[发明专利]基于FPGA的无线传输延时控制系统及控制方法

说明书

一种基于FPGA的无线传输延时控制系统及控制方法，包括：无线模块、FPGA处理模块及用户接口模块；其中无线模块通过SPI或UART串行通讯接口与FPGA处理模块连接；FPGA处理模块通过PSI或UART串行通讯接口与用户接口模块连接；用户接口模块与上位机相连接，由上位机控制无线模块和FPGA处理模块。增加了一级无线传输管理，使系统可以记录管理无线传输过程中的传输延时，并通过协议分析实现透明传输，方便添加到现有系统之中，而且主站与从站使用通用模块只通过软件设置即可组建一个实时通讯的无线网络，克服了现有技术在系统变更中无法适应的不足，并具有结构简单，工作可靠，适用性强等特点。

技术领域

本发明涉及工业实时控制的技术领域，具体说是一种基于FPGA的无线传输延时控制系统及控制方法。

背景技术

随着工业4.0时代的到来，自动化成套装置的复杂性不断增加。在机械自动化设备的生产制造中，面临小型化，集成化，通用化的设计需求。传统的工业现场的设备组装与调试已经很难满足市场的需求。越来越多的小型化设备采用更为灵活的无线通讯方式进行信息互联，如ZigBee，wifi等。但由于无线网络使用公共信道频率，信道内带宽的占用问题导致无线网络通讯较传统有线传输存在传输延时的不确定性。这使得无线传输在一些需要实时控制，精确补偿，系统反应速度较快的场合，无法广泛的有效应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于FPGA的无线传输延时控制系统及控制方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:

本发明的基于FPGA的无线传输延时控制系统，包括：无线模块、FPGA处理模块及用户接口模块；其中无线模块通过SPI或UART串行通讯接口与FPGA处理模块连接，通过无线信号传输用户数据以及校准数据；FPGA处理模块通过PSI或UART串行通讯接口与用户接口模块连接，处理和计算无线通讯延时以及提供校准时钟；用户接口模块与上位机相连接，由上位机控制无线模块和FPGA处理模块。

本发明还可以采用以下技术措施：

所述的FPGA处理模块中包括SPI收发器、UART收发器、实时时间控制器、周期校准计时器，传输延迟计时器，延时比较器和协议分析器； FPGA处理模块通过SPI收发器和UART收发器与无线模块和用户接口模块通讯；实时时间控制器控制本地时钟，并分别与SPI收发器、UART收发器、延时比较器、协议分析器相连接；延时比较器分别与用于定时校准实时时钟的周期校准计时器和用于计算接收数据源时间的传输延迟计时器相连接，延时比较器比较计算当前延时和补偿本地时间；协议分析器连接SPI收发器和UART收发器，并设置无线模块的通讯协议实现透明传输。

本发明的基于FPGA的无线传输延时控制方法，包括以下步骤：

A、程序开始执行，首先由用户接口模块通过SPI或UART串行接口设置无线模块所使用的通讯协议及系统周期校准时间，FPGA处理模块中的协议分析器完成用户对无线模块控制的透明传输，以及在无线传输数据中添加补偿时间帧；

B、FPGA控制模块开始工作，系统开始判断是否进行校准；进行校准时判断设备是否为主设备，工作在主设备模式的系统AP广播发送基准时间，工作在从模块的系统STA接收到广播基准时间并校准STA的实时时间控制器；

C、AP针对系统节点内的首个STA发送针对单点的AP校准帧， AP校准帧内带有当前时刻AP的实时时间t1，首个STA接受到AP校准帧后立刻给AP返回一个STA校准帧，STA校准帧内带有当前时刻STA的实时时间t2，AP接收到上述STA校准帧后，再次向首个STA发送第二AP校准帧，第二AP校准帧内部带有当前时刻AP的实时时间t3；