基于海洋平台无线多通道同步数据采集与传输的实现方法与流程

本发明涉及多通道同步数据采集与传输方法，尤其涉及一种基于海洋平台无线多通道同步数据采集与传输的实现方法，属于海洋石油工程领域。

背景技术：

目前，针对多通道同步数据采集和传输的方法主要分为两类，其中，一类是采用传统布线的方式，即：在各传感器布设完成后，需要专用线缆将其连接至测试主机，然后，由测试主机完成多通道同步数据采集。这种方法的优点是在测试主机上完成所有的信号处理、数据采集、数据处理和存储等任务，时效性很好。但是，由于其布线过程非常麻烦，而且测试主机的工作任务太多，容易出现异常情况。

另一类是由各测点仪器完成信号处理、数据采集和处理，然后，将数据

通过无线通讯的方式发送至测试主机。这种方法不仅省去了繁琐的布线，而且，将测试主机的任务下放至各测点仪器，增加了系统的可靠性。但是，由于这种方法其信号处理主要集中在同步数据采集上，各测点仪器和测试主机都是独立工作的，数据采集和记录没有统一的时间标准；尤其是当多测点联合采集和分析时，没有很好的数据采集同步性，对于数据分析来说，必然不够完整；且由于在现有的技术中，仅采用全球定位系统(gps)，由卫星授时实现时钟同步的方法，同时，在海洋平台上，又容易因信号强度不足产生时钟失锁现象，导致数据采集不同步或被迫中断采集过程。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种基于海洋平台无线多通道同步数据采集与传输的实现方法，其能够根据用户的实际需求，将多个分布式测点仪器布设在海洋平台的不同测位上，不仅解决了对不同侧位上的待测信号进行同步数据采集的问题，而且，还能够将各个分布式测点仪器采集到的数据分别配置在各自的无线信道进行数据传输，解决了在测试过程中的有效控制和分布式测点仪器的实时数据监测的问题。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种基于海洋平台无线多通道同步数据采集与传输的实现方法，其特征在于：包括：设置在海洋平台的不同测位上的数个测点仪器、与数个测点仪器相连的无线数据采集测试主机、与无线数据采集测试主机相连的计算机，其中，无线数据采集测试主机作为主模式网络结构进行发号施令，数个测点仪器为从式网络结构，等待无线数据采集测试主机的指令和执行；当有多个测点仪器的数据需要发送时，由无线数据采集测试主机以逐个点名的方式，对特定的测点仪器索要特定时间段的数据；

测点仪器包括：内置传感器及时钟同步单元、与内置传感器及时钟同步单元输出端连接的数据采集单元、与数据采集单元输出端连接的无线通讯模块，其中，无线通讯模块与内置传感器进行信息交互；无线通讯模块还通过微处理器与时钟同步单元进行信息交互；且微处理器还分别与数据采集单元、电源调理单元连接，电源调理单元由电池供电；

无线数据采集测试主机包括：数个无线通讯模块、分别与数个无线通讯模块相连的微控制器、分别与微控制器相连的第二电源调理单元、存储模块、显示屏和计算机通讯接口；其中，数个无线通讯模块分别与相应的测点仪器相连，同时，数个无线通讯模块还与第二电源调理单元相连；数个无线通讯模块会根据测点仪器的数量、距离及测试要求，同时建立多个信道的无线通讯单元，且每个测点仪器与其中一个无线通讯模块进行无线连接和数据传输；每个无线通讯模块的工作状态均由微控制器进行控制，并通过显示屏进行现场指示；每个无线通讯模块接收到的数据保存在存储模块内或者通过计算机通讯接口和通讯线缆发送至计算机。

所述内置传感器一般为mems微型传感器、mems加速度传感器，内置于便携式测点仪器的底部；内置传感器的输入信号连接至数据采集单元，完成信号处理和同步数据采集后，通过无线通讯模块发送至无线数据采集测试主机。

所述时钟同步单元采用全球定位系统(gps)卫星定位、高精度时钟联合授时，并实现广域系统级的时钟同步。

所述电源调理单元是将电池的输出进行转换和调理，为内置传感器、数据采集单元及无线通讯模块提供稳定的电源。

所述无线通讯模块一般需要连接外置天线。

所述无线数据采集测试主机的多个天线一般由外接延长线引出，并放置在距离测点仪器最近的范围内。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，本发明安装方便、测试快速；其能够根据用户的实际需求，将多个分布式测点仪器布设在海洋平台的不同测位上，不仅解决了对不同侧位上的待测信号进行同步数据采集的问题，而且，还能够将各个分布式测点仪器采集到的数据分别配置在各自的无线信道进行数据传输，解决了在测试过程中的有效控制和分布式测点仪器的实时数据监测的问题。

附图说明

图1为本发明整体框架示意图。

图2为本发明分布式测点仪器连接示意图。

图3为本发明无线数据采集测试主机连接示意图。

图中主要标号说明：

1.内置传感器、2.时钟同步单元、3.数据采集单元、4.第一电源调理单元、5.无线通讯模块、6.电池、7.第一微处理器、801.第一无线通讯模块、802.第二无线通讯模块、803.第三无线通讯模块、80n.第n无线通讯模块、9.微控制器、10.第二电源调理单元、11.sd卡存储模块、12.oled显示屏、13.计算机通讯接口、14.第一便携式测点仪器、15.第二便携式测点仪器、16.第三便携式测点仪器、17.第n便携式测点仪器、20.无线数据采集测试主机、30.计算机。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明包括：设置在海洋平台的不同测位上的数个测点仪器(本实施例为：第一便携式测点仪器14、第二便携式测点仪器15、第三便携式测点仪器16、第n便携式测点仪器17)、与数个测点仪器相连的无线数据采集测试主机20、与无线数据采集测试主机20相连的计算机30，其中，无线数据采集测试主机20作为主模式网络结构进行发号施令，数个测点仪器为从式网络结构，等待无线数据采集测试主机20的指令和执行；当有多个测点仪器的数据需要发送时，由无线数据采集测试主机20以逐个点名的方式，对特定的测点仪器索要特定时间段的数据；这样数据回收过程统一规划，提高了通讯质量。虽然，在海洋平台振动检测或机泵工况监测等环境下，对于实时性要求并不高，但是，对于某一段特定时间的数据又非常重要。非常适合这种主机以点名的方式向选定的测点仪器索取特定时间段的数据。

如图2所示，测点仪器包括：内置传感器1及时钟同步单元2、与内置传感器1及时钟同步单元2输出端连接的数据采集单元3、与数据采集单元3输出端连接的无线通讯模块5，其中，无线通讯模块5与内置传感器1进行信息交互；无线通讯模块5还通过微处理器7与时钟同步单元2进行信息交互；且微处理器7与数据采集单元3连接；微处理器7与电源调理单元4连接，电源调理单元4由电池6供电。

上述数个测点仪器都有自己的地址编号，当收到指令后，需要与指令中的地址信息进行比对，如果与自身的地址匹配，则按照无线数据采集测试主机20的要求发送数据；如不匹配则认为是无效指令。

上述内置传感器1一般为mems微型传感器、mems加速度传感器，内置于便携式测点仪器的底部，并可根据需要填充环氧树脂进行灌封。内置传感器1的输入信号连接至数据采集单元3，完成信号处理和同步数据采集后，通过无线通讯模块5发送至无线数据采集测试主机。

上述时钟同步单元2采用全球定位系统(gps)卫星定位、高精度时钟联合授时的方案，实现严格意义上的广域系统级的时钟同步。

上述电源调理单元4是将电池的输出进行转换和调理，为内置传感器1、数据采集单元3及无线通讯模块5提供稳定而可靠的电源。

上述无线通讯模块5一般需要连接外置天线，以保证无线信号的质量。

上述便携式测点仪器在采集过程中，所有记录的数据包均带有时间标记，时间包中的年月日时分，可以直接采用全球定位系统(gps)接收模块提供的报文信息中的内容。而秒的信息精度较差，需要与仪器内置的高精度晶振时钟信号进行同步处理后，才能作为最终的时间标记。便携式测点仪器在工作时，首先要在全球定位系统(gps)信号较好的地方工作，收到全球定位系统(gps)定位和授时信息后，全球定位系统(gps)模块会输出的秒脉冲pps信号，即：每隔1秒输出一个脉冲。便携式测点仪器会根据这个pps脉冲来校对自身产生的同步时钟信号，然后，由其为数据采集单元3提供同步时钟信号，完成同步数据采集。

上述微处理器7产生的时钟信号本身为1微秒的脉冲信号，理想情况下，全球定位系统(gps)模块输出的两个秒脉冲pps信号之间，应该会有100万个这样的1微秒脉冲。但实际上，由于各种误差原因，不会如此精确，因此，微处理器就需要根据gps模块输出的秒脉冲信号的间隔来调整输出1微秒脉冲的数量，使其与gps模块的秒脉冲pps信号实现同步。

当全球定位系统(gps)卫星信号接收强度足够好的情况下，微处理器7输出的时钟同步信号，时钟会与全球定位系统(gps)模块输出的秒脉冲pps信号进行校对和调整，使得数据采集模块能够有效的接收同步时钟信号。当全球定位系统(gps)卫星信号信号不足或偶尔中断时，由微处理器7产生的脉冲信号暂停校对和调整，继续为数据采集模块提供同步时钟信号，短时间内，并不会产生很大的同步信号误差。待全球定位系统(gps)卫星信号强度恢复后，微处理器7则重新根据全球定位系统(gps)模块输出的秒脉冲pps信号进行校对和调整。

如图3所示，上述无线数据采集测试主机20包括：数个无线通讯模块(本实施例为：第一无线通讯模块801、第二无线通讯模块802、第三无线通讯模块803、第n无线通讯模块80n)、分别与数个无线通讯模块相连的微控制器9、分别与微控制器9相连的第二电源调理单元10、sd卡存储模块11、oled显示屏12和计算机通讯接口13；其中，数个无线通讯模块分别与相应的测点仪器相连，测点仪器即：第一便携式测点仪器14、第二便携式测点仪器15、第三便携式测点仪器16、第n便携式测点仪器17，同时，数个无线通讯模块还与第二电源调理单元10相连；数个无线通讯模块会根据测点仪器的数量、距离及其他测试要求，同时建立多个信道的无线通讯单元，且每个测点仪器与其中一个无线通讯模块进行无线连接和数据传输；每个无线通讯模块的工作状态均由微控制器9进行控制，并通过oled显示屏12进行现场指示；每个无线通讯模块接收到的数据可以保存在sd卡存储模块11内或者通过计算机通讯接口13和通讯线缆发送至计算机30。无线数据采集测试主机20的多个天线一般由外接延长线引出，并放置在距离测点仪器最近的范围内，这样，也有效地避免了多个天线之间存在的信道干扰。

当有多个测点仪器的数据要发送时，由无线数据采集测试主机20以逐个点名的方式对特定的测点仪器索要特定时间段的数据。这样，数据在回收过程中统一规划，大大提高了通讯质量。在海洋平台振动检测或机泵工况监测等环境下，对于实时性要求并不高，但是，对于某一段特定时间的数据又非常重要。非常适合这种无线数据采集测试主机20以点名的方式，向选定的测点仪器索取特定时间段的数据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。