CN102495546B - 一种数据采集对时方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数据采集对时方法及装置，利用GPS对时卡获取GPS时间信息，并通过该GPS时间信息对上位机和DSP下位机进行授时，通过对DSP下位机的FFM芯片和FPGA芯片同时进行秒脉冲授时，避免了两者晶振不同而引起的频率不同步现象，通过上位机对时间戳的验证和补偿机制避免了GPS异常带来的时间戳错误，提高了时间戳的准确性，由于GPS对时卡、DSP下位机、上位机三者相互独立，便于判定故障点，易于维修和更换。
Description
技术领域
本发明涉及信息通信领域，尤其是涉及一种数据采集对时方法及装置。
背景技术
同步采样是实现异地同步测量的关键技术，只有各测量点的采样是同步进行的，同一时刻计采集的监测数据具有统一的参考时间基准，其监测数据才可直接进行比较。
在基于数字信号处理器DSP下位机设计的检测系统中，同步采样大多都采用传统授时模式。而异地同步测量是工程中经常用到的方法，如果用传统的授时模式，其时钟频率的产生是用晶体，而晶体会老化，易受外界环境变化及长期的精度漂移影响，造成授时精度下降，这样异地同步测量的数据其实已经不再同步、同时了。
目前另一种基于DSP下位机的数据采集装置中已采用GPS授时信号作为时间标准，在这种装置中，同步采样的时间误差，主要取决于GPS同步授时精度，相对于传统授时模式提高了授时的精确度和稳定性，对异地同步测量提高了一致性。但对GPS同步信号接收异常、GPS信号传输延迟、DSP下位机软件部分的中断反应与处理等带来的误差都没有进行相应的处理。
在现有的GPS对DSP下位机授时方案中，都是对单一采集电路进行授时。如果DSP下位机使用的不同晶体震荡器之间存在固有频率差异，则会造成放生信号的频率与采集频率不同步的现象。
同时GPS与DSP下位机高度集成，给故障判断、设备维护带来了很大的不便。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确性高，故障判断明确的数据采集对时方法及装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种数据采集对时方法，包括以下步骤：
1)GPS对时卡通过GPS天线获取GPS时间信息；
2)上位机获取GPS对时卡的GPS时间信息，将上位机操作系统的当前时间将设置成获取到的GPS时间，并开始向DSP下位机采集数据；
3)DSP下位机获取GPS对时卡的GPS时间信息，并采集监测数据；
4)DSP下位机将获取的GPS时间信息作为时间戳与同时刻采集的监测数据打包成数据包，上传至上位机；
5)上位机解析DSP下位机上传的数据包，判断时间戳是否合法，若为是，则执行步骤7)，若为否，则执行步骤6)；
6)将上位机的当前时间作为时间戳，取代不合法的时间戳，并执行步骤7)；
7)上位机将带有时间戳的监测数据上传至服务器。
所述的步骤3)中DSP下位机通过串行接口获取GPS对时卡的GPS时间信息。
所述的DSP下位机包括DSP芯片、FPGA芯片和FFM芯片，DSP下位机获取GPS对时卡的GPS时间信息时，GPS对时卡向FPGA芯片和FFM芯片发送秒脉冲信号，同步FPGA芯片和FFM芯片的秒脉冲前沿，同时，GPS对时卡向DSP芯片发送GPS时间信息，DSP芯片根据该GPS时间信息生成时间戳。
所述的时间戳的最小单位为秒，时间戳误差在10ms以内，所述的秒脉冲前沿误差在10us以内。
所述的步骤2)中上位机向DSP下位机采集数据的频率为10Hz，DSP下位机采集监测数据的频率为100Hz。
所述的DSP下位机设有时钟累积功能，当无法接收到后续的GPS时间信息时，可通过时钟累加功能为采集监测数据提供时间戳。
一种实施上述数据采集对时方法的装置，包括GPS天线、GPS对时卡、上位机和DSP下位机，所述的GPS天线连接GPS对时卡，用于获取GPS时间信息，GPS对时卡分别连接上位机和DSP下位机，所述的上位机和DSP下位机通过USB接口连接。
所述的上位机设有PCI槽，所述的GPS对时卡插入该PCI槽中，GPS对时卡通过RS232接口连接DSP下位机，通过串行接口连接上位机。
所述的上位机包括工控机、PC机或准系统。
与现有技术相比，本发明具有低成本、高可靠性、易维护等优点，GPS对时卡、DSP下位机、上位机，三者相互独立，便于判定故障点，易于维修和更换，而且GPS对上位机与DSP下位机分别授时，提高了GPS容错性。
附图说明
图1为本发明提供的方法的流程图；
图2为本发明的DSP下位机对时方式示意图；
图3为本发明提供的装置的结构示意图；
图4为本发明中GPS对时卡的连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
将本发明应用于桥梁监控系统，在每个监控点布置如图3所示的一套装置，包括上位机2、DSP下位机3、GPS对时卡1和GPS天线4。上位机2和DSP下位机3之间通过USB接口连接。GPS对时卡1插入设在上位机2上的PCI槽内，并通过天线电缆连接GPS天线4，用于获取GPS时间信息。GPS对时卡1通过RS232接口用并联串口接线，一头连接DSP下位机的RS232接口，另一头连接上位机串行接口，具体连接方式如图4所示。
装置布置完成后，启动工作流程，具体的流程图如1所示：
步骤401：GPS对时卡通过GPS天线获取GPS时间信息；
步骤402：在上位机上使用对时软件，可将对时卡上的GPS时间向上位机进行授时——上位机操作系统时间将设置成GPS时间(此时上位机操作时间与GPS标准时间同步)；
步骤403：上位机开始向DSP下位机采集数据；
步骤404：DSP下位机通过串行接口获取GPS对时卡输出的GPS时间信息；此过程中GPS同时向FFM芯片和FPGA芯片同时发送秒脉冲信号，同步两者的秒脉冲前沿，同一时刻，GPS向DSP发送时间信息，供DSP制作时间戳，如图2所示；
步骤405：DSP下位机采集监测数据；
步骤406：将获取到的GPS时间作为时间戳与同时刻采集到的监测数据打包上传到上位机；
步骤407：上位机解析DSP下位机上传的数据包，并判断时间戳的合法性(若时间戳合法则进入步骤409，不合法则进入步骤408)；
步骤408：将上位机当前时间作为时间戳取代不合法的时间戳；
步骤409：上位机将整合好的带时间戳的监测数据上传服务器；
步骤410：如果需要继续采集则从步骤404开始重复采集工作。
通过这一流程的工作后，服务器上可获得大桥各不同监测截面的带时间戳的监测数据。由于采用了本发明的对视技术，不同监测截面上传监测数据所带的时间戳所反映的采集时间具有较高的一致性，可以比对不同监测界面上同一时刻的监测数据，具有较高的可比性和参考价值。
本发明中GPS对时卡1、DSP下位机3、上位机2三者相互独立，避免了故障点判断不清、一损俱损的缺点。
DSP下位机3本身带有时钟累加功能，获得一次GPS授时后即使后续收不到GPS信号，仍可通过本身的时钟累加功能为采集监测数据提供时间戳。
上位机2具有时间戳检验机制，当因为GPS信号和DSP下位机时钟故障等原因，收到的时间戳不合法(包括时间戳格式不正确、时间戳所示时间与上位机采集时间相差超过设定时限)，则用上位机采集时间取不合法的时间戳，以此作为纠正。其中时间戳最小单位为秒，秒脉冲前沿误差≤10us，DSP下位机3采集频率100Hz，上位机2采集频率10Hz，时间戳误差≤10ms。上位机2可采用工控机、PC机、准系统等。
Claims (8)
1.一种数据采集对时方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）GPS对时卡通过GPS天线获取GPS时间信息；
2）上位机获取GPS对时卡的GPS时间信息，将上位机操作系统的当前时间将设置成获取到的GPS时间，并开始向DSP下位机采集数据；
3）DSP下位机获取GPS对时卡的GPS时间信息，并采集监测数据，其中，所述的DSP下位机包括DSP芯片、FPGA芯片和FFM芯片，DSP下位机获取GPS对时卡的GPS时间信息时，GPS对时卡向FPGA芯片和FFM芯片发送秒脉冲信号，同步FPGA芯片和FFM芯片的秒脉冲前沿，同时，GPS对时卡向DSP芯片发送GPS时间信息，DSP芯片根据该GPS时间信息生成时间戳；
4）DSP下位机将获取的GPS时间信息作为时间戳与同时刻采集的监测数据打包成数据包，上传至上位机；
5）上位机解析DSP下位机上传的数据包，判断时间戳是否合法，若为是，则执行步骤7），若为否，则执行步骤6）；
6）将上位机的当前时间作为时间戳，取代不合法的时间戳，并执行步骤7）；
7）上位机将带有时间戳的监测数据上传至服务器。
2.根据权利要求1所述的一种数据采集对时方法，其特征在于，所述的步骤3）中DSP下位机通过串行接口获取GPS对时卡的GPS时间信息。
3.根据权利要求1所述的一种数据采集对时方法，其特征在于，所述的时间戳的最小单位为秒，时间戳误差在10ms以内，所述的秒脉冲前沿误差在10us以内。
4.根据权利要求1所述的一种数据采集对时方法，其特征在于，所述的步骤2）中上位机向DSP下位机采集数据的频率为10Hz，DSP下位机采集监测数据的频率为100Hz。
5.根据权利要求1所述的一种数据采集对时方法，其特征在于，所述的DSP下位机设有时钟累积功能，当无法接收到后续的GPS时间信息时，可通过时钟累加功能为采集监测数据提供时间戳。
6.一种实施如权利要求1所述的数据采集对时方法的装置，其特征在于，包括GPS天线、GPS对时卡、上位机和DSP下位机，所述的GPS天线连接GPS对时卡，用于获取GPS时间信息，GPS对时卡分别连接上位机和DSP下位机，所述的上位机和DSP下位机通过USB接口连接。
7.根据权利要求6所述的数据采集对时方法的装置，其特征在于，所述的上位机设有PCI槽，所述的GPS对时卡插入该PCI槽中，GPS对时卡通过RS232接口连接DSP下位机，通过串行接口连接上位机。
8.根据权利要求6所述的数据采集对时方法的装置，其特征在于，所述的上位机包括工控机、PC机或准系统。
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