一種基于gps時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用802.15.4通信時，多路分時數(shù)據(jù)同步通信，同時應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與處理。GPS可以提供精確的時間基準(zhǔn)信息，通過接收GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))發(fā)送的同步脈沖信號和時間信息，為設(shè)備數(shù)據(jù)采集部分和通訊部分提供精確的時間信息和時間同步信號。本實用新型優(yōu)點：通過GPS授時模塊的1s同步信號輸入到各通訊設(shè)備的MCU中斷引腳，可對MCU定時器定時初時時刻進行同步，基于GPS同步的各通訊設(shè)備的定時器定時誤差將具一致性；數(shù)據(jù)發(fā)送的同步和周期性發(fā)生時刻，是受GPS同步的，可以提高同步通訊的精確度；采用基于GPS時間基準(zhǔn)的多路分時通訊方法，多設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸互不干擾。
【專利說明】
一種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于運動監(jiān)測產(chǎn)品的通訊應(yīng)用領(lǐng)域，具體是涉及一種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在體育運動訓(xùn)練監(jiān)測過程中，由于存在多個設(shè)備的數(shù)據(jù)源同步且相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵粋€設(shè)備進行分析，或是單個設(shè)備的多種數(shù)據(jù)需要同步分發(fā)給多個設(shè)備的應(yīng)用。數(shù)據(jù)的分發(fā)與傳輸，存在一定的時間同步要求，這就需要數(shù)據(jù)的采集與傳輸及通訊基于同一個時間基準(zhǔn)。GPS不僅具有定位功能，還能提供準(zhǔn)確統(tǒng)一的時間?；贕PS時間基準(zhǔn)的同步通訊方法及其設(shè)備，能夠解決分時多路通訊的精確同步通訊、數(shù)據(jù)采樣同步等功能，可以用于運動監(jiān)測等相關(guān)產(chǎn)品的通訊與數(shù)據(jù)傳輸。
[0003]802.15.4通信協(xié)議是針對低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(low-rate wireless personalarea network,LR-WPAN)制定標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點目標(biāo)，旨在為不同設(shè)備之間的低速互連提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。802.15.4通信協(xié)議共定義了四種類型的幀:信標(biāo)幀，數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)幀和MAC命令幀。信標(biāo)幀可以用來識別個域網(wǎng)，同步個域網(wǎng)中的設(shè)備，描述超幀結(jié)構(gòu)等。低速無線個域網(wǎng)允許可選擇性的使用超幀(superf rame)結(jié)構(gòu)。超幀的格式由協(xié)調(diào)器決定。在使用超幀結(jié)構(gòu)的模式下，協(xié)調(diào)器會根據(jù)設(shè)置周期性的發(fā)送信標(biāo)幀(beacon)，通過引入GPS時間基準(zhǔn)，來獲取精確時間基準(zhǔn)信號，同步協(xié)調(diào)器周期性發(fā)送信標(biāo)幀，這樣就能保證在多個具有GPS時間基準(zhǔn)的設(shè)備通訊過程中的同步問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型目的是提供一種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用802.15.4通信時，多路分時數(shù)據(jù)同步通信，同時應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與處理。GPS可以提供精確的時間基準(zhǔn)信息，通過接收GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))發(fā)送的同步脈沖信號和時間信息，為設(shè)備數(shù)據(jù)采集部分和通訊部分提供精確的時間信息和時間同步信號。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，包括無線移動基站和通訊分機，其中通訊分機包括MCU處理單元、GPS授時模塊、GPS天線、802.15.4通訊模塊、802.15.4通訊模塊天線、數(shù)據(jù)接口模塊、電源管理模塊，其中GPS授時模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)接口模塊與MCU處理單元相連接，GPS天線與GPS授時模塊相連接，802.15.4通訊模塊天線與802.15.4通訊模塊相連接，電源管理模塊分別MCU處理單元、GPS授時模塊、802.15.4通訊模塊、數(shù)據(jù)接口模塊相連接，并提供電源。
[0007]所述無線移動基站，用于與多個通訊分機建立通信連接。
[0008]所述GPS授時模塊、GPS天線，用于獲取高精度GPS時間基準(zhǔn)信號；
[0009]所述數(shù)據(jù)接口模塊，用于接收外部數(shù)據(jù)源，并進行數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換和解析處理；
[0010]所述MCU處理單元，用于將接收數(shù)據(jù)信息加上時間戳，同時MCU處理單元以接收高精度GPS時間為基準(zhǔn)，控制接收數(shù)據(jù)發(fā)送時機；
[0011 ]所述802.15.4通訊模塊，用于實時發(fā)送M⑶處理單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0012]所述GPS模塊，采用高精度GPS授時模塊，時間精度誤差小于I微秒;所述GPS天線采用360度螺旋天線。
[0013]所述數(shù)據(jù)接口模塊，支持接收多路數(shù)據(jù)源信號。
[0014]所述電源管理模塊，包含電池、電源管理；電池用于提供設(shè)備電能，電源管理模塊用于檢測電源充電、放電和電池電量，當(dāng)電池電量低于下限值時發(fā)送告警信號，電池電量低于極限值時切斷電源輸出。
[0015]所述802.15.4通信模塊，與無線移動基站之間采用802.15.4協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信；
[0016]所述無線移動基站，內(nèi)置802.15.4通訊模塊有多個通道，每個通道用于單個通訊分機的數(shù)據(jù)通信。
[0017]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，它具有以下優(yōu)點:
[0018](I)本發(fā)明通過GPS授時模塊的Is同步信號輸入到各通訊設(shè)備的M⑶中斷引腳，可對MCU定時器定時初時時刻進行同步，基于GPS同步的各通訊設(shè)備的定時器定時誤差將具一致性；
[0019](2)本發(fā)明中數(shù)據(jù)發(fā)送的同步和周期性發(fā)生時刻，是受GPS同步的，可以提高同步通訊的精確度；
[0020](3)本發(fā)明中采用基于GPS時間基準(zhǔn)的多路分時通訊方法，多設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸互不干擾。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的整體數(shù)據(jù)傳輸圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細(xì)說明。但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。
[0024]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的“包括”“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義，而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0025]在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0026]如圖1所示，一種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，包括無線移動基站和通訊分機，其中通訊分機包括MCU處理單元、GPS授時模塊、GPS天線、802.15.4通訊模塊、
802.15.4通訊模塊天線、數(shù)據(jù)接口模塊、電源管理模塊，其中GPS授時模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)接口模塊與M⑶處理單元相連接，GPS天線與GPS授時模塊相連接，802.15.4通訊模塊天線與802.15.4通訊模塊相連接，電源管理模塊分別MCU處理單元、GPS授時模塊、802.15.4通訊模塊、數(shù)據(jù)接口模塊相連接，并提供電源。
[0027]所述無線移動基站，用于與多個通訊分機建立通信連接。
[0028]所述GPS授時模塊、GPS天線，用于獲取高精度GPS時間基準(zhǔn)信號；
[0029]所述數(shù)據(jù)接口模塊，用于接收外部數(shù)據(jù)源，并進行數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換和解析處理；
[0030]所述MCU處理單元，用于將接收數(shù)據(jù)信息加上時間戳，同時MCU處理單元以接收高精度GPS時間為基準(zhǔn)，控制接收數(shù)據(jù)發(fā)送時機；
[0031 ]所述802.15.4通訊模塊，用于實時發(fā)送M⑶處理單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0032]所述GPS模塊，采用高精度GPS授時模塊，時間精度誤差小于I微秒;所述GPS天線采用360度螺旋天線。
[0033]所述數(shù)據(jù)接口模塊，支持接收多路數(shù)據(jù)源信號。
[0034]所述電源管理模塊，包含電池、電源管理；電池用于提供設(shè)備電能，電源管理模塊用于檢測電源充電、放電和電池電量，當(dāng)電池電量低于下限值時發(fā)送告警信號，電池電量低于極限值時切斷電源輸出。
[0035]所述802.15.4通信模塊，與無線移動基站之間采用802.15.4協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信；
[0036]所述無線移動基站，內(nèi)置802.15.4通訊模塊有多個通道，每個通道用于單個通訊分機的數(shù)據(jù)通信。
[0037]如圖2所示，由GPS授時模塊獲取高精度GPS基準(zhǔn)時間信號，首先連接至MCU的中斷引腳，在中斷中進行同步和定時，經(jīng)同步、定時后，提供時標(biāo)信號供數(shù)據(jù)通訊使用；同時數(shù)據(jù)接口模塊接收各設(shè)備采集原始數(shù)據(jù)并傳輸至MCU處理器，MCU處理器對數(shù)據(jù)接口模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行緩存，并以接收GPS時間為基準(zhǔn)定時控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，經(jīng)MCU處理器處理后數(shù)據(jù)，經(jīng)802.15.4通訊模塊發(fā)送至無線移動基站。
[0038]—種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信方法，包括以下步驟:
[0039]①、GPS授時模塊接收GPS衛(wèi)星時間基準(zhǔn)信號，并通過I2C總線傳輸至M⑶處理單元，數(shù)據(jù)接口模塊接收各設(shè)備采集原始數(shù)據(jù)并傳輸至MCU處理單元；
[0040]②、通訊分機MCU處理單元對數(shù)據(jù)接口模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行緩存，并以接收GPS時間為基準(zhǔn)，定時控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，發(fā)送后數(shù)據(jù)傳輸至通訊分機的802.15.4通訊模塊；
[0041 ]③、通訊分機802.15.4通訊模塊將接收數(shù)據(jù)實時發(fā)送至無線移動基站；
[0042]④、無線移動基站將接收多路通訊分機發(fā)送數(shù)據(jù)，實時轉(zhuǎn)發(fā)給相關(guān)設(shè)備進行數(shù)據(jù)分析。
[0043]步驟I中，所述數(shù)據(jù)接口模塊，接收的數(shù)據(jù)信息為數(shù)字信號，該信號經(jīng)過接口協(xié)議轉(zhuǎn)換后送入MCU處理單元。
[0044]步驟2中，所述GPS授時模塊，獲取高精度GPS基準(zhǔn)時間信號，首先連接到MCU中斷引腳，在中斷中進行時鐘同步和定時，用于各通訊模塊MCU的同步和定時，使其通訊時在同一同步信號下進行數(shù)據(jù)同步，定時發(fā)送。
[0045]步驟2中，所述MCU處理單元，當(dāng)進行通訊時，首先GPS授時模塊的時間基準(zhǔn)信號通過連接MCU的中斷引腳，當(dāng)時間基準(zhǔn)信號的上升沿到來時，觸發(fā)中斷，在中斷服務(wù)程序中，進行時鐘同步和定時器的定時操作。
[0046]步驟2中，所述M⑶處理單元數(shù)據(jù)發(fā)送時，同步于GPS基準(zhǔn)時鐘，開始發(fā)送數(shù)據(jù);所述MCU處理單元每次數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時間長度能夠通過軟件進行設(shè)置，也就是對定時器初值進行設(shè)置。
[0047]步驟2中，所述通訊分機M⑶處理單元數(shù)據(jù)發(fā)送時機，按照無線移動基站管理的通訊分機名稱及每個通訊分機編號順序周期性循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0048]步驟3中，所述通訊分機802.15.4通信模塊，與無線移動基站數(shù)據(jù)通信采用
802.15.4協(xié)議進行通信，該協(xié)議共定義了四種類型的幀:信標(biāo)幀，數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)幀和MAC命令幀;所述信標(biāo)幀可以用來識別個域網(wǎng)，同步個域網(wǎng)中的設(shè)備;所述確認(rèn)幀，用于數(shù)據(jù)發(fā)送完畢確認(rèn)；當(dāng)多路通訊分機設(shè)備要傳輸數(shù)據(jù)時，監(jiān)測并同步信標(biāo)幀，獲取通訊鏈路狀態(tài)；當(dāng)獲得信道資源后，開始建立鏈接傳輸數(shù)據(jù)，收到數(shù)據(jù)后，發(fā)送應(yīng)答信號，通訊完成。
[0049]步驟4中，所述無線移動基站，用于管理多個無線通訊分機進行數(shù)據(jù)通信，同時轉(zhuǎn)發(fā)通訊分機發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0050]本發(fā)明能夠?qū)崟r通訊設(shè)備的M⑶主頻的同步，基于主頻同步的各通訊設(shè)備的定時器，定時誤差將具一致性。
[0051]本發(fā)明中數(shù)據(jù)發(fā)送的同步和周期性發(fā)生時刻，是受GPS同步的，可以提高同步通訊的精確度。
[0052]本發(fā)明中采用基于GPS時間基準(zhǔn)的多路分時通訊方法，多設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸互不干擾。
[0053]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，其特征在于:它包括無線移動基站和通訊分機，其中通訊分機包括MCU處理單元、GPS授時模塊、GPS天線、802.15.4通訊模塊、802.15.4通訊模塊天線、數(shù)據(jù)接口模塊、電源管理模塊，其中GPS授時模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)接口模塊與M⑶處理單元相連接，GPS天線與GPS授時模塊相連接，802.15.4通訊模塊天線與802.15.4通訊模塊相連接，電源管理模塊分別MCU處理單元、GPS授時模塊、802.15.4通訊模塊、數(shù)據(jù)接口模塊相連接，并提供電源； 所述無線移動基站，用于與多個通訊分機建立通信連接； 所述GPS授時模塊、GPS天線，用于獲取高精度GPS時間基準(zhǔn)信號； 所述數(shù)據(jù)接口模塊，用于接收外部數(shù)據(jù)源，并進行數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換和解析處理； 所述MCU處理單元，用于將接收數(shù)據(jù)信息加上時間戳，同時MCU處理單元以接收高精度GPS時間為基準(zhǔn)，控制接收數(shù)據(jù)發(fā)送時機； 所述802.15.4通訊模塊，用于實時發(fā)送MCU處理單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，其特征在于:所述GPS模塊，采用高精度GPS授時模塊，時間精度誤差小于I微秒;所述GPS天線采用360度螺旋天線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)接口模塊，支持接收多路數(shù)據(jù)源信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，其特征在于:所述電源管理模塊，包含電池、電源管理；電池用于提供設(shè)備電能，電源管理模塊用于檢測電源充電、放電和電池電量，當(dāng)電池電量低于下限值時發(fā)送告警信號，電池電量低于極限值時切斷電源輸出。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，其特征在于:所述802.15.4通信模塊，與無線移動基站之間采用802.15.4協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于GPS時間基準(zhǔn)多點同步通信裝置，其特征在于:所述無線移動基站，內(nèi)置802.15.4通訊模塊有多個通道，每個通道用于單個通訊分機的數(shù)據(jù)通信。
【文檔編號】H04J3/06GK205657845SQ201620482713
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月25日 公開號201620482713.0, CN 201620482713, CN 205657845 U, CN 205657845U, CN-U-205657845, CN201620482713, CN201620482713.0, CN205657845 U, CN205657845U
【發(fā)明人】馮勇, 劉云龍, 孫贊峰, 張賀輝, 焦建, 常智杰
【申請人】北京動量科技有限責(zé)任公司