CN109525352B - 一种地下管网设备时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种地下管网设备时间同步方法，包括：S1、利用GPS接收机和时间间隔测量单元，测出中继转发器M到传感设备N的延时时间TN，其中，M、N均为自然数；S2、通过云端服务器搜集所述延时时间TN并确定所有延时时间中的最大延时Tmax，然后将所述延时时间TN和所述最大延时Tmax发送给第N个所述传感设备，或将预设时间△tN＝Tmax‑TN发送给所述传感设备N；S3、所述云端服务器通过所述中继转发器M向所述传感设备N发送同步指令；S4、所述传感设备N收到所述同步指令后对时钟信号进行计数，并延迟预设时间△tN后输出同步脉冲实现同步。采用本发明的时间同步方法消除了云端服务器与传感设备间传输信号质量差的影响，同时提高了地下管网设备时间同步精度。

Description

一种地下管网设备时间同步方法
技术领域
本发明涉及设备时间同步，特别是涉及一种地下管网设备时间同步方法。
背景技术
地下管网设备(传感设备)通常安装在各类管道上，设备的安装位置处于井盖下方，采集各类管道内外的物理参数，并将这些数据通过无线通信的方式上传到云端服务器，由于受到金属井盖的遮挡使得诸如GPS、4G等无线通信无法正常工作。一般地下管网设备以无线局域网的方式通过安装在地面的中继转发器与服务器进行通信。在一些特殊的应用需求中，要求传感设备同步工作，并且同步精度小于300ns。一种方法是在传感设备上安装gps接收机，通过gps接收机输出的秒脉冲的边沿进行同步，可以实现小于300ns的同步精度，但是传感设备安装于金属井盖下方，gps接收机无法接受到gps信号，无法实现同步功能。另一种实现同步的方法是通过云端服务器发指令同步指令给中继转发器1和中继转发器2，中继转发器再发送无线广播信号，传感设备收到无线信号后开始同步工作，但是此种方法由于通信线路上的各种延时，例如安装位置不同，传感设备与中继转发器的距离不同，不同传感设备接收到指令的时刻不同，当传感设备距离中继转发器的距离相差100米以上时(无线电在空气中的传播速度为3×108米/秒)无法满足小于300ns的时间同步要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地下管网设备时间同步方法，以解决现有技术无法对地下管网设备实现高精度时间同步的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
在本发明公开了一种地下管网设备时间同步方法，所述方法包括：
S1、利用设置在中继转发器M上的GPS接收机和时间间隔测量单元，测出所述中继转发器M到传感设备N的延时时间TN，其中，M、N均为自然数；
S2、通过云端服务器搜集所述延时时间TN并确定所有延时时间中的最大延时Tmax，
然后将所述延时时间TN和所述最大延时Tmax发送给第N个所述传感设备，或
将预设时间△tN＝Tmax-TN发送给所述传感设备N；
S3、所述云端服务器通过所述中继转发器M向所述传感设备N发送同步
指令；
S4、所述传感设备N收到所述同步指令后对时钟信号进行计数，并延迟预设时间△tN后输出同步脉冲实现同步。
优选地，所述步骤S1包括：
S11、所述中继转发器M同步于相应的GPS接收机输出的秒脉冲，向与所述中继转发器M相对应的传感设备N发送延时测量指令，同时
所述GPS接收机输出的秒脉冲输入到相应的所述时间间隔测量单元；
S12、所述传感设备N响应于接收到的所述延时测量指令，将所述延时测量指令回送给所述中继转发器M；
S13、所述中继转发器M接收到所述传感设备N回送的延时测量指令后，向所述时间间隔测量单元发送脉冲；
S14、所述时间间隔测量单元根据接收到的脉冲信号计算出所述中继转发器M到与所述中继转发器M相对应的所述传感设备N的延时时间TN。
优选地，在所述步骤S11中，所述中继转发器M在所述GPS接收机输出的秒脉冲的上升沿时刻向所述传感设备N发送所述延时测量指令。
优选地，所述步骤S4中的所述时钟信号为10MHz原子钟发出。
优选地，所述步骤S4包括
当将所述延时时间TN和最大延时Tmax发送给所述传感设备N时，所述传感设备N根据所述最大延时Tmax与所述延时时间TN计算所述预设时间为：△tN＝Tmax-TN；
所述传感设备接收到所述云端服务器通过所述中继转发器发送的同步指令后，对原子钟输出的时钟信号进行计数，根据预设时间t延迟输出同步脉冲实现同步。
本发明的有益效果如下：
在本发明中通过设置中继转发器，利用GPS接收机和时间间隔测量单元对设备之间的延时时间进行测量，根据不同的传感设备的延时差异设定不同的延时预设时间，消除了云端服务器与传感设备间的传输信号质量差的影响，同时提高了地下管网设备时间同步的精度，能够有效控制在300ns以内，该方法兼具步骤简单，适用范围广等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本实施例中地下管网设备时间同步方法的流程图；
图2示出本实施例中地下管网传感设备与服务器通信的示意图；
图3示出本实施例中时间同步中继转发器实现框图；
图4示出本实施例中时间同步传感设备实现框图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1-4所示，本发明提供了一种地下管网设备时间同步方法，基于图1中示出的地下管网传感设备与服务器通信布置方式，所述时间同步方法包括：S1、利用设置在中继转发器上的GPS接收机(其中，GPS接收机设置在中继转发器上，与中继转发器一一对应，未在图中示出)和时间间隔测量单元(时间间隔测量单元设置在中继转发器上，与中继转发器一一对应，未在图中示出)，测出所述中继转发器M到传感设备N的延时时间TN，其中，M、N均为自然数，一个中继转发器对应一个或多个传感设备，因此需要测得的延时时间个数总共为N个；S2、通过云端服务器搜集所述延时时间TN并确定所有延时时间中的最大延时Tmax，然后将所述延时时间TN和所述最大延时Tmax发送给第N个所述传感设备，或将预设时间△tN＝Tmax-TN发送给所述传感设备N；S3、所述云端服务器通过所述中继转发器M向所述传感设备N发送同步指令；S4、所述传感设备N收到所述同步指令后对时钟信号进行计数，并延迟预设时间△tN后输出同步脉冲实现同步。所述方法利用GPS接收机和时间间隔测量单元对设备之间的延时时间进行测量，然后根据不同的传感设备的延时差异对各个中继转发器相对应的传感设备设定不同的延时的预设时间，以此提高了地下管网设备时间同步的精度，保证时间同步精度控制在300ns以内，并基于中继转发器的传输方式避免了云端服务器与传感设备间的传输信号质量差的影响。
在本实施例中，所述步骤S1具体包括：首先对于设有多个中继转发器和多个传感设备的系统，确认中继转发器及相应的中继转发器对应的传感设备。然后利用所述中继转发器M同步于GPS接收机输出的秒脉冲，向与所述中继转发器M相对应的传感设备N发送延时测量指令，并在中继转发器M向所述传感设备N发送延时测量指令的同时，将所述GPS接收机输出的秒脉冲输入到所述时间间隔测量单元。然后所述传感设备N的无线接收单元接收到的所述延时测量指令，再通过传感设备N的无线发射单元将所述延时测量指令回送给所述中继转发器M。所述中继转发器M接收到所述传感设备N回送的延时测量指令后，会向所述时间间隔测量单元发送脉冲信号，所述时间间隔测量单元根据接收到的脉冲信号与此前收到GPS接收机输入的秒脉冲进行计算，得出所述中继转发器M到与所述中继转发器M相对应的所述传感设备N的延时时间TN，该方法的到的延时时间TN的测量精度可达110ns。
优选地，在所述中继转发器与所述GPS接收机同步后，令所述中继转发器在所述GPS接收机输出的秒脉冲的上升沿时刻向所述传感设备发送所述延时测量指令。
在本实施例中，所述步骤S4中的所述原子钟为10MHz原子钟。所述步骤S4包括：所述传感设备根据所述最大延时Tmax与所述延时时间TN计算预设时间△tN＝Tmax-TN，或利用云端服务器将先对预设时间△tN进行计算再发送给各个中继转发器M对应下的所述传感设备N；所述传感设备N接收到所述云端服务器通过所述中继转发器M发送的同步指令后，对原子钟输出的时钟信号进行计数，根据预设时间△tN延迟输出同步脉冲实现同步。
综上所述方法，下面具体介绍一下基于该方法实现图2所示的传感设备与中继转发器通信线路延时的校准，该过程同步时间可有效控制在300ns。中继转发器的实现框图如图3所示，传感设备的实现框图如图4所示。
在该具体实施例中，首先假设中继转发器M包括：中继转发器1和中继转发器2，中继转发器1对应传感设备1，中继转发器2对应传感设备2和传感设备3。主要过程包括：通过中继转发器1的无线发送模块首先向传感设备1发送延时测量指令，通过中继转发器2的无线发送模块向传感设备2和传感设备3发送延时测量指令，各个延时测量指令发送时刻同步于相应的GPS接收机输出的秒脉冲，同时将此秒脉冲输入到时间间隔测量单元，当传感设备1的无线接收单元接收到收到中继转发器1的延时测量指令后会输出脉冲给传感设备1的发送单元，传感设备1的发送单元将延时测量指令回送给中继转发器1，当中继转发器1的接收单元收到传感设备1回送的延时测量指令后会输出脉冲到时间间隔测量单元，时间间隔测量单元测出的延时时刻T1，即为中继转发器到传感设备的延时，同理得到T2和T3。其中，时间间隔测量单元选用时间间隔测量单元对TN的测量精度影响误差为10ns。如此，测量网络中所有传感设备到中继转发器的延时时间，由于延时误差来源于时间间隔测量单元和GPS接收机输出的秒脉冲，因此对延时时间TN产生的总误差为小于110ns。通过云端服务器搜集所有设备的延时时间T1、T2和T3，计算出其中最大的延时Tmax，假设Tmax＝T1，再将Tmax和每个设备的延时T1、T2和T3发送给相应的设备，若通过云端服务器进行计算则有对传感设备1得到的预设时间为：△t1＝Tmax-T1＝0，同理得到对传感设备2的预设时间：△t2＝Tmax-T2，对于传感设备3的预设时间为△t3＝Tmax-T3。当中继转发器1和中继转发器2响应于接收到的云端服务器的同步指令后分别发送所述同步指令给相应的传感设备，传感设备1、传感设备2和传感设备3收到同步指令后，通过对原子钟输出的10MHz时钟信号进行计数，对于传感设备1延时Tmax-T1后，输出同步脉冲，对于传感设备2延时Tmax-T2后输出同步脉冲，对于传感设备3延时Tmax-T3后输出同步脉冲，因而实现了传感设备1、传感设备2和传感设备3的同步，此处误差小于1ns，所以基于该方法进行时间同步的总误差小于221ns。即实现了传感设备间的时间同步。或当云端服务器搜集了所有设备的延时时间后计算得到的最大延时，然后将最大延时Tmax和延时时间T1发送给所述传感设备1，将最大延时Tmax和延时时间T2发送给所述传感设备2，最大延时Tmax和延时时间T3发送给所述传感设备3，然后由传感设备1、传感设备2和传感设备3各自计算得到预设时间。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种地下管网设备时间同步方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、利用设置在中继转发器M上的GPS接收机和时间间隔测量单元，测出所述中继转发器M到传感设备N的延时时间TN，其中，M、N均为自然数；
所述步骤S1包括：
S11、所述中继转发器M同步于相应的GPS接收机输出的秒脉冲，向与所述中继转发器M相对应的传感设备N发送延时测量指令，同时；
所述GPS接收机输出的秒脉冲输入到相应的所述时间间隔测量单元；
S12、所述传感设备N响应于接收到的所述延时测量指令，将所述延时测量指令回送给所述中继转发器M；
S13、所述中继转发器M接收到所述传感设备N回送的延时测量指令后，向所述时间间隔测量单元发送脉冲；
S14、所述时间间隔测量单元根据接收到的脉冲信号计算出所述中继转发器M到与所述中继转发器M相对应的所述传感设备N的延时时间TN
S2、通过云端服务器搜集所述延时时间TN并确定所有延时时间中的最大延时Tmax，
然后将所述延时时间TN和所述最大延时Tmax发送给所述传感设备N，或
将预设时间△tN＝Tmax-TN发送给所述传感设备N；
S3、所述云端服务器通过所述中继转发器M向所述传感设备N发送同步指令；
S4、所述传感设备N收到所述同步指令后对时钟信号进行计数，并延迟预设时间△tN后输出同步脉冲实现同步。
2.根据权利要求1所述的地下管网设备时间同步方法，其特征在于，在所述步骤S11中，所述中继转发器M在所述GPS接收机输出的秒脉冲的上升沿时刻向所述传感设备N发送所述延时测量指令。
3.根据权利要求1所述的地下管网设备时间同步方法，其特征在于，所述步骤S4中的所述时钟信号为10MHz原子钟发出。
4.根据权利要求1所述的地下管网设备时间同步方法，其特征在于，所述步骤S4包括
当将所述延时时间TN和最大延时Tmax发送给所述传感设备N时，所述传感设备N根据所述最大延时Tmax与所述延时时间TN计算所述预设时间为：
△tN＝Tmax-TN；
所述传感设备接收到所述云端服务器通过所述中继转发器发送的同步指令后，对时钟信号进行计数，根据预设时间△tN延迟输出同步脉冲实现同步。
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