CN109347591B - 一种分布式同步采集传感器网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器同步采集技术，特别涉及一种分布式同步采集传感器网络系统。所述的系统包括信息处理单元节点(1)和传感器组(2)，传感器组(2)中有多个传感器节点，在信息处理单元节点(1)和传感器组(2)的所有传感器节点中分别设计有TTP控制模块(3)和逻辑处理模块(4)；TTP控制模块(3)以TTP协议为基础，根据TTP网络时序规划产生一级网络同步信号，并将该信号传输至逻辑处理模块(4)；逻辑处理模块(4)根据本节点的使用要求，在一级网络同步信号的基础上，产生二级网络同步信号，该节点根据二级网络同步信号进行工作。提供一种同步精度高、扩展灵活的多节点同步方法，满足分布式传感器网络对信息采集和处理同步的需求。

Description

一种分布式同步采集传感器网络系统
技术领域
本发明涉及传感器同步采集技术，特别涉及一种分布式同步采集传感器网络系统。
背景技术
在一些应用中，传感器的布局具有分布式的特征，需要在多个位置进行信息的同步采集，然后进行进一步的信息融合处理，来获取更丰富、更高精度或更可用的最终信息。
传感器信息的同步性对于信息融合至关重要，直接影响最终融合的效果。所谓同步，是指用于融合的各个传感器测量信息所对应的物理时刻相对偏差控制在允许的范围内。多数的传感器使用时都是采集局部信息，本身并不具备分布式的特征。为了实现分布式系统信息融合的效果，如何建立分布节点的采样同步机制是方案的关键。
传感器进行信息采样一般都有一定的触发机制：当时钟触发沿到来时，触发传感器的采样，触发沿即对应数据产生的物理时刻。典型的分布式传感器网络同步采集方案是：由信息处理单元集中产生同源(具有同步关系)的多路触发信号，将这些触发信号向各个分布式传感器节点分发，在传感器处触发采样，从而使信息处理单元获得的各个节点采样数据同步。这种方式最大的缺点是缺乏灵活性，当需要的分布式传感器节点数量过多或需要扩充时，信息处理单元的同步接口就要付出较大代价才能支持。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种同步精度高、扩展灵活的多节点同步方法，满足分布式传感器网络对信息采集和处理同步的需求。
本发明的技术方案：一种分布式同步采集传感器网络系统，其特征为：所述的系统包括信息处理单元节点1和传感器组2，传感器组2中有多个传感器节点，在信息处理单元节点1和传感器组2的所有传感器节点中分别设计有TTP控制模块3和逻辑处理模块4；
TTP控制模块3以TTP协议为基础，根据TTP网络时序规划产生一级网络同步信号，并将该信号传输至逻辑处理模块4；
逻辑处理模块4根据本节点的使用要求，在一级网络同步信号的基础上，产生二级网络同步信号，该节点根据二级网络同步信号进行工作。
优选地，所述的本节点使用要求包括以下一种或多种：本节点所需要的各类同步信号周期、升降沿触发形式、同步信号的用途。
优选地，所述的信息处理单元节点1和传感器组2中的各个传感器单元包括相同物理形式的TTP总线接口5，物理形式包括：物理层协议、连接器规格、引脚信号定义。
优选地，系统的整体任务计算周期要求设定TTP网络的时间轮长度；将每个时间轮划分为等长n个时隙；根据各个TTP网络节点的在任务周期内的总线发送数据量确定每个TTP网络节点占用的时隙数量；在每个时间轮第一个时隙的起始处产生一级网络同步信号，或在每个时隙起始处产生一级网络同步信号。
本发明的有益效果：通过在分布式网络系统各个节点设计基于TTP的同步方案，实现了分布式网络系统各节点的高精度同步，且具有节点可灵活扩充、二级同步可灵活设计的优点，且同步接口与数据接口复用不占用额外的信号引脚资源，对建立高精度、大规模的分布式传感器信息处理网络提供了有益的实现思路。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为实施例一的网络时序规划示意图；
图3为实施例一的原理框图。
具体实施方式
现结合附图、实施例对本发明作进一步详细说明：
结合图1说明本发明的原理。
图1中的分布式传感器网络系统包括信息处理单元1、传感器组2。传感器组2包括多个传感器单元节点。信息处理单元节点1和传感器组2的各个传感器单元节点均设计有TTP控制模块3和逻辑处理模块4。信息处理单元节点1和传感器组2的各个传感器单元节点具有相同物理形式的TTP总线接口5，可以确保信息处理单元节点1和传感器组2中所有的传感器单元节点在TTP网络中具有可互换性。
在TTP控制模块3中，以TTP协议为基础，根据整个系统的任务计算周期需要，设计TTP网络时序规划，并设计产生一级网络同步信号的功能；
当TTP网络工作时，信息处理单元节点1和传感器组2中各个传感器单元节点的TTP控制模块3通过TTP协议特有的网络同步机制建立整个TTP网络所有节点的同步，并产生与TTP网络时序规划相关联的、符合实际需要的一级网络同步信号，输出给逻辑处理模块4；
在逻辑处理模块4中，根据来自TTP控制模块3的一级网络同步信号，进一步产生符合本节点使用要求的二级网络同步信号，从而实现整个TTP网络的信息采集与处理同步。本节点的使用要求包括各类同步信号周期、升降沿触发形式、同步信号的用途等。
实施例一
结合图2和图3对某分布式定位定向系统的同步方案进行说明。
图3示意的分布式定位定向系统是一个典型的分布式传感器网络系统，具体组成为：综合处理计算机1、惯性测量单元组2、光纤光栅解调器3。其中惯性测量单元组2包括1个高精度光纤捷联惯性测量单元和3个同样的中低精度光纤捷联惯性测量单元，且光纤捷联惯性测量单元的种类和数量会根据应用场景的不同需求进行灵活调整。光纤光栅解调器是一种辅助的传感器单元，一般在整个网络中配置一个即足够。
图3中的综合处理计算机1内部设计有计算机，按照指定周期实现信息融合解算。
图3中的惯性测量单元组2共有两种四个惯性测量单元；惯性测量单元组2的两种惯性测量单元采用了不同的光纤陀螺，采样的要求不同；惯性测量单元组2内部有计算机，按照指定周期实现惯性信息的处理；系统工作时，4个惯性测量单元中的惯性传感器信息采集有严格的同步要求。
图3中的光纤光栅解调器3要求在外部输入时钟信号触发下进行工作，与惯性测量单元组2中的各个惯性测量单元有严格的同步要求。
该系统实现分布式传感器网络的同步采样方案如下：
在综合处理计算机1和惯性测量单元组2的所有惯性测量单元中，设计技术方案所述的TTP控制模块和逻辑处理模块，以及TTP总线接口；
在TTP控制模块中，设计如图2所示的TTP网络时序规划，以及与TTP网络时序规划关联的一级网络同步信号产生功能，具体为：根据整个网络的任务计算周期要求，采用400Hz(即2.5ms)作为TTP网络的一个时间轮；将一个时间轮(2.5ms)划分为等长的10个时隙，每个时隙0.25ms；综合处理计算机1占用时隙1～2，惯性测量单元组2的4个惯性测量单元分别占用时隙7～10，另有时隙3～6用于惯性测量单元组2中惯性测量单元数量的扩展；在每个时间轮第一个时隙的起始处产生一级网络同步信号，即400Hz网络同步信号；
当TTP网络工作时，综合处理计算机1和惯性测量单元组2中所有惯性测量单元的TTP控制模块通过TTP协议特有的网络同步机制，按照所规划的TTP网络时序建立整个TTP网络所有节点的同步，并产生一级网络同步信号，占空比为一个时隙长度的50％，各个TTP网络节点处统一设计为下降沿同步，并输出给各自的逻辑处理模块；
在综合处理计算机1的逻辑处理模块中，根据一级网络同步信号，按照使用要求设计二级节点同步信号形式为：400Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机一级中断；100Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机二级中断；400Hz同步信号，下降沿同步，输出给光纤光栅解调器3用于其触发工作；
在惯性测量单元组2的高精度惯性测量单元中，根据一级网络同步信号，按照要求设计二级节点同步信号形式为：400Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机一级中断；100Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机二级中断；分频产生4kHz同步信号，下降沿同步，触发光纤陀螺采样；分频产生4kHz同步信号，上升沿同步，触发加计量化器采样；
在惯性测量单元组2的中低精度惯性测量单元中，根据一级网络同步信号，按照要求设计二级节点同步信号形式为：400Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机一级中断；100Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机二级中断；分频产生4kHz同步信号，上升沿同步，触发光纤陀螺采样；分频产生4kHz同步信号，上升沿同步，触发加计量化器采样；
TTP总线接口统一设计为RS485物理层协议，各节点的机箱上采用统一型号规格的连接器作为TTP专用接口，且信号引脚定义完全相同，确保互换。

Claims (1)

1.一种分布式同步采集传感器网络系统，其特征为：所述的系统包括信息处理单元节点(1)和传感器组(2)，在传感器组(2)中有多个传感器节点，在信息处理单元节点(1)和传感器组(2)的各个传感器节点中分别设计有TTP控制模块(3)和逻辑处理模块(4)；所述的信息处理单元节点(1)和传感器组(2)的各个传感器节点具有相同物理形式的TTP总线接口(5)；所述传感器组(2)均包括光纤陀螺和加计量化器；
TTP控制模块(3)以TTP协议为基础，根据TTP网络时序规划产生一级网络同步信号，并将该信号传输至逻辑处理模块(4)；具体为：根据整个网络的任务计算周期要求，采用400Hz，即2.5ms，作为TTP网络的一个时间轮；将一个时间轮2.5ms划分为等长的10个时隙，每个时隙0.25ms；信息处理单元节点(1)占用时隙1～2，传感器组(2)的4个传感器节点分别占用时隙7～10，另有时隙3～6用于传感器组(2)中传感器节点数量的扩展；在每个时间轮第一个时隙的起始处产生一级网络同步信号；
在信息处理单元节点(1)的逻辑处理模块中，根据一级网络同步信号，按照使用要求设计二级节点同步信号形式为：400Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机一级中断；100Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机二级中断；400Hz同步信号，下降沿同步，输出给TTP控制模块(3)用于其触发工作；
在传感器组(2)的高精度测量单元中，根据一级网络同步信号，按照要求设计二级节点同步信号形式为：400Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机一级中断；100Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机二级中断；分频产生4kHz同步信号，下降沿同步，触发光纤陀螺采样；分频产生4kHz同步信号，上升沿同步，触发加计量化器采样；
在传感器组(2)的中低精度测量单元中，根据一级网络同步信号，按照要求设计二级节点同步信号形式为：400Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机一级中断；100Hz同步信号，上升沿同步，触发本地计算机二级中断；分频产生4kHz同步信号，上升沿同步，触发光纤陀螺采样；分频产生4kHz同步信号，下降沿同步，触发加计量化器采样。
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