CN114554587A - 基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法、系统及介质，通过WiFi连接网络服务器进行网络校时，控制器内部运行同步算法，控制传感器采样触发，实现同步采样，本发明利用控制器休眠唤醒后的确定运行时间和通过网络校时修正休眠时间的方法，省去了传感器间无线通讯以通讯过程中的延迟不确定性及带来的功耗损失，能够使设定在同一时刻采样的几个传感器的数据采样时刻满足上层控制程序的时间同步要求。

Description

基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及工业自动化信息监测技术领域，更具体的，涉及一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法、系统及介质。

背景技术

目前针对工业设备的健康状态监测、故障诊断及寿命预测，主要是以采集设备的运行过程数据，如振动、温度、转速等，作为原始参考数据，通过对数据进行时域、频域分析以及状态特征提取，来对被测设备进行健康状态分析。

通常情况下，一台大型设备会有多个检测点，要求多个检测点同步采集数据，这样能够更精确的反映出设备的健康监测状态。传统的采集方式为有线传感器采集，在一台设备上布置多个有线传感器，接入同一个数采器实现同步采集。有线采集方式，涉及现场部署及物料，以及后期线缆维护等高成本的弊端，以及有些工业现场不具备有线部署的条件。再加上现在无线传感网络技术的发展，越来越多的应用都选择使用无线传感器方式进行采集。

目前的无线温振传感器，由于无线传感器的低功耗特性，需要传感器在采样完成后进入休眠模式，等待下一次采样，而在休眠过程中，控制器进入低功耗模式，会使得系统时钟切换为低功耗的时钟源，此时钟源精度低，会带来时钟不准问题，导致传感器休眠唤醒和采集时刻与设定时刻有偏差。由于各传感器偏差不相同，那么原定在同一时刻采样的两个传感器会出现采样时刻不同步情况，进而导致上层软件算法失效、出错问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法、系统及存储介质。

本发明第一方面提供了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法，包括：

初始化系统参数，判断系统是否为初次上电，若是，则连接WiFi进行网络校时，设置传感器的实时时钟，并连接服务器，获取配置参数；

获取采样数据，计时从系统启动到采集数据的时间间隔；

通过WiFi进行联网，读取当前系统时间Tsys，请求网络时间服务器校时，并将系统时间更新为Tnet，计时从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间Tdiff；

将当前系统时间与更新后系统时间的差值Tsys-Tnet与Tdiff+10进行对比判断；

若Tsys-Tnet≤Tdiff+10，则说明采集时间准确，将采集数据存入FLASH，等待上传服务器；

若Tsys-Tnet＞Tdiff+10，则将本次采集数据丢弃，计算修正时间及下次上传后休眠的修正系数，所述传感器根据所述修正时间继续休眠；

采集时间准确时，将数据读出进行上传。

本方案中，连接服务器获取配置参数，所述的配置参数包括但不限于同步采集时刻及同步间隔。

本方案中，所述修正时间的计算公式，具体为：

Tadj＝Tsys-Tnet-Tdiff

其中，Tadj表示修正时间，Tsys表示当前系统时间，Tnet表示更新完系统时间，Tdiff表示从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间；

所述修正系数的计算公式，具体为：

Ceff＝Tadj/Tls

其中，Ceff表示修正系数，Tadj表示修正时间，Tls表示上次休眠时间间隔。

本方案中，还包括：

数据上传完成后，读取系统时间计算本次休眠时间，根据所述本次休眠时间加上校准补偿获取实际休眠时间；

系统根据所述实际休眠时间设置休眠间隔，等待唤醒后，继续循环运行。

本方案中，所述本次休眠时间的计算公式，具体为：

Ts＝Tsyn-(Tnow％Titv)

其中，Ts表示本次休眠时间，Tnow表示当前系统时间，Titv表示系统采样间隔，Tsyn表示系统同步时刻，％表示余数运算；

所述实际休眠时间的计算公式，具体为：

Tsl＝Ts*(1+Ceff)-Tsame

其中，Tsl表示实际休眠时间，Ts表示本次休眠时间，Ceff表示修正系数，Tsame表示系统每次休眠后唤醒从初始化到数据采集的固定时间间隔。

本发明第二方面还提供了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序，所述一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

初始化系统参数，判断系统是否为初次上电，若是，则连接WiFi进行网络校时，设置传感器的实时时钟，并连接服务器，获取配置参数；

获取采样数据，计时从系统启动到采集数据的时间间隔；

通过WiFi进行联网，读取当前系统时间Tsys，请求网络时间服务器校时，并将系统时间更新为Tnet，计时从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间Tdiff；

将当前系统时间与更新后系统时间的差值Tsys-Tnet与Tdiff+10进行对比判断；

若Tsys-Tnet≤Tdiff+10，则说明采集时间准确，将采集数据存入FLASH，等待上传服务器；

若Tsys-Tnet＞Tdiff+10，则将本次采集数据丢弃，计算修正时间及下次上传后休眠的修正系数，所述传感器根据所述修正时间继续休眠；

采集时间准确时，将数据读出进行上传。

本方案中，连接服务器获取配置参数，所述的配置参数包括但不限于同步采集时刻及同步间隔。

本方案中，所述修正时间的计算公式，具体为：

Tadj＝Tsys-Tnet-Tdiff

其中，Tadj表示修正时间，Tsys表示当前系统时间，Tnet表示更新完系统时间，Tdiff表示从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间；

所述修正系数的计算公式，具体为：

Ceff＝Tadj/Tls

其中，Ceff表示修正系数，Tadj表示修正时间，Tls表示上次休眠时间间隔。

本方案中，还包括：

数据上传完成后，读取系统时间计算本次休眠时间，根据所述本次休眠时间加上校准补偿获取实际休眠时间；

系统根据所述实际休眠时间设置休眠间隔，等待唤醒后，继续循环运行。

本方案中，所述本次休眠时间的计算公式，具体为：

Ts＝Tsyn-(Tnow％Titv)

其中，Ts表示本次休眠时间，Tnow表示当前系统时间，Titv表示系统采样间隔，Tsyn表示系统同步时刻，％表示余数运算；

所述实际休眠时间的计算公式，具体为：

Tsl＝Ts*(1+Ceff)-Tsame

其中，Tsl表示实际休眠时间，Ts表示本次休眠时间，Ceff表示修正系数，Tsame表示系统每次休眠后唤醒从初始化到数据采集的固定时间间隔。

本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序，所述一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法的步骤。

本发明公开了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法、系统及介质，通过WiFi连接网络服务器进行网络校时，控制器内部运行同步算法，控制传感器采样触发，实现同步采样，本发明利用控制器休眠唤醒后的确定运行时间和通过网络校时修正休眠时间的方法，使设定在同一时刻采样的几个传感器的数据采样时刻同步在±10毫秒，满足上层控制程序的时间同步要求。传感器由此种校准同步方式，省去了传感器间无线通讯以通讯过程中的延迟不确定性及带来的功耗损失，保证了与网络时间同步在±10ms之内，从而实现了不同传感器间的同步时间采集。

附图说明

图1示出了本发明一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法的流程图；

图2示出了本发明一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样系统的框图；

图3示出了本发明一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样系统的流程图；

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了本发明一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法的流程图。

如图1所示，本发明第一方面提供了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法，包括：

S102，初始化系统参数，判断系统是否为初次上电，若是，则连接WiFi进行网络校时，设置传感器的实时时钟，并连接服务器，获取配置参数；

S104，获取采样数据，计时从系统启动到采集数据的时间间隔；

S106，通过WiFi进行联网，读取当前系统时间Tsys，请求网络时间服务器校时，并将系统时间更新为Tnet，计时从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间Tdiff；

S108，将当前系统时间与更新后系统时间的差值Tsys-Tnet与Tdiff+10进行对比判断；

S110，若Tsys-Tnet≤Tdiff+10，则说明采集时间准确，将采集数据存入FLASH，等待上传服务器；

S112，若Tsys-Tnet＞Tdiff+10，则将本次采集数据丢弃，计算修正时间及下次上传后休眠的修正系数，所述传感器根据所述修正时间继续休眠；

S114，采集时间准确时，将数据读出进行上传。

需要说明的是，本方案采用ESP32S2微处理器芯片作为主控制器，该芯片集成WiFi功能，通过WiFi连接网络服务器进行网络校时，控制器内部运行同步算法，控制传感器采样触发，实现同步采样，系统初次上电时，首先连接WiFi进行网络校时，设置传感器的RTC(实时时钟)，随后会连接服务器获取配置参数(同步采集时刻、采集间隔等)，随后进入循环处理程序。

需要说明的是，循环处理程序中，系统每次休眠后唤醒，初始化完成后进行数据采集，这段时间是固定的，记为Tsame，采集完成后WiFi联网，先读取当前系统时间Tsys，然后进行网络校时，更新系统时间为Tnet，从得到Tsys到更新完系统时间Tnet花费时间记为Tdiff。由于ESP32S2的内部低功耗时钟总是会超前跑快，所以只可能Tsys大于等于Tnet，也只有时钟超前跑快的情况下才能进行修正同步。因此，如果Tsys-Tnet小于等于Tdiff+10(计时单位为ms)，代表采集时间准确，采集数据会存入flash，等待上传服务器。如果Tsys-Tnet大于Tdiff+10，则本次采集数据丢弃，计算修正时间Tadj，同时计算下次上传后休眠的修正系数并保存，计算完成后传感器继续休眠Tadj时间进行修正校准。经过修正后唤醒继续循环以上步骤至采集时间准确

所述修正时间的计算公式，具体为：

Tadj＝Tsys-Tnet-Tdiff

其中，Tadj表示修正时间，Tsys表示当前系统时间，Tnet表示更新完系统时间，Tdiff表示从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间；

所述修正系数的计算公式，具体为：

Ceff＝Tadj/Tls

其中，Ceff表示修正系数，Tadj表示修正时间，Tls表示上次休眠时间间隔。

需要说明的是，本发明，还包括：

准确采集后达到上传条件时，数据上传完成后，读取系统时间计算本次休眠时间，根据所述本次休眠时间加上校准补偿获取实际休眠时间；

系统根据所述实际休眠时间设置休眠间隔，等待唤醒后，继续循环运行。

所述本次休眠时间的计算公式，具体为：

Ts＝Tsyn-(Tnow％Titv)

其中，Ts表示本次休眠时间，Tnow表示当前系统时间，Titv表示系统采样间隔，Tsyn表示系统同步时刻，％表示余数运算；

所述实际休眠时间的计算公式，具体为：

Tsl＝Ts*(1+Ceff)-Tsame

其中，Tsl表示实际休眠时间，Ts表示本次休眠时间，Ceff表示修正系数，Tsame表示系统每次休眠后唤醒从初始化到数据采集的固定时间间隔。

图2示出了本发明一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样系统的框图。

本发明第二方面还提供了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样系统2，该系统包括：存储器21、处理器22，所述存储器中包括一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序，所述一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

初始化系统参数，判断系统是否为初次上电，若是，则连接WiFi进行网络校时，设置传感器的实时时钟，并连接服务器，获取配置参数；

获取采样数据，计时从系统启动到采集数据的时间间隔；

通过WiFi进行联网，读取当前系统时间Tsys，请求网络时间服务器校时，并将系统时间更新为Tnet，计时从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间Tdiff；

将当前系统时间与更新后系统时间的差值Tsys-Tnet与Tdiff+10进行对比判断；

若Tsys-Tnet≤Tdiff+10，则说明采集时间准确，将采集数据存入FLASH，等待上传服务器；

若Tsys-Tnet＞Tdiff+10，则将本次采集数据丢弃，计算修正时间及下次上传后休眠的修正系数，所述传感器根据所述修正时间继续休眠；

S114，采集时间准确时，将数据读出进行上传。

需要说明的是，本方案采用ESP32S2微处理器芯片作为主控制器，该芯片集成WiFi功能，通过WiFi连接网络服务器进行网络校时，控制器内部运行同步算法，控制传感器采样触发，实现同步采样，系统初次上电时，首先连接WiFi进行网络校时，设置传感器的RTC(实时时钟)，随后会连接服务器获取配置参数(同步采集时刻、采集间隔等)，随后进入循环处理程序。

需要说明的是，循环处理程序中，系统每次休眠后唤醒，初始化完成后进行数据采集，这段时间是固定的，记为Tsame，采集完成后WiFi联网，先读取当前系统时间Tsys，然后进行网络校时，更新系统时间为Tnet，从得到Tsys到更新完系统时间Tnet花费时间记为Tdiff。由于ESP32S2的内部低功耗时钟总是会超前跑快，所以只可能Tsys大于等于Tnet，也只有时钟超前跑快的情况下才能进行修正同步。因此，如果Tsys-Tnet小于等于Tdiff+10(计时单位为ms)，代表采集时间准确，采集数据会存入flash，等待上传服务器。如果Tsys-Tnet大于Tdiff+10，则本次采集数据丢弃，计算修正时间Tadj，同时计算下次上传后休眠的修正系数并保存，计算完成后传感器继续休眠Tadj时间进行修正校准。经过修正后唤醒继续循环以上步骤至采集时间准确

所述修正时间的计算公式，具体为：

Tadj＝Tsys-Tnet-Tdiff

其中，Tadj表示修正时间，Tsys表示当前系统时间，Tnet表示更新完系统时间，Tdiff表示从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间；

所述修正系数的计算公式，具体为：

Ceff＝Tadj/Tls

其中，Ceff表示修正系数，Tadj表示修正时间，Tls表示上次休眠时间间隔。

需要说明的是，本发明，还包括：

准确采集后达到上传条件时，数据上传完成后，读取系统时间计算本次休眠时间，根据所述本次休眠时间加上校准补偿获取实际休眠时间；

系统根据所述实际休眠时间设置休眠间隔，等待唤醒后，继续循环运行。所述本次休眠时间的计算公式，具体为：

Ts＝Tsyn-(Tnow％Titv)

其中，Ts表示本次休眠时间，Tnow表示当前系统时间，Titv表示系统采样间隔，Tsyn表示系统同步时刻，％表示余数运算；

所述实际休眠时间的计算公式，具体为：

Tsl＝Ts*(1+Ceff)-Tsame

其中，Tsl表示实际休眠时间，Ts表示本次休眠时间，Ceff表示修正系数，Tsame表示系统每次休眠后唤醒从初始化到数据采集的固定时间间隔。

本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序，所述一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法的步骤。

本发明公开了一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法、系统及介质，通过WiFi连接网络服务器进行网络校时，控制器内部运行同步算法，控制传感器采样触发，实现同步采样，本发明利用控制器休眠唤醒后的确定运行时间和通过网络校时修正休眠时间的方法，使设定在同一时刻采样的几个传感器的数据采样时刻同步在±10毫秒，满足上层控制程序的时间同步要求。传感器由此种校准同步方式，省去了传感器间无线通讯以通讯过程中的延迟不确定性及带来的功耗损失，保证了与网络时间同步在±10ms之内，从而实现了不同传感器间的同步时间采集。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

初始化系统参数，判断系统是否为初次上电，若是，则连接WiFi进行网络校时，设置传感器的实时时钟，并连接服务器，获取配置参数；

获取采样数据，计时从系统启动到采集数据的时间间隔；

通过WiFi进行联网，读取当前系统时间Tsys，请求网络时间服务器校时，并将系统时间更新为Tnet，计时从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间Tdiff；

将当前系统时间与更新后系统时间的差值Tsys-Tnet与Tdiff+10进行对比判断；

若Tsys-Tnet≤Tdiff+10，则说明采集时间准确，将采集数据存入FLASH，等待上传服务器；

若Tsys-Tnet＞Tdiff+10，则将本次采集数据丢弃，计算修正时间及下次上传后休眠的修正系数，所述传感器根据所述修正时间继续休眠；

采集时间准确时，将数据读出进行上传。

2.根据权利要求1所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法，其特征在于，连接服务器获取配置参数，所述的配置参数包括但不限于同步采集时刻及同步间隔。

3.根据权利要求1所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法，其特征在于，所述修正时间的计算公式，具体为：

Tadj＝Tsys-Tnet-Tdiff

其中，Tadj表示修正时间，Tsys表示当前系统时间，Tnet表示更新完系统时间，Tdiff表示从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间；

所述修正系数的计算公式，具体为：

Ceff＝Tadj/Tls

其中，Ceff表示修正系数，Tadj表示修正时间，Tls表示上次休眠时间间隔。

4.根据权利要求1所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法，其特征在于，还包括：

数据上传完成后，读取系统时间计算本次休眠时间，根据所述本次休眠时间加上校准补偿获取实际休眠时间；

系统根据所述实际休眠时间设置休眠间隔，等待唤醒后，继续循环运行。

5.根据权利要求4所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法，其特征在于，所述本次休眠时间的计算公式，具体为：

Ts＝Tsyn-(Tnow％Titv)

其中，Ts表示本次休眠时间，Tnow表示当前系统时间，Titv表示系统采样间隔，Tsyn表示系统同步时刻，％表示余数运算；

所述实际休眠时间的计算公式，具体为：

Tsl＝Ts*(1+Ceff)-Tsame

其中，Tsl表示实际休眠时间，Ts表示本次休眠时间，Ceff表示修正系数，Tsame表示系统每次休眠后唤醒从初始化到数据采集的固定时间间隔。

6.一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样系统，其特征在于，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序，所述一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

初始化系统参数，判断系统是否为初次上电，若是，则连接WiFi进行网络校时，设置传感器的实时时钟，并连接服务器，获取配置参数；

获取采样数据，计时从系统启动到采集数据的时间间隔；

通过WiFi进行联网，读取当前系统时间Tsys，请求网络时间服务器校时，并将系统时间更新为Tnet，计时从得到当前系统时间到更新完系统时间的花费时间Tdiff；

将当前系统时间与更新后系统时间的差值Tsys-Tnet与Tdiff+10进行对比判断；

若Tsys-Tnet≤Tdiff+10，则说明采集时间准确，将采集数据存入FLASH，等待上传服务器；

若Tsys-Tnet＞Tdiff+10，则将本次采集数据丢弃，计算修正时间及下次上传后休眠的修正系数，所述传感器根据所述修正时间继续休眠；

采集时间准确时，将数据读出进行上传。

7.根据权利要求6所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样系统，其特征在于，还包括：

数据上传完成后，读取系统时间计算本次休眠时间，根据所述本次休眠时间加上校准补偿获取实际休眠时间；

系统根据所述实际休眠时间设置休眠间隔，等待唤醒后，继续循环运行。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中包括一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序，所述一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的一种基于WiFi无线温振传感器的同步时间采样方法的步骤。

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