等先验信息可设置设备的有效触发方式,但是由于***点的不确定性(尤其是动爆试验)和量程预估的偏差,需要同时对多个设备设置为主触发设备,主触发设备通过断线外部触发、特定信号内部触发等方式在起爆后可有效触发;
所述步骤4中,距离主触发设备较远的设备无法获得满足条件的触发信号,因此主触发设备中任意一个触发后,需要通过LORA无线通信方式广播给***内的每一个设备有效触发信号;由于瞬态测试设备的高采样速率有效存储空间有限,距离过远的设备如果收到LORA触发信号后直接触发会出现无法采集到有效信号的情况,因此,设备中的嵌入式处理器根据采样时长、距离主触发设备的距离、测量参数在空间传播速度三个参量计算测量参数到达本设备位置的时间,根据该时间结合卫星接收机模块的授时信息在之后的某一特定时刻自动触发;由于无线测试设备的采样时长一般在秒量级,5km距离LORA电磁波的传播时长约为16微秒,冲击波的传播时长约为10秒(按500m/s速度估算),LORA电磁波的传播速度远大于冲击波传播速度,因此出现设备位置偏差、效应参数传播速度偏差的情况下不影响本***提出的触发技术的有效性,可以保证从触发设备计算时间延迟后触发采样。
具体实施时,本发明的触发控制技术,在测试***硬件设备进行上述步骤提及的硬件设计及实现后,设备类型和指标会有多种形式,但是基本思想及实现如本发明权利要求书所述,在此基础上,任何不脱离本发明精神及范围内的改动,均应落入本发明的保护范围。
使用本发明的***效应无线测试***触发控制技术,很好的解决了分布式无线测试***在大范围多测点动态过程试验中的触发控制难题,可在多个场合逐步替代传统采用的有线测试方法或者无法采用无线多设备组网测试的相关方法。
本发明未详述部分为现有技术。
Claims (1)
1.一种***效应无线测试网络触发采集控制方法,其特征是:包括以下步骤:
步骤S1、构建基于WiFi的多节点无线测试网络,所述无线测试网络包括测试服务器、WIFI无线设备和m个无线测试设备,m为大于三的正整数,所述无线测试设备具有嵌入式高速处理器和大容量非易失存储器,所述嵌入式高速处理器中嵌入有节点定位及距离算法;所述无线测试设备中设置有卫星接收机模块和LORA无线通信模块,具有基于LORA接收信号的无线触发功能,并采用基于卫星授时的定位方式和高精度时间同步方式;
步骤S2、测试任务配置阶段,根据测试要求在测试区域布设WIFI无线设备和m个无线测试设备,每个无线测试设备均采用基于卫星授时的定位方式获得定位坐标,并将定位坐标作为位置信息上报给测试服务器,测试服务器运行的测控程序动态加载位置信息并显示无线测试设备的测试参数类型,并将每一个无线测试设备的定位坐标进行坐标变换后获得该设备与其余无线测试设备之间的实际距离,然后将实际距离参数发送给该设备;同时,测试服务器还根据每个无线测试设备所测试参数的类型将所测效应参数的传播速度下发至该设备;
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所述从触发设备的触发方式为基于LORA的广播通知方式,所述广播通知由主触发设备发送;
所述主触发设备的触发方式除基于LORA的广播通知方式外,还具有断线外部触发方式或者特定信号内部触发方式;
步骤S4、触发采样,当无线测试网络中任意一个主触发设备满足触发条件开始数据采集后,该设备内的LORA无线通信模块向网络内的其余主触发设备和每个从触发设备发送有效触发信号,网络内的其余主触发设备和每个从触发设备根据其与该主触发设备的距离和测试参数的类型计算信号传播时延,确定采集延时时间,并在延时完成后启动数据采集;
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