[发明专利]工程CT无线分布式多路ADC高精度同步系统及方法

权利要求书

1.一种基于工程CT无线分布式多路ADC高精度同步系统的采样方法，其特征在于，工程CT无线分布式多路ADC高精度同步系统，包括主站、触发站以及多个采集站；

所述主站、所述触发站以及各个所述采集站之间通过433MHz无线实时通信方式进行无线通信，进而实现所述触发站以及各个所述采集站之间的时间同步；

其中，所述触发站和各个所述采集站的内部结构相同，均包括：MCU处理器、第一有源晶振、分频器、计数器、第二有源晶振、ADC缓存单元、通信中断处理单元以及无线通信模块；

所述第一有源晶振通过所述分频器连接到所述计数器；所述第二有源晶振通过所述ADC缓存单元连接到所述MCU处理器；所述MCU处理器分别与所述计数器、所述通信中断处理单元以及所述无线通信模块连接；

采样方法包括以下步骤：

步骤1，在振动波采集测线上，按从一侧向另一侧方向，依次布置触发站以及各个采集站；主站、所述触发站以及各个所述采集站之间建立433MHz无线实时通信网络；

步骤2，当所述主站、所述触发站以及各个所述采集站形成的整套系统启动时，通过以下处理流程实现所述触发站与各个所述采集站、所述采集站与所述采集站间的计时器时间同步：

步骤2.1，所述主站、所述触发站和各个所述采集站上电后，均分别启动本地计时器；

其中，对于所述触发站和各个所述采集站，采用0.1ppm高稳晶振产生20MHz时钟，经过20分频的分频器，将20MHz时钟信号分频为1MHz高精度计数时钟信号，并提供给32位计数器作为高精度计数使用；

步骤2.2，所述主站判断是否为第一次开机，如果是，则执行步骤2.3；如果不是，则执行步骤2.4-步骤2.6；

步骤2.3，如果所述主站为第一次开机，所述主站清零本地计时器，并发出同步清零广播；

所述触发站和各个所述采集站接收到同步清零广播后，立即同步清零本地计时器；

步骤2.4，每隔20秒，所述主站将本地计时器值，以时间戳方式，通过433MHz无线广播发送给所述触发站以及各个所述采集站；

步骤2.5，所述触发站以及各个所述采集站接收到所述主站广播的时间戳后，触发通信中断处理单元，通过通信中断处理单元在中断中读取本地计时器值；

步骤2.6，所述触发站以及各个所述采集站将从主站广播解析到的时间戳，与本地计时器值进行对比，如果本地计时器值与时间戳误差大于5us，则将时间戳的值写入本地计时器；如果不大于5us，则不处理，返回执行步骤2.4；

如果不断循环，保证在整个采样过程中，所述触发站与各个所述采集站、所述采集站与所述采集站间的计时器时间同步；

步骤3，在保证所述触发站与各个所述采集站、所述采集站与所述采集站间的计时器时间同步后，通过以下方式，实现所述触发站与各个所述采集站的同步触发采样：

步骤3.1，所述主站使所述触发站与各个所述采集站进入预采样状态，具体为：

步骤3.1.1，所述主站通过433MHz无线广播预采样命令给所述触发站和各个所述采集站；

步骤3.1.2，所述触发站和各个所述采集站接收到所述预采样命令后，所述触发站和各个所述采集站即进入预采样状态；其中，所述预采样状态是指：所述触发站和各个所述采集站开始进行ADC采样，并开始将采样数据缓存到环形缓存内存空间；

步骤3.1.3，所述主站广播预采样命令后，延时20毫秒之后，所述主站轮询所述触发站和各个所述采集站的工作状态，确认所述触发站和各个所述采集站是否已进入预采样状态；如果存在没有进入预采样状态的所述触发站或所述采集站，则返回步骤3.1.1，所述主站再次通过433MHz无线广播预采样命令给所述触发站和各个所述采集站；如果所述触发站和各个所述采集站均已成功进入预采样状态，则执行步骤3.2；

步骤3.2，在预采样状态下，所述触发站设置内部ADC进入模拟看门狗状态，监测外部触发模拟信号的采样值大小，当监测到所述外部触发模拟信号的采样值超出阈值时，所述触发站进入触发准备状态，并记录此时的本地同步计数器值，记录的本地同步计数器值即为触发时刻的同步计数器值；

步骤3.3，所述触发站进入触发准备状态后，所述触发站向各个所述采集站广播触发成功的消息，在所述触发成功的消息中携带触发时刻记录的同步计数器值，该携带触发时刻记录的同步计数器值作为时间戳值TrigTap；

步骤3.4，各个所述采集站接收到所述触发成功的消息后，从所述触发成功的消息中解析到时间戳值TrigTap，并同时记录本地计数器值TrigTick；其中，所述时间戳值TrigTap在所述本地计数器值TrigTick的时间前面；

步骤3.5，然后，各个所述采集站进入采样状态，开始采样，当采集到指定深度的数据之后，停止采样；

步骤3.6，所述采集站根据所述时间戳值TrigTap和所述本地计数器值TrigTick之间的差值，以及采样速率，计算出所述时间戳值TrigTap到所述本地计数器值TrigTick之间的采样数量；

然后，所述采集站查找ADC缓存，定位到与所述本地计数器值TrigTick对应的数据位置，再从所述本地计数器值TrigTick对应的数据位置开始向前经过步骤3.6确定的采样数量后，定位到的位置即为触发时刻数据起始位置；然后，从所述数据起始位置开始向后经过设定的总采样数量后，定位到的位置即为采样数据结束位置。

2.根据权利要求1所述的基于工程CT无线分布式多路ADC高精度同步系统的采样方法，其特征在于，所述第一有源晶振为20MHz，0.1ppm高稳晶振，用于产生20MHz时钟信号；所述分频器为20分频器，用于将所述第一有源晶振产生的20MHz时钟信号分频为1MHz高精度计数时钟信号，并提供给所述计数器进行计时；所述第二有源晶振为20MHz，0.5ppm高稳晶振；所述计数器为32位计数器；所述无线通信模块为433MHz无线模块。