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基于GPS技术实现分布式数据同步采集系统 作者：詹永麟 职务：软件开发 公司：上海巨一科技有限公司 图1 桥梁健康监测系统的预警监测图 图2 GPS PPS时钟同步系统组成图 图3 GPS PPS信号接收器硬件组成图 图4 PXI 工控机箱硬件组成图 图5 GPS时钟同步采集系统测试界面 - - 开发人员则通过NI-SYNC时钟同步开发工具包以及LabVIEW DAQmx采集模块对相关硬件进行开发。 获取GPS时钟同步信号首先通过NI-SYNC开发工具包提供的编程模块对PXI-6652进行相应配置。开启6652的PLL锁相环以及PLL频率，设置10M PPS信号的输入端获取同步时钟信号，对时钟信号分频，将分频后时钟信号发布到机箱背板的PXI_STAR信号线上进行时钟频率脉冲同步，并将PXI_Trig2触发线（源）连接到PXI_Trig5触发线上，以同步频率时钟为触发频率进行相位同步的设置。 配置6602计数器模块通过LabVIEW DAQmx模块对PXI 6602进行配置，首先设置6602的第2个1 PPS输入端将信号发送给PXI_Trig2给4472B的相位同步做准备，然后设置6602的第1个1 PPS输入断将信号发送给 GPS PPS是一种集2者优点于一身的时钟同步技术。不仅能获得和高成本技术相同的效果，并且还能节约大量成本。 应用领域：桥梁健康监测 挑战：构建大型分布式数据同步采集系统，该系统分布在近30公里长的东海大桥上，范围较广，同时大桥处于外海，并担负着连接市区与深水港枢纽的重任，因此需要对桥梁健康状况进行实时监控，而监测数据的正确性对于桥梁的评估和研究显得尤为重要。 应用方案：使用GPS PPS时钟同步技术，对分布在桥体各个位置的采集机站进行采样时钟同步，每个采集机站都采用NI公司的PXI工控机箱以及相关的板卡与GPS时钟同步信号接收器相连。在此硬件基础上，通过NI公司LABVIEW平台以及相关软件开发包来设计开发整个同步采集系统。 使用的产品： LabVIEW 7.1 NI-SYNC 时钟同步开发包 PXI-1045 PXI机箱 PXI-8187 PXI主控制器 PXI-6652 同步时钟模块 PXI-6602 计数器/定时器 PXI-4472B 动态信号采集卡 介绍 采集系统自身的环境限制导致设备的分散性，保证各个采集设备之间数据的同步性，使之分析出来的结果更具有研究和使用价值，并在一个可控的成本下实现，是摆在设计者面前的难题。相对于其他2种技术方案：基于短距离低成本的机箱同步技术和基于长距离高成本的卫星同步技术。 并计算每个采样点的时间间隔＋触发开始的绝对时间来获取该采样点的绝对时间标签。 需要注意的是，PXI-6652采集卡必须插在机箱的第二个槽位，即主控制器相邻的槽位，否则时钟同步无效。 四．系统的设计与实现 该系统的软件开发是以LabVIEW 7.1为平台，并配以NI-SYNC开发工具包。采用PXI-1045 18槽机箱，PXI-8187主控制器，PXI-6652时钟同步模块，PXI-6602计数器模块，PXI-4472B动态信号采集卡等作为硬件基础。 分为若干区段，在主要几个区段中安置着信号采集机站，各个采集机站之间相距几公里甚至十几公里，每组采集机站均和GPS同步时钟接受器相连，GPS PPS接收器接受GPS时钟同步信号，做相应的处理得到时钟同步信号和绝对时间戳并发送给PXI采集设备，采集设备接收处理后的GPS同步信号，达到同步整个分布式采集系统。 这里说的时钟同步有2方面含义： 数据采样频率的同步，包括采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步。 时间轴上的同步，即采样点时间标签的同步。 只有2方面都达到同步，才能称为真正的同步采集。 目前除了GPS PPS时钟同步技术方案外，主要还有其他2种时钟同步技术方案： 正文： 一．分布式实时采集系统概述 东海大桥由于身处外海海域，不仅需要经受海水腐蚀、地震台风自然灾害、还有各种通行工具对桥梁结构造成缓慢的损害。对桥梁进行实时监测，为了及时获知桥梁的健康状况，对各种突发时间做出响应，以及进行必要的养护工作，延长桥梁的使用寿命。监测数据还能进行进一步研究分析，对桥梁的基础研究具有非常大的帮助。 为什么要使用时钟同步技术？由于桥梁属于较为特殊的结构，构造范围很广，监测点分散在各处，很多监测项目又具有实时性的特点，例如地震、台风、交通事故等等，对于各部位监测数据需要非常准确的时间同步，一般的数据采集技术难以达到监测要求，如果不采用