CN111132201A-一种基于UWB的无线测量系统.docx

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111132201 A
(43)
(21)申请号 202010021173 .7 (22)申请日 2-TSI
式中：TA1和TA2分别为传感器节点连续两次接收到的汇聚节点的标准时间，TS1和TS2 分别为对应于TA1和TA2的传感器节点本地时间戳，Tp为传感器节点定期的微步修正时间。
根据权利要求8所述的无线测量系统，其特征在于，传感器节点接收到的汇聚节点的 标准时间由传感器节点从汇聚节点接收到的数据包中提取出实时时钟加上Tmml延时获得， 其中：
Tmml =(Tmu+Tum)+Tuul
Tmu为MCU到UWB之间的延时；Tum为从UWB到MCU之间的延时；Tuul为从UWB收发芯片的发 送寄存器到发送天线、发送天线到接收天线、从接收天线到接收寄存器的时间总和。
根据权利要求1-9中任一项所述的无线测量系统,其特征在于,传感器节点包括:传
感器节点MCU模块及与其相连接的UWB通信模块、电流检测模块和电能收集和储存模块，其 中：
电能收集和储存模块包括：互感取电线圈、整流滤波与限压电路和基于BQ24650磷酸铁 锂充电电路和磷酸铁锂电池；其中：互感取电线圈相当于一个变压器，互感取电线圈的开口 磁环夹住电力线，以电力线为一次侧线圈，绕在磁环的线圈为二次线圈；电力线耦合过程的 电能通过整流滤波与限压电路后变为直流电压，直流电压通过BQ24650磷酸铁锂充电电路 给磷酸铁锂电池充电，由磷酸铁锂电池储存电能；
电流检测模块用于把高压电力线的电流信号转换成MCU的ADC电压输入信号，包括：高 精度电流互感器、精密电阻和电压放大器。
一种基于UWB的无线测量系统
技术领域
[0001] 本发明属于无线测量系统领域，涉及一种基于UWB的无线测量系统。
背景技术
[0002] 无线测量系统为不方便通过有线网络连接的场合提供了可行的网络化解决方法。
时间戳属性是与物理量（如温度、湿度和光强等）的量纲属性、位置属性等一样重要的属性， 一个采样数据对象只有数值而没有产生数据的时间和地点是没有意义的。在数据通信中， 物理量采用变量名给出，对于通信非常可靠（如有线通信）且对时间同步要求不高的场合， 可以用经过通信后获得的数据采样的当前时刻作为时间戳；但是对通信不是非常可靠（如 无线通信）或者对时间戳的精度要求给出高的场合，如多点地震波测量、电力系统故障波测 量和故障定位等，时间戳误差要求在微秒数量级，就需要非常准确的保持网络中各节点的 时钟同步。因此，时间同步对这样的无线测量系统非常重要，采样数据的时间戳标记误差必 须在容许范围内，否则故障定位的误差就非常大，甚至不能实现正常定位。
[0003] 目前，无线测量系统的时间同步一般采用GPS或者北斗系统等卫星授时，卫星授时 与UTC的时间同步精度可以控制在100纳秒以内、对比精度在2 .25纳秒以内，可以满足绝大 多数无线测量系统的时间同步要求。但是，这要求每个无线测量节点都安装GPS或者北斗系 统授时模块，不仅增加了成本，还增加了能耗，这在许多无线测量系统中是不容许的。因此， 发明一种无显著增加功耗和低成本的无线测量系统将有积极意义。
发明内容
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种基于UWB的无线测量系统。
[0005] 本发明采用如下技术方案实现：
[0006] 一种基于UWB的无线测量系统，包括：传感器节点、汇聚节点和测控中心，传感器节
点通过UWB网络与汇聚节点相连接，汇聚节点通过无线网络与测控中心相连接；汇聚节点和 传感器节点采用低功耗设计，汇聚节点通过太阳能获取电能，传感器节点通过电力线电流 形成的交变磁场获取电能；汇聚节点通过GPS获得标准时间和位置信息，传感器节点不含 GPS模块，汇聚节点与传感器节点之间通过时间同步机制在数据通信过程中实现时间同步； 传感器节点给采样数据打上时间戳和采样周期并发给汇聚节点，汇聚节点转发传感器节点 的采样数据到测控中心，同时，汇聚节点将采样数据暂存在本地；测控中心对不同汇聚节点 的采样数据进行分析和计算，并对汇聚节点和传感器节点进行控制或参数配置。
[0007] 优选地，汇聚节点和传感器节点采用微步实时修正本地时钟，用于保证宏观时间
和时间戳的单向平滑增加。
[0008] 优选地，对于时间同步间隔较长的采样数据进行向后二次时间戳修正。
[0009] 优选地，汇聚节点包括：汇聚节点MCU模块及与其相连接的GPS授时和定位模块、4G
通信模块、UWB通信模块和太阳能电池和电能存储模块；其中：
[0010] 汇聚节点通过UWB通信模块从传感器节点获取电力线的各相