CN103500320A - 基于物联网电力测温设备的射频防碰撞同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网电力测温设备的射频防碰撞同步方法，在系统中，上位机作为主机，测温设备作为从设备，以主机作为同步控制器，定时广播同步消息，从设备在接收到同步消息的时刻开始周期同步；通过串行总线，利用从设备的串口中断实现同步；一个同步周期被划分为若干子周期，子周期作为设备的工作时间；从设备使用自身的定时器确定子周期的起止时刻；本发明的有益效果是：由于硬件条件所限，在不能使用GPS、NTP同步方法的情况下，可以使用本发明中的同步方法实现设备同步，本方法实现简单，成本低廉，精度较高，应用于基于物联网电力测温设备中。

Description

基于物联网电力测温设备的射频防碰撞同步方法

技术领域

本发明属于物联网中利用声表面波射频识别技术（SAW-RFID）实现电力测温的设备。涉及此设备中应用的一种软硬件同步方法。此方法用于电力测温设备间射频信号的防碰撞处理。

背景技术

随着物联网技术的深入发展，物品管理、设备运行监控技术已成为物联网技术的重要前端技术。

利用SAW-RFID(Surface Acoustic Wave Radio Frequency Identification，基于声表面波技术的射频识别标签)实现设备运行的时时监控，可以令电力运营部门预测故障，提前解决问题，避免了故障发生时带来的巨额经济损失以及人员伤亡。

利用SAW-RFID测温设备进行测温的原理是：随着标签温度的改变，标签的响应频点也会按一定规律变化。首先测温设备向标签发射射频信号，接下来测量标签返回的射频信号，然后对接收到的射频信号进行分析处理，得到标签的响应频点。

当有多个测温设备在较近的范围内时，因线缆一类外露器件泄露出来的射频信号会对附近的其他测温设备产生干扰。例如：若测温设备1在发送时，测温设备2正处于接收状态，这时测温设备2会检测到设备1的发射信号，产生错误。需要一种射频防碰撞技术，以避免上述干扰。同步技术可使测温设备工作时，所有设备同一时刻均处于相同的收发状态，能够满足上述防碰撞技术的要求。

从实现机制看，设备的同步方式有硬件同步和软件同步两种方式。硬件同步需要添加一定的硬件设备，同步精度高。软件同步通过相应的同步算法和协议来实现，方式灵活，成本低，精度稍差。由于当前测温设备使用环境不允许、硬件成本限制原因，需要设计一种简便易行的基于软件的同步方法。

发明内容

鉴于上述现有技术现状，本发明提供一种基于物联网电力测温设备的射频防碰撞同步方法。由于串行总线信号传输快，且嵌入式设备串口中断具有实时性强的特点，因此本发明利用串口实现设备同步。在串行总线中，上位机作为主机，测温设备作为从设备。主机通过串口总线广播同步消息，从设备接收到同步消息后即完成一次同步。

本发明所采取的技术方案是：一种基于物联网电力测温设备的射频防碰撞同步方法，其特征在于，在基于物联网电力测温设备的系统中，上位机作为主机，测温设备作为从设备，以主机作为同步控制器，通过串行总线，定时广播同步消息，从设备在接收到同步消息后完成一次同步，从设备同步后使用定时器完成工作时间段计时，同步后可有效防止设备间射频信号的碰撞，所述方法包括如下步骤： 

步骤一：在准备同步前的准备阶段，如果串口除用作同步外，还用作数据通讯，那么要修改通讯数据，在通讯数据中保留一字节同步消息数据——0xB0，通讯数据按以下规则进行转义: 若数据中存在0xB0，则转义为“0xCB+0xCC”；若数据中存在0xCB，则转义为“0xCB+0xCD”；

步骤二：主机首先向串行总线广播同步消息，然后停止串行总线中所有设备对总线的操作，保证总线此后处于空闲状态；

步骤三：从设备在串口中断中接收到同步消息，立即进入“准备同步状态”，此状态下立即停止同步定时器，保持串口中断的启用状态，不进行新的串口操作；

步骤四：主机第一次广播同步消息1ms后，再次向串行总线广播同步消息；

步骤五：从设备在“准备同步状态”下，一旦触发串口中断，则认为此时刻完成同步；

步骤六：定义从设备发射与接收信号之间保留固定时间，叫做保护时间，用于消除同步误差产生的影响；定义相邻两次同步消息之间的时间段为一帧（Frame），每帧分为N个时隙（slot），slot时间 = 发射时间 + 保护时间 + 接收时间；从设备包含一个同步定时器模块，一旦完成同步，则同步定时器开始计时，计时间隔为一个slot时间，定时器每次计时满即触发定时器中断，同步定时器触发定时器中断的时刻作为每个slot 的起始时刻；

步骤七：从设备准备发射时，可任选一个slot的起始时刻作为起点，即测温模块准备发射信号前，需等待下一次slot的起始时刻。

本发明的有益效果是：本发明中的方法实现简单，成本低廉，精度较高，可灵活应用于受硬件条件制约，不能应用GPS、NTP方法的条件下。本方法目前主要应用于基于物联网电力测温设备中，亦可为其他类似系统提供解决思路。

附图说明

图1是本发明帧时序图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

     在基于物联网电力测温设备的系统中，上位机作为主机，测温设备作为从设备。从设备不定时向外发射、接收射频信号。从设备接收信号时会受附近其他从设备发射信号的干扰。所以，当一个主机连接多个从设备时，各从设备间的发射、接收时刻需要保持一致。在本发明中，从设备之间主要以软件方法实现同步。

本发明中使用到的名词定义如下：

定义1字节数据“0xB0”为保留字，作为同步消息字符。通讯时的数据需按以下规则进行转义：若数据包中若存在“0xB0”，则转义为“0xCB+0xCC”；若数据包中若存在“0xCB”，则转义为“0xCB+0xCD”。

定义从设备发射与接收信号之间保留的固定长度的时间为保护时间，用于消除同步误差产生的影响。

定义相邻两次同步消息之间的时间段为一帧（Frame），每帧分为N个时隙（slot）。slot时间 = 发射时间 + 保护时间 + 接收时间。如图1所示。

本发明设计本项目读卡器同步方案如下：上位机作为同步控制器，定时广播同步消息，读卡器在接收到同步消息后开始同步。

1、主机以固定的周期广播同步消息。主机首先向串行总线广播同步消息，然后停止串行总线中所有设备对总线的操作，以保证总线处于空闲状态。1ms后，主机再次向串行总线广播同步消息，完成一次同步。

2、从设备在串口中断中接收到同步消息，立即进入“准备同步状态”，此状态下立即停止同步定时器，保持串口中断的启用状态，不进行新的串口操作。从设备在“准备同步状态”下，一旦触发串口中断，则认为此时刻完成同步。

3、一旦完成同步，则从设备中的同步定时器开始循环计时。计时间隔为一个slot时间。定时器每次计时满均触发定时器中断。同步定时器触发定时器中断的时刻作为每个slot 的起始时刻。从设备准备发射时，可任选一个slot作为起点，其发射时刻与每个slot的起始时刻对齐，即测温模块准备发射信号前，需等待下一次同步定时器中断被触发。如图1所示。

4、误差分析：同步误差主要包含帧起始误差和累积误差：

a)      帧起始误差：帧起始误差是指多个从设备之间帧起始时刻的差异。由于电平信号在串行总线中以光速传播，在有限距离内，几乎可同时到达所有设备，且从设备中断触发的实时性很高，同一网络中各从设备触发串口中断的时间几乎是同步的，所以帧起始误差可忽略不计；

b)      由于各从设备中的定时器精度不同，随着时间的增加，定时器产生的误差不断累积。一段时间后，各从设备定时器的误差累积起来大于保护时间，导致读卡器间失同步。需要在读卡器失同步前重新同步各读卡器。这段时间就是帧时间。在保护时间固定的情况下，定时器精度越差，帧时间就越短，需要同步的频率就越高；帧时间的计算公式为：

帧时间 = 保护时间 ÷ 定时器精度。

例如，从设备使用的晶振精度为10ppm，保护时间为2us，则最长200ms后读卡器就可能失同步。因此，200ms后就需要重新同步一次。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (1)

1.一种基于物联网电力测温设备的射频防碰撞同步方法，其特征在于，在基于物联网电力测温设备的系统中，上位机作为主机，测温设备作为从设备，以主机作为同步控制器，通过串行总线，定时广播同步消息，从设备在接收到同步消息后完成一次同步，从设备同步后使用定时器完成工作时间段计时，同步后可有效防止设备间射频信号的碰撞，所述方法包括如下步骤： 

步骤一：在准备同步前的准备阶段，如果串口除用作同步外，还用作数据通讯，那么要修改通讯数据，在通讯数据中保留一字节同步消息数据——0xB0，通讯数据按以下规则进行转义: 若数据中存在0xB0，则转义为“0xCB+0xCC”；若数据中存在0xCB，则转义为“0xCB+0xCD”；

步骤二：主机首先向串行总线广播同步消息，然后停止串行总线中所有设备对总线的操作，保证总线此后处于空闲状态；

步骤三：从设备在串口中断中接收到同步消息，立即进入“准备同步状态”，此状态下立即停止同步定时器，保持串口中断的启用状态，不进行新的串口操作；

步骤四：主机第一次广播同步消息1ms后，再次向串行总线广播同步消息；

步骤五：从设备在“准备同步状态”下，一旦触发串口中断，则认为此时刻完成同步；

步骤六：定义从设备发射与接收信号之间保留固定时间，叫做保护时间，用于消除同步误差产生的影响；定义相邻两次同步消息之间的时间段为一帧（Frame），每帧分为N个时隙（slot），slot时间 = 发射时间 + 保护时间 + 接收时间；从设备包含一个同步定时器模块，一旦完成同步，则同步定时器开始计时，计时间隔为一个slot时间，定时器每次计时满即触发定时器中断，同步定时器触发定时器中断的时刻作为每个slot 的起始时刻；

步骤七：从设备准备发射时，可任选一个slot的起始时刻作为起点，即测温模块准备发射信号前，需等待下一次slot的起始时刻。