CN114039694A - 一种智能产线分布式无线节点时间同步系统及其同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能产线分布式无线节点时间同步系统及同步方法，系统包括设置于生产线上的信号采集单元、无线信号中继节点和中心节点；信号采集单元通过至少一个无线信号中继节点将数据传送至中心节点，中心节点通过无线信号中继节点向信号采集单元发送同步信号；每个信号采集单元至少被一个无线信号中继节点或中心节点所发送的同步信号覆盖。本发明利用传感器模块采集数据，现场工作时无需复杂的连线作业，采样点布置方便，并可在数据采集过程中随时动态调整各采样点，便于使用与调试；利用无线通信模块进行无线同步发送/接收模块负责时间的同步，本同步方法通过外置的同步模块硬件保证精确定时的，故可得到比传统方法更高的同步时间精度。

Description

一种智能产线分布式无线节点时间同步系统及其同步方法

技术领域

本发明属于智能产线的数据采集技术领域，具体涉及一种智能产线分布式无线节点时间同步系统及其同步方法。

背景技术

智能产线的数据采集技术关系到对产品的安全性分析及产品的性能分析。出于成本考虑，许多生产线测试的数据传输多数采用有线传输的方式，但由于信号从采样点到信号的处理模块之间的传输路径过长，导致信号在传输过程中衰减大、干扰多，从而影响到数据采集结果的准确性。

为了解决以上问题，人们开始采用无线的方式进行数据的传输，现有的无线节点数据采集系统通常是通过数据包的传输来实现信号同步，主要是基于时间信息交换的时间同步协议。然而，在大型无线传感器网络中，网络规模的不断扩大使得网络直径不断增加，从而导致了节点跳距的增加，同步误差随跳距的累积问题过于突出，以至于高精度的时间同步难以在大规模无线传感器网络中实现，同步精度较低。有鉴于此，有必要提出一种在采集精度及同步精度上都有所提高的分布式无线节点数据采集系统。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，还提供一种智能产线分布式无线节点时间同步方法，以解决现有生产线数据采集中信号从采样点到信号的处理模块之间的传输路径过长，信号衰减大、干扰多以及现有无线传输模块常通过数据包的传输来测试信号同步，同步精度较低的的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，包括信号采集单元、无线信号中继节点和中心节点；

所述信号采集单元设置于生产线上，用于采集生产线上的数据；所述无线信号中继节点，用于转发数据及同步信号；所述中心节点，用于接收和处理所述信号采集单元采集到的数据；

所述信号采集单元通过至少一个无线信号中继节点将数据传送至所述中心节点，中心节点通过无线信号中继节点向信号采集单元发送同步信号；

根据同步信号由中心节点至无线信号中继节点的中继次数分为1至N层，每个信号采集单元至少被一个无线信号中继节点或中心节点所发送的同步信号覆盖。

进一步地，所述信号采集单元，包括处理芯片、无线通信模块、无线同步接收模块、信号调理模块、传感器模块及电源模块；所述信号调理模块与传感器模块相连；所述处理芯片分别与无线通信模块及无线同步接收模块相连；所述无线通信模块向所述无线信号中继节点发送数据，所述无线同步接收模块接收所述中继节点或所述中心节点发送的同步信号。

进一步地，所述无线信号中继节点，包括处理芯片、无线通信模块、无线同步接收模块、无线同步发送模块及电源模块；所述无线通信模块、无线同步接收模块、无线同步发送模块均与所述处理芯片相连；所述无线通信模块将接收到的数据进行转发；所述无线同步接收模块接收来自所述中心节点或上一层无线信号中继节点的同步信号；所述无线同步发送模块向所述信号采集单元或下一层无线信号中继节点发送同步信号。

进一步地，所述中心节点，包括中央处理器、分别与中央处理器相连的无线通信模块和无线同步发送模块及电源模块；所述无线通信模块接收数据；所述无线同步发送模块向所述无线信号中继节点或信号采集单元发送同步信号。

进一步地，所述无线通信模块和所述无线同步发送模块及无线同步接收模块工作在不同频段，上一层的无线同步信号发送模块与下一层的无线同步信号接收模块工作在同一频段。

一种智能产线分布式无线节点时间同步方法，包括以下步骤：

S1：在生产线上设置信号采集单元，用于采集生产线上的数据；设置无线信号中继节点，用于转发数据及同步信号；设置中心节点，用于接收和处理所述信号采集单元采集到的数据；所述信号采集单元通过至少一个无线信号中继节点将采集到的数据传送至下述中心节点；所述中心节点通过无线信号中继节点向所述信号采集单元发送同步信号；

S2：根据同步信号由中心节点至无线信号中继节点的中继次数分为1至N层；所述每个信号采集单元至少被一个无线信号中继节点或中心节点所发送的同步信号覆盖；

S3：初始化系统中的各节点；

S4：中心节点向整个网络发送同步时间ts，无线信号中继节点向各信号采集单元转发同步时间ts；

S5：信号采集单元收到同步时间ts后，经无线信号中继节点向中心节点发出确认信息，并存储ts值；

S6：中心节点收到确认信息后，等待其上的时钟运行至ts时刻，向整个网络发送同步指令，并由无线信号中继节点向信号采集单元转发；

S7：信号采集单元收到同步指令后，根据自身在整个网络中的层次及每一层的延时计算自身的延时时间td，并将自身的时钟设置为ts+td；第i层上的信号采集单元自身的延时时间td＝td1+td2+…+tdi，tdi为同步信号由第i-1层传输至第i层时的延时时间，i＝1,…,N；

S8：信号采集单元在ts+td时刻开始采集数据，并将采集到的数据向无线信号中继节点传送，由无线信号中继节点传输给中心节点，中心节点计算结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在生产线上布置信号采集模块，利用传感器模块采集各种期望数据，采集到的数据通过中继节点传送；现场工作时无需复杂的连线作业，采样点布置方便，并可在数据采集过程中随时动态调整各采样点，便于使用与调试；利用无线通信模块进行数据传输，无线同步发送/接收模块负责时间的同步，由于本同步方法不是利用传统的依靠收发同步包的方法进行定时，而是通过外置的同步模块硬件保证精确定时的，所以可以得到比传统方法更高的同步时间精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本发明实施例的结构示意图；

图2本发明的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，包括信号采集单元、无线信号中继节点和中心节点；

所述信号采集单元设置于生产线上，用于采集生产线上的数据；所述无线信号中继节点，用于转发数据及同步信号；所述中心节点，用于接收和处理所述信号采集单元采集到的数据；

所述信号采集单元通过至少一个无线信号中继节点将数据传送至下述中心节点；所述中心节点通过无线信号中继节点向信号采集单元发送同步信号；

本发明智能产线分布式无线节点时间同步系统，根据同步信号由中心节点至无线信号中继节点的中继次数分为1至N层，每个信号采集单元至少被一个无线信号中继节点或中心节点所发送的同步信号覆盖。

所述信号采集单元，包括处理芯片、无线通信模块、无线同步接收模块、信号调理模块、传感器模块及电源模块；所述信号调理模块与传感器模块相连；所述处理芯片分别与无线通信模块及无线同步接收模块相连；所述无线通信模块向所述无线信号中继节点发送数据，所述无线同步接收模块接收所述中继节点或所述中心节点发送的同步信号。

所述无线信号中继节点，包括处理芯片、无线通信模块、无线同步接收模块、无线同步发送模块及电源模块；所述无线通信模块、无线同步接收模块、无线同步发送模块均与所述处理芯片相连；所述无线通信模块将接收到的数据进行转发；所述无线同步接收模块接收来自所述中心节点或上一层无线信号中继节点的同步信号；所述无线同步发送模块向所述信号采集单元或下一层无线信号中继节点发送同步信号。

所述中心节点，包括中央处理器、分别与中央处理器相连的无线通信模块和无线同步发送模块及电源模块；所述无线通信模块接收数据；所述无线同步发送模块向所述无线信号中继节点或信号采集单元发送同步信号。

所述无线通信模块和所述无线同步发送模块及无线同步接收模块工作在不同频段，上一层的无线同步信号发送模块与下一层的无线同步信号接收模块工作在同一频段。

本发明智能产线分布式无线节点时间同步系统，由无线信号中继节点将信号采集单元采集的数据向中心节点传送，信号采样点布置方便，并可在数据采集过程中随时动态调整采样点，便于使用与调试，现场工作时无需复杂的连线作业；中心节点通过无线网络向各个信号采集单元发送设定好的同步时间，当整个网络需要时间同步时，由同步中心节点发起同步信号并通过无线信号中继节点将同步信号转发至信号采集单元，信号采集单元收到同步信号后将自身的时钟设置为中心节点发送来的同步时间，以完成网络的同步作业。系统通过无线网络及同步模块协同工作来测试各部分时间的同步，测试大型分布式无线传感器网络的高精度时间同步。

一种智能产线分布式无线节点时间同步方法，包括以下步骤：

S1：在生产线上设置信号采集单元，用于采集生产线上的数据；设置无线信号中继节点，用于转发数据及同步信号；设置中心节点，用于接收和处理所述信号采集单元采集到的数据；所述信号采集单元通过至少一个无线信号中继节点将采集到的数据传送至下述中心节点；所述中心节点通过无线信号中继节点向所述信号采集单元发送同步信号；

S2：根据同步信号由中心节点至无线信号中继节点的中继次数分为1至N层；所述每个信号采集单元至少被一个无线信号中继节点或中心节点所发送的同步信号覆盖；

S3：初始化系统中的各节点；

S4：中心节点向整个网络发送同步时间ts，无线信号中继节点向各信号采集单元转发同步时间ts；

S5：信号采集单元收到同步时间ts后，经无线信号中继节点向中心节点发出确认信息，并存储ts值；

S6：中心节点收到确认信息后，等待其上的时钟运行至ts时刻，向整个网络发送同步指令，并由无线信号中继节点向信号采集单元转发；

S7：信号采集单元收到同步指令后，根据自身在整个网络中的层次及每一层的延时计算自身的延时时间td，并将自身的时钟设置为ts+td；第i层上的信号采集单元自身的延时时间td＝td1+td2+…+tdi，tdi为同步信号由第i-1层传输至第i层时的延时时间，i＝1,…,N；

S8：信号采集单元在ts+td时刻开始采集数据，并将采集到的数据向无线信号中继节点传送，由无线信号中继节点传输给中心节点，中心节点计算结果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，其特征在于：包括信号采集单元、无线信号中继节点和中心节点；

所述信号采集单元设置于生产线上，用于采集生产线上的数据；所述无线信号中继节点，用于转发数据及同步信号；所述中心节点，用于接收和处理所述信号采集单元采集到的数据；

所述信号采集单元通过至少一个无线信号中继节点将数据传送至所述中心节点，中心节点通过无线信号中继节点向信号采集单元发送同步信号；

根据同步信号由中心节点至无线信号中继节点的中继次数分为1至N层，每个信号采集单元至少被一个无线信号中继节点或中心节点所发送的同步信号覆盖。

2.根据权利要求1所述的一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，其特征在于：所述信号采集单元，包括处理芯片、无线通信模块、无线同步接收模块、信号调理模块、传感器模块及电源模块；所述信号调理模块与传感器模块相连；所述处理芯片分别与无线通信模块及无线同步接收模块相连；所述无线通信模块向所述无线信号中继节点发送数据，所述无线同步接收模块接收所述中继节点或所述中心节点发送的同步信号。

3.根据权利要求1所述的一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，其特征在于：所述无线信号中继节点，包括处理芯片、无线通信模块、无线同步接收模块、无线同步发送模块及电源模块；所述无线通信模块、无线同步接收模块、无线同步发送模块均与所述处理芯片相连；所述无线通信模块将接收到的数据进行转发；所述无线同步接收模块接收来自所述中心节点或上一层无线信号中继节点的同步信号；所述无线同步发送模块向所述信号采集单元或下一层无线信号中继节点发送同步信号。

4.根据权利要求1所述的一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，其特征在于：所述中心节点，包括中央处理器、分别与中央处理器相连的无线通信模块和无线同步发送模块及电源模块；所述无线通信模块接收数据；所述无线同步发送模块向所述无线信号中继节点或信号采集单元发送同步信号。

5.根据权利要求1所述的一种智能产线分布式无线节点时间同步系统，其特征在于：所述无线通信模块和所述无线同步发送模块及无线同步接收模块工作在不同频段，上一层的无线同步信号发送模块与下一层的无线同步信号接收模块工作在同一频段。

6.一种智能产线分布式无线节点时间同步方法，包括以下步骤：

S1：在生产线上设置信号采集单元，用于采集生产线上的数据；设置无线信号中继节点，用于转发数据及同步信号；设置中心节点，用于接收和处理所述信号采集单元采集到的数据；所述信号采集单元通过至少一个无线信号中继节点将采集到的数据传送至下述中心节点；所述中心节点通过无线信号中继节点向所述信号采集单元发送同步信号；

S2：根据同步信号由中心节点至无线信号中继节点的中继次数分为1至N层；所述每个信号采集单元至少被一个无线信号中继节点或中心节点所发送的同步信号覆盖；

S3：初始化系统中的各节点；

S4：中心节点向整个网络发送同步时间ts，无线信号中继节点向各信号采集单元转发同步时间ts；

S5：信号采集单元收到同步时间ts后，经无线信号中继节点向中心节点发出确认信息，并存储ts值；

S6：中心节点收到确认信息后，等待其上的时钟运行至ts时刻，向整个网络发送同步指令，并由无线信号中继节点向信号采集单元转发；

S7：信号采集单元收到同步指令后，根据自身在整个网络中的层次及每一层的延时计算自身的延时时间td，并将自身的时钟设置为ts+td；第i层上的信号采集单元自身的延时时间td＝td1+td2+…+tdi，tdi为同步信号由第i-1层传输至第i层时的延时时间，i＝1,…,N；

S8：信号采集单元在ts+td时刻开始采集数据，并将采集到的数据向无线信号中继节点传送，由无线信号中继节点传输给中心节点，中心节点计算结果。

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