[0054]CPU及存储模块:用于完成对采集终端的控制、模数转换的控制、数据的采集与处理，接收和执行控制计算机通过无线通信发送过来的指令。
[0055]AD模数转换模块:用于完成模数转换功能；采用Σ-Δ型AD转换器件，其转换过程完全由其时钟驱动，因此要求l/fo〈〈2us。
[0056]GPS/BD双接收硬件模块:用于接收GPS信号或BD北斗信号，根据信号覆盖情况进行选择，其输出的PPS脉冲作为硬件控制信号，用于控制AD模块的采集时刻同步启动。
[0057]CPLD可编程模块:存储有用于同步采集控制的逻辑电路设计。
[0058]无线通信模块:用于接收、发送无线通信指令、数据。
[0059]电池模块:为整个采集终端供电，使采集终端在无任何外接电源的情况下，可以独立工作。
[0060]石英晶振时钟:为模数转换器件提供工作时钟。
[0061]—种无线同步数据采集的控制方法，该方法主要用于分布式介损的测量，测量时需要至少同时启动2路以上的信号，以相同的采样率fs波形采样，其要求两路测量启动的时间、及对应的每个采样点的采样时刻的绝对误差<2us。如果两路信号的采样是在同一块电路板，或由同一个AD执行，或两路采样板距离很近，有直接连接的硬件同步信号和时钟，该误差要求是很容易实现的。但是在两个完全独立的，没有直接电气连接的采样终端上，是很难实现的。如果采用无线通信(包括2.4GHz的Zigbee，WIFI)的方式，以下发命令的方式同时启动2路终端的采集，由于软件处理时间的不确定性，无线传输过程的不确定性，其启动时间误差也达不到要求。
[0062]因此，本发明采用了 GPS/BD的PPS脉冲，作为每个采样终端的硬启动的同步信号，由于GPS/BD的PPS脉冲在模块锁定卫星后，其每个模块发出的PPS脉冲边沿的时刻绝对误差t0〈lus (与地理位置无关)，可以保证启动采用的时刻要求满足误差要求。后续每个采样点的采样时刻误差，由各个采样终端的内部时钟保证。一般都采用石英晶振，其频率fo的精度是容易达到的，但要求l/fo〈lus，使得2通道间的采样时刻误差最大为±l/fo。一般fo 多 fs0
[0063]AD模数变换的数据输出时序完全由其石英晶振驱动，因此其采样点时刻的误差取决于石英晶振的稳定度和启动时刻的误差。本发明中采用流水线架构的Σ-Δ型AD转换器件。
[0064]为了达到要求的时间误差，除了硬件以外，还需要无线通信和软件顺序上的控制，才能到达相关性能要求。
[0065]如图1所示，具体步骤如下:
[0066]步骤1、两个以上的采集终端和一采集控制主站计算机进行初始化；
[0067]由各个采集终端自由运行，完成初始化，自行控制启动AD模数转换模块采集，档位调节的工作。采集控制主站计算机如果是第一次准备启动采集，则通过无线通信模块，向各个采集终端下发初始化命令，使所有采集终端及采集控制主站计算机的sn = O。
[0068]步骤2、所述采集终端检测到PPS脉冲信号下降沿发出，通过无线通信向所述采集控制主站计算机发送“GPS/BD-READY”状态指令；
[0069]采集终端的CPU及存储模块通过通信接口查询GPS/BD双硬件模块的卫星锁定状态，如果检测到GPS/BD双接收硬件模块已经锁定卫星，具备测量条件并且能够启动测量时，检测GPS/BD双接收硬件模块的PPS脉冲信号的下降沿是否发出；当CPU检测到GPS/BD双接收硬件模块的PPS脉冲信号下降沿发出，则通过无线通信模块向采集控制主站计算机发送“GPS/BD-READY”状态指令。
[0070]步骤3、所述采集终端接收到“AD-START” + “sn”指令后，由PPS脉冲信号作为硬件控制信号；
[0071]采集控制计算机收到任一采集终端发送的“GPS/BD-READY”状态指令，则立即向所有采集终端以无线广播的方式发送“AD-START” + “sn”指令，(sn = O?65525);采集终端收到指令后，将AD模数转换模块的控制权切换为PPS脉冲信号控制；该过程不超过0.5s完成，此时PPS脉冲信号为“0”，因此并未实际启动AD模数转换模块的采集。
[0072]步骤4、当PPS脉冲信号由“O”变为“ I”时，以采样率fs进行模数变换，接收顺序的波形采样数据；
[0073]等待PPS脉冲信号变化。当PPS脉冲信号由“O”变为“I”时，由CPLD可编程模块控制石英晶振时钟模块的输出加到AD模数转换模块，AD模数转换模块开始按照时序工作，以采样率fs进行模数变换，CPU接收顺序的波形采样数据。(fs为AD模数转换模块的采样速率)。
[0074]步骤5、按照预先设定的采样长度接收完所述采样数据后，所述采集控制主站计算机向各个采集终端通过无线通信查询、读取数据。
[0075]CPU向CPLD可编程模块写入指令，停止AD模数转换模块的数据采集，切换为CPU主动控制，并进行数据处理，等待采集控制主站计算机读取数据结果。采集控制主站计算机向各个采集终端通过无线通信查询、读取数据，并检测读取的各个采集终端的sn与采样控制计算机的sn是否相等，相等则为有效数据；使sn = sn+Ι。准备下一轮采集。(sn(0-65535)为采集控制序号，每完成I次采集则加1，sn相同则为同一次采集的结果)。
[0076]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种无线同步数据采集的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)两个以上的采集终端和一个采集控制主站计算机进行初始化； (2)所述采集终端检测到PPS脉冲信号下降沿发出，通过无线通信向所述采集控制主站计算机发送“GPS/BD-READY”状态指令； (3)所述采集终端接收到“AD-START”+“sn”指令后，由PPS脉冲信号作为硬件控制信号; (4)当PPS脉冲信号由“O”变为“I”时，以采样率fs进行模数变换，接收顺序的波形采样数据； (5)按照预先设定的采样长度接收完所述采样数据后，所述采集控制主站计算机向各个采集终端通过无线通信查询、读取数据。2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述采集控制主站计算机若为第一次准备启动采集，则通过无线通信向各个所述采集终端下发初始化命令，使所有所述采集终端及所述采集控制主站计算机的sn = O，所述sn为采集控制序号，每完成I次采集则加1，sn相同则为同一次采集的结果，所述sn取值为O到65535。3.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述采集终端根据信号覆盖情况进行选择接收GPS信号或BD北斗信号后，输出所述PPS脉冲信号。4.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤⑶中，所述“AD-START” + “ sn”指令为所述采集控制主站计算机接收到所述“GPS/BD-READY”状态指令后，以无线广播的形式发送给各个所述采集终端的指令。5.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述PPS脉冲信号由“O”变为“ I”时，采集终端由石英晶振时钟驱动，所述石英晶振时钟的采样时刻的绝对误差小于2us,即l/fo〈2us, fo为石英晶振时钟频率，所述采样率fs ( fo。6.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述设定的采样长度小于0.5sο7.一种无线同步数据采集的控制系统，其特征在于，所述系统包括:至少两个采集终端和一个采集控制主站计算机，所述采集终端用于完成数据AD变换、数据处理和通信管理；所述采集控制主站计算机用于对所述采集终端的控制和对采集同步过程的自动控制。8.根据权利要求7所述控制系统，其特征在于，所述采集终端包括: (PU及存储模块，用于完成对采集终端的控制、模数转换的控制、数据的采集与处理，接收和执行控制计算机通过无线通信发送过来的指令； AD模数转换模块:用于完成模数转换功能；采用Σ-Δ型AD转换器件，其转换过程完全由石英晶振时钟驱动； GPS/BD双接收硬件模块:用于根据信号覆盖情况进行选择接收GPS信号或BD北斗信号，其输出的PPS脉冲信号作为硬件控制信号，控制所述AD模数转换模块的采集时刻同步启动； CPLD可编程模块:用于存储有用于同步采集控制的逻辑电路设计； 无线通信模块:用于接收和发送无线通信指令、数据； 电池模块:为整个采集终端供电，使采集终端在无任何外接电源的情况下，可以独立工作；石英晶振时钟:为所述AD模数转换模块提供工作时钟。
【专利摘要】本发明提供一种无线同步数据采集的控制方法和系统，该方法包括：两个以上的采集终端和一采集控制主站计算机进行初始化；所述采集终端检测到PPS脉冲信号下降沿发出，通过无线通信向所述采集控制主站计算机发送“准备”状态指令；所述采集终端接收到“开始”+“sn”指令后，由PPS脉冲信号作为硬件控制信号；当PPS脉冲信号由“0”变为“1”时，以采样率fs进行模数变换，接收顺序的波形采样数据；按照预先设定的采样长度接收完所述采样数据后,所述采集控制主站计算机向各个采集终端通过无线通信查询、读取数据。本发明采用由无线传感器网络传输技术和GPS同步采集技术分布式传感器网络构成的高精度多路测试系统，提高了系统的测试效率。
【IPC分类】G01R31/00, G05B19/048, G08C17/02
【公开号】CN105093022
【申请号】CN201510492839
【发明人】鞠登峰, 李忠晶, 周兴, 张伟政, 尹晓敏, 李宁
【申请人】国家电网公司, 北京国网普瑞特高压输电技术有限公司, 国网河南省电力公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月12日