專利名稱：一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息通信領(lǐng)域，尤其是涉及一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法及裝置。
技術(shù)背景
同步采樣是實(shí)現(xiàn)異地同步測量的關(guān)鍵技術(shù)，只有各測量點(diǎn)的采樣是同步進(jìn)行的， 同一時(shí)刻計(jì)采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的參考時(shí)間基準(zhǔn)，其監(jiān)測數(shù)據(jù)才可直接進(jìn)行比較。
在基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP下位機(jī)設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)中，同步采樣大多都采用傳統(tǒng)授時(shí)模式。而異地同步測量是工程中經(jīng)常用到的方法，如果用傳統(tǒng)的授時(shí)模式，其時(shí)鐘頻率的產(chǎn)生是用晶體，而晶體會(huì)老化，易受外界環(huán)境變化及長期的精度漂移影響，造成授時(shí)精度下降，這樣異地同步測量的數(shù)據(jù)其實(shí)已經(jīng)不再同步、同時(shí)了。
目前另一種基于DSP下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集裝置中已采用GPS授時(shí)信號(hào)作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，在這種裝置中，同步采樣的時(shí)間誤差，主要取決于GPS同步授時(shí)精度，相對(duì)于傳統(tǒng)授時(shí)模式提高了授時(shí)的精確度和穩(wěn)定性，對(duì)異地同步測量提高了一致性。但對(duì)GPS同步信號(hào)接收異常、GPS信號(hào)傳輸延遲、DSP下位機(jī)軟件部分的中斷反應(yīng)與處理等帶來的誤差都沒有進(jìn)行相應(yīng)的處理。
在現(xiàn)有的GPS對(duì)DSP下位機(jī)授時(shí)方案中，都是對(duì)單一采集電路進(jìn)行授時(shí)。如果DSP 下位機(jī)使用的不同晶體震蕩器之間存在固有頻率差異，則會(huì)造成放生信號(hào)的頻率與采集頻率不同步的現(xiàn)象。
同時(shí)GPS與DSP下位機(jī)高度集成，給故障判斷、設(shè)備維護(hù)帶來了很大的不便。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種準(zhǔn)確性高，故障判斷明確的數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法及裝置。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法，包括以下步驟
DGPS對(duì)時(shí)卡通過GPS天線獲取GPS時(shí)間信息；
2)上位機(jī)獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息，將上位機(jī)操作系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間將設(shè)置成獲取到的GPS時(shí)間，并開始向DSP下位機(jī)采集數(shù)據(jù)；
3) DSP下位機(jī)獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息，并采集監(jiān)測數(shù)據(jù)；
4)DSP下位機(jī)將獲取的GPS時(shí)間信息作為時(shí)間戳與同時(shí)刻采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，上傳至上位機(jī)；
5)上位機(jī)解析DSP下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)包，判斷時(shí)間戳是否合法，若為是，則執(zhí)行步驟7)，若為否，則執(zhí)行步驟6)；
6)將上位機(jī)的當(dāng)前時(shí)間作為時(shí)間戳，取代不合法的時(shí)間戳，并執(zhí)行步驟7)；
7)上位機(jī)將帶有時(shí)間戳的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。
所述的步驟3)中DSP下位機(jī)通過串行接口獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息。3
所述的DSP下位機(jī)包括DSP芯片、FPGA芯片和FFM芯片，DSP下位機(jī)獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息時(shí)，GPS對(duì)時(shí)卡向FPGA芯片和FFM芯片發(fā)送秒脈沖信號(hào)，同步FPGA芯片和FFM芯片的秒脈沖前沿，同時(shí)，GPS對(duì)時(shí)卡向DSP芯片發(fā)送GPS時(shí)間信息，DSP芯片根據(jù)該 GPS時(shí)間信息生成時(shí)間戳。
所述的時(shí)間戳的最小單位為秒，時(shí)間戳誤差在IOms以內(nèi)，所述的秒脈沖前沿誤差在IOus以內(nèi)。
所述的步驟2~)中上位機(jī)向DSP下位機(jī)采集數(shù)據(jù)的頻率為10Hz，DSP下位機(jī)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)的頻率為IOOHz。
所述的DSP下位機(jī)設(shè)有時(shí)鐘累積功能，當(dāng)無法接收到后續(xù)的GPS時(shí)間信息時(shí)，可通過時(shí)鐘累加功能為采集監(jiān)測數(shù)據(jù)提供時(shí)間戳。
一種實(shí)施上述數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法的裝置，包括GPS天線、GPS對(duì)時(shí)卡、上位機(jī)和DSP 下位機(jī)，所述的GPS天線連接GPS對(duì)時(shí)卡，用于獲取GPS時(shí)間信息，GPS對(duì)時(shí)卡分別連接上位機(jī)和DSP下位機(jī)，所述的上位機(jī)和DSP下位機(jī)通過USB接口連接。
所述的上位機(jī)設(shè)有PCI槽，所述的GPS對(duì)時(shí)卡插入該P(yáng)CI槽中，GPS對(duì)時(shí)卡通過 RS232接口連接DSP下位機(jī)，通過串行接口連接上位機(jī)。
所述的上位機(jī)包括工控機(jī)、PC機(jī)或準(zhǔn)系統(tǒng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有低成本、高可靠性、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，GPS對(duì)時(shí)卡、DSP 下位機(jī)、上位機(jī)，三者相互獨(dú)立，便于判定故障點(diǎn)，易于維修和更換，而且GPS對(duì)上位機(jī)與 DSP下位機(jī)分別授時(shí)，提高了 GPS容錯(cuò)性。


圖1為本發(fā)明提供的方法的流程圖2為本發(fā)明的DSP下位機(jī)對(duì)時(shí)方式示意圖3為本發(fā)明提供的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明中GPS對(duì)時(shí)卡的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例
將本發(fā)明應(yīng)用于橋梁監(jiān)控系統(tǒng)，在每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)布置如圖3所示的一套裝置，包括上位機(jī)2、DSP下位機(jī)3、GPS對(duì)時(shí)卡1和GPS天線4。上位機(jī)2和DSP下位機(jī)3之間通過 USB接口連接。GPS對(duì)時(shí)卡1插入設(shè)在上位機(jī)2上的PCI槽內(nèi)，并通過天線電纜連接GPS天線4，用于獲取GPS時(shí)間信息。GPS對(duì)時(shí)卡1通過RS232接口用并聯(lián)串口接線，一頭連接DSP 下位機(jī)的RS232接口，另一頭連接上位機(jī)串行接口，具體連接方式如圖4所示。
裝置布置完成后，啟動(dòng)工作流程，具體的流程圖如1所示
步驟401 =GPS對(duì)時(shí)卡通過GPS天線獲取GPS時(shí)間信息；
步驟402 在上位機(jī)上使用對(duì)時(shí)軟件，可將對(duì)時(shí)卡上的GPS時(shí)間向上位機(jī)進(jìn)行授時(shí)——上位機(jī)操作系統(tǒng)時(shí)間將設(shè)置成GPS時(shí)間(此時(shí)上位機(jī)操作時(shí)間與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步)；
步驟403 上位機(jī)開始向DSP下位機(jī)采集數(shù)據(jù)；
步驟404 =DSP下位機(jī)通過串行接口獲取GPS對(duì)時(shí)卡輸出的GPS時(shí)間信息；此過程中GPS同時(shí)向FFM芯片和FPGA芯片同時(shí)發(fā)送秒脈沖信號(hào)，同步兩者的秒脈沖前沿，同一時(shí)刻，GPS向DSP發(fā)送時(shí)間信息，供DSP制作時(shí)間戳，如圖2所示；
步驟405 =DSP下位機(jī)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)；
步驟406 將獲取到的GPS時(shí)間作為時(shí)間戳與同時(shí)刻采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)打包上傳到上位機(jī)；
步驟407 上位機(jī)解析DSP下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)包，并判斷時(shí)間戳的合法性(若時(shí)間戳合法則進(jìn)入步驟409，不合法則進(jìn)入步驟408)；
步驟408 將上位機(jī)當(dāng)前時(shí)間作為時(shí)間戳取代不合法的時(shí)間戳；
步驟409 上位機(jī)將整合好的帶時(shí)間戳的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器；
步驟410 如果需要繼續(xù)采集則從步驟404開始重復(fù)采集工作。
通過這一流程的工作后，服務(wù)器上可獲得大橋各不同監(jiān)測截面的帶時(shí)間戳的監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于采用了本發(fā)明的對(duì)視技術(shù)，不同監(jiān)測截面上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)所帶的時(shí)間戳所反映的采集時(shí)間具有較高的一致性，可以比對(duì)不同監(jiān)測界面上同一時(shí)刻的監(jiān)測數(shù)據(jù)，具有較高的可比性和參考價(jià)值。
本發(fā)明中GPS對(duì)時(shí)卡1、DSP下位機(jī)3、上位機(jī)2三者相互獨(dú)立，避免了故障點(diǎn)判斷不清、一損俱損的缺點(diǎn)。
DSP下位機(jī)3本身帶有時(shí)鐘累加功能，獲得一次GPS授時(shí)后即使后續(xù)收不到GPS信號(hào)，仍可通過本身的時(shí)鐘累加功能為采集監(jiān)測數(shù)據(jù)提供時(shí)間戳。
上位機(jī)2具有時(shí)間戳檢驗(yàn)機(jī)制，當(dāng)因?yàn)镚PS信號(hào)和DSP下位機(jī)時(shí)鐘故障等原因，收到的時(shí)間戳不合法(包括時(shí)間戳格式不正確、時(shí)間戳所示時(shí)間與上位機(jī)采集時(shí)間相差超過設(shè)定時(shí)限)，則用上位機(jī)采集時(shí)間取不合法的時(shí)間戳，以此作為糾正。其中時(shí)間戳最小單位為秒，秒脈沖前沿誤差< 10us，DSP下位機(jī)3采集頻率IOOHz，上位機(jī)2采集頻率10Hz，時(shí)間戳誤差< 10ms。上位機(jī)2可采用工控機(jī)、PC機(jī)、準(zhǔn)系統(tǒng)等。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法，其特征在于，包括以下步驟DGPS對(duì)時(shí)卡通過GPS天線獲取GPS時(shí)間信息；2)上位機(jī)獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息，將上位機(jī)操作系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間將設(shè)置成獲取到的GPS時(shí)間，并開始向DSP下位機(jī)采集數(shù)據(jù)；3)DSP下位機(jī)獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息，并采集監(jiān)測數(shù)據(jù)；4)DSP下位機(jī)將獲取的GPS時(shí)間信息作為時(shí)間戳與同時(shí)刻采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，上傳至上位機(jī)；5)上位機(jī)解析DSP下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)包，判斷時(shí)間戳是否合法，若為是，則執(zhí)行步驟 7)，若為否，則執(zhí)行步驟6)；6)將上位機(jī)的當(dāng)前時(shí)間作為時(shí)間戳，取代不合法的時(shí)間戳，并執(zhí)行步驟7)；7)上位機(jī)將帶有時(shí)間戳的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法，其特征在于，所述的步驟幻中DSP 下位機(jī)通過串行接口獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法，其特征在于，所述的DSP下位機(jī)包括DSP芯片、FPGA芯片和FFM芯片，DSP下位機(jī)獲取GPS對(duì)時(shí)卡的GPS時(shí)間信息時(shí)，GPS對(duì)時(shí)卡向FPGA芯片和FFM芯片發(fā)送秒脈沖信號(hào)，同步FPGA芯片和FFM芯片的秒脈沖前沿，同時(shí)，GPS對(duì)時(shí)卡向DSP芯片發(fā)送GPS時(shí)間信息，DSP芯片根據(jù)該GPS時(shí)間信息生成時(shí)間戳。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法，其特征在于，所述的時(shí)間戳的最小單位為秒，時(shí)間戳誤差在IOms以內(nèi)，所述的秒脈沖前沿誤差在IOus以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法，其特征在于，所述的步驟幻中上位機(jī)向DSP下位機(jī)采集數(shù)據(jù)的頻率為IOHz，DSP下位機(jī)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)的頻率為IOOHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法，其特征在于，所述的DSP下位機(jī)設(shè)有時(shí)鐘累積功能，當(dāng)無法接收到后續(xù)的GPS時(shí)間信息時(shí)，可通過時(shí)鐘累加功能為采集監(jiān)測數(shù)據(jù)提供時(shí)間戳。
7.一種實(shí)施如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法的裝置，其特征在于，包括GPS天線、GPS對(duì)時(shí)卡、上位機(jī)和DSP下位機(jī)，所述的GPS天線連接GPS對(duì)時(shí)卡，用于獲取GPS時(shí)間信息，GPS對(duì)時(shí)卡分別連接上位機(jī)和DSP下位機(jī)，所述的上位機(jī)和DSP下位機(jī)通過USB接口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法的裝置，其特征在于，所述的上位機(jī)設(shè)有 PCI槽，所述的GPS對(duì)時(shí)卡插入該P(yáng)CI槽中，GPS對(duì)時(shí)卡通過RS232接口連接DSP下位機(jī)，通過串行接口連接上位機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法的裝置，其特征在于，所述的上位機(jī)包括工控機(jī)、PC機(jī)或準(zhǔn)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)方法及裝置，利用GPS對(duì)時(shí)卡獲取GPS時(shí)間信息，并通過該GPS時(shí)間信息對(duì)上位機(jī)和DSP下位機(jī)進(jìn)行授時(shí)，通過對(duì)DSP下位機(jī)的FFM芯片和FPGA芯片同時(shí)進(jìn)行秒脈沖授時(shí)，避免了兩者晶振不同而引起的頻率不同步現(xiàn)象，通過上位機(jī)對(duì)時(shí)間戳的驗(yàn)證和補(bǔ)償機(jī)制避免了GPS異常帶來的時(shí)間戳錯(cuò)誤，提高了時(shí)間戳的準(zhǔn)確性，由于GPS對(duì)時(shí)卡、DSP下位機(jī)、上位機(jī)三者相互獨(dú)立，便于判定故障點(diǎn)，易于維修和更換。
文檔編號(hào)G04G7/02GK102495546SQ20111036389
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者曹春耕, 李振坡, 錢慧芳, 黃展峰 申請(qǐng)人:上海森首光電科技有限公司