[发明专利]超声风速温度仪局域网络系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声风速温度仪局域网络系统及测量方法，属于信息网络技术的技术领域，具体说属于信息网络技术中以GPS秒信号为时基的对多台超声风速温度仪进行实时、同步测量的局域网络系统及方法的技术领域。

背景技术

随着国民经济的发展,科研工作的深入和航天、航空或军事领域特殊的需求，完成某一特定区域的风速和温度脉动场结构随时间和空间演变过程的精确测量，特别是进行实时、同步的测量，对拓展大气相关领域研究和实际应用具有特别重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种超声风速温度仪局域网络系统及测量方法，以实现多台超声风速温度仪实时组网观测，入网超声同步采样，保证观测数据的可比性和正确性的目的。

为达到所述的目的本发明的技术方案和方法是：

一种超声风速温度仪局域网络系统，包括：

至少一台主机，该主机为装置了包括中央处理器、内存、控制电路、通信电路、GPS接收和处理模块及输入输出接口的微电脑处理装置；所述的通信电路为光电隔离和数字通讯电路，该光电隔离和数字通讯电路通过总线与主机电性连接；

至少一台GPS接收机，该GPS接收机可接收到含有用于授时的准确至纳秒级时间信息的GPS数据包；该GPS接收机通过串行口与该光电隔离和数字通讯电路电性连接；

复数个从机，所述的从机为分布在不同空间位置的超声风速温度仪；该超声风速温度仪上设置光电隔离电路，通过双绞线与主机组成局域网络；

所述的主机通过串行口读入该GPS数据包并解包,得到GPS的时间信息并透过主机作为局域网的时间基准,控制入网的从机完成不同空间位置的三维风速和温度脉动的实时同步测量。

该光电隔离和数字通讯电路由单片机，光电隔离芯片，数字通讯芯片，接线端子及常用元件组成；

该单片机的接收端或第10引脚连接到光电隔离芯片第6引脚，光电隔离芯片的第3引脚连接数字通讯芯片的接收端或第2引脚；

该单片机的发送端或第11引脚连接到光电隔离芯片第3引脚，光电耦合芯片的第6引脚连接数字通讯芯片的发送端或第5引脚；数字通讯芯片的引脚12、11、10、9分别连接接线端子的1、2、4、6引脚。

该单片机为89S52单片机；该光电隔离芯片为6N137光电隔离器，该数字通讯芯片为MAX491EPD数字通讯芯片；该接线端子为JP1或光电耦合型接线端子。

该GPS接收机硬件主要结构要求其通讯媒体为型号为SBPV2*0.5的屏蔽双绞线；收发器为MAX491E；光电隔离器为6N137；接插件为欧式双列直插件；通讯媒体匹配电阻为120欧姆金属膜电阻。

该GPS接收和处理模块的通信规程包括：

物理层，物理层通讯规程为保证局域网以GPS秒信号为时基,信息位流有序在超声主从分布式局域网络的无误传送；

数据链路层，数据链路层把物理层提供的位流，按数据帧结构协议变成帧流，以便网络同位体能正确理解和处理信息的内容；所述的帧流包括指令帧和数据帧；所述的指令帧分为初始化指令帧，采样指令帧和令牌指令帧；

话路层，话路层用于为主机断开、接通入网从机，并为在它们之间按GPS秒信号为时基保持有序对话而提供服务；

应用层，应用层将通过局域网正确有序传送的主机命令和从机数据进行处理后输出。

该指令帧由五个字节组成，第一个字节为帧头，第二、三、四字节为指令，第五个字节为帧尾；

该数据帧由十八个字节组成，第一个字节为帧头，第二个字节设置为用于区分指令帧和数据帧的16进制数字OX00，第三个字节表示本帧数据的入网超声地址码，第四至十五字节为超声测得的数据；第十六字节为帧边界保护字节,第十七字节为校验和,第十八字节为帧尾。

该指令帧的帧头和帧尾分别设置为16进制数字OXAA和OX55；该数据帧的帧头和帧尾分别设置为16进制数字OXAA和OX55；

该数据帧的第十七字节校验和字节是第四至十五字节的代数和，可用于比较数据帧传输至主机时是否传输有误。

该初始化指令帧的第二、三、四字节依次为ICMD、NODE和SP/S；该ICMD为初始化指令0XB1，该NODE表示网络的节点入网数，该SP/S为采样频率；该SP/S=0X05,OX10,OX11,OX12代表采样频率分别为5,10,20,100Hz；

该采样指令帧的第二、三、四字节依次为16进制数字OXFF，OX00和OX00；

该令牌指令帧的第二、三、四字节依次为ADD和16进制数字OX00，OX04；该ADD为入网超声的地址码。