【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线同步通讯装置，特别涉及一种基于zigbee的高精度无线同步通讯装置及方法。
技术介绍
1、在电力系统监测中，电压互感器扮演着至关重要的角色，用于将高电压变换为可测量的低电压信号。为了验证电压互感器在不同负载条件下的性能表现，需要进行二次压降测试。这些测试通常需要对多个电压互感器进行同时测量，因此需要确保各个测量设备的时间同步以保证数据的准确性和可靠性。
2、一种常见的实现时间同步的方法是采用ptp(precision time protocol)时间同步协议。ptp是一种用于精确同步计算机网络中时钟的协议，通过在网络中周期性地发送同步信号来校正各个节点的时钟，实现高精度的时间同步。这种方案通常适用于有线以太网网络，可以达到亚微秒级别的同步精度，该方案已经在许多实时监测系统中得到了广泛应用，但电力测试场景复杂多变，不适合采用有线测试网络。
3、目前，随着物联网技术的发展，zigbee无线传感器网络被广泛应用于电力系统监测中，该网络具有低功耗、自组网能力、低成本和组网灵活等优点，适用于部署在电力系统中大量的传感器节点上。现有zigbee网络同步方案为一般采用自定义时间同步方案，这种方案通常需要在网络中引入特殊的同步节点(如专门的同步主节点)来实现时间同步，其他节点通过与主节点通信来同步时间。这种方案在zigbee传感器上应用ptp协议因为周期性地发送同步信号，导致zigbee网络负载增加和精度下降，同时节点节构的专用性会增加系统组网和使用的复杂性和成本。
4、鉴于此，需要一种基于
技术实现思路
1、针对现有技术中基于zigbee的同步网络负载重、精度下降，组网和使用的复杂性和成本问题，本专利技术提供了一种基于zigbee的高精度无线同步通讯装置及方法，能够简化节点的组成结构，降低zigbee网络组网成本和使用复杂性，同时不定期的时间同步控制策略，可以降低zigbee网络负载，提升测量网络的精度。具体技术方案如下：
2、一种基于zigbee的高精度无线同步通讯装置，包括：zigbee传感器和fpga芯片；所述zigbee传感器包括处理器、射频模块和分频模块；所述处理器分别与射频模块和分频模块连接；所述fpga芯片包括频率调整模块、定时计数模块、频率测量模块和控制模块；所述频率调整模块与所述分频模块连接；所述频率调整模块分别与所述控制模块、定时计数模块和频率测量模块连接；所述处理器与控制模块之间连接；
3、所述频率调整模块用于将分频模块的频率进行倍频，并根据控制模块输入的频率控制字进行频率调整后输出给定时计数模块和频率测量模块；所述频率测量模块接收外部gps_pps信号并根据该信号对频率调整模块输出的频率进行测量，并反馈测量值给所述控制模块，控制模块计算测量值与标准值之间的误差，并根据误差更新频率控制字后输入给频率调整模块，以将频率调整模块的输出频率调回到标准值、实现频率校准；所述处理器执行同步算法并通过所述射频模块进行装置间同步通讯；所述定时计数模块根据频率调整模块输出的频率进行计时得到计时值，并根据同步通讯步聚生成相应的时间戳，将计时值和时间戳反馈给处理器；所述处理器根据时间戳运算得到时钟偏差，并根据时钟偏差对计时值进行调整，最终完成各装置间时间同步；通过gps信号对频率进行校准，不但使各个通讯装置保持精确的频率精度，处理器还根据误差值大小或者是否需要启动测量工作来判定是否进行同步操作，降低zigbee同步通信的频率、降低网络负载、提升测量精度。
4、进一步的，所述zigbee传感器包括与所述处理器连接的第一串口模块；所述fpga芯片包括与所述控制模块连接的第二串口模块；所述第二串口模块与所述第一串口模块连接。
5、进一步的，所述处理器执行优化后的ieee1588协议。
6、进一步的，所述频率调整模块包括pll单元和taf-dpsdco单元；所述pll单元分别与所述分频模块和taf-dpsdco单元连接；所述taf-dpsdco单元分别与所述定时计数模块、频率测量模块和控制模块连接。
7、一种基于zigbee的高精度无线同步方法，应用于以上所述的基于zigbee的高精度无线同步通讯装置，具体包括以下步聚：
8、s1：zigbee传感器的处理器初始化时钟同步任务，清零并同步定时计数模块的t1、t2、t3和t4寄存器；
9、s2：开启时钟同步中断，等待时钟同步消息的到来；待接收到时钟同步中断信号后，判定当前消息是否收到sync帧；若收到，则定时计数模块记录当前时间并保存到寄存器t2，若没收到，则返回继续等待时钟同步中断；
10、s3：处理消息中的follow_up帧，并将follow_up帧中的时间保存到寄存器t1；
11、s4：发送一delay_resp帧到主节点并记录当前时间到寄存器t3；
12、s5：接收主节点的delay_resp帧并将其中的时间记录到寄存器t4；
13、s6：根据各寄存器记录值计算时钟补偿值，最后计算时钟偏差值；
14、s7：根据时钟偏差值调整处理器内部的时间值，完成同步任务。
15、进一步的，在步聚s3中，在处理消息中的follow_up帧前，先判断t2时间是否超时，若超时则返回继续等待时钟同步中断。
16、进一步的，在步聚s5中，接收主节点的delay_resp帧前，需等待中断到来，当中断到了之后，判断是否超时，若超时，则返回继续等待时钟同步中断，若没有则接收主节点的delay_resp帧。
17、进一步的，所述处理器计算单向传输时间的公式为：
18、t＝(t4-t3)-(t2-t1)；
19、式中，t为单向传输时间，t2为从节点接收到sync消息的时间戳，t3为从节点发送delay_resp消息的时间戳，t4为主节点接收到delay_resp消息的时间戳，t1为主节点发送follow_up消息的时间戳。
20、进一步的，所述计算时钟偏差值公式为：
21、δt＝[(t2–t3)+(t4–t1)]/2；
22、式中，δt为时钟偏差值，t2为从节点接收到sync消息的时间戳，t3为从节点发送delay_resp消息的时间戳，t4为主节点接收到delay_resp消息的时间戳，t1为主节点发送follow_up消息的时间戳。
23、进一步的，所述方法还包括以下步聚：
24、所述控制模块计算频率测量模块输出的频率测量值与标准值之间的误差，并根据误差更新频率控制字后输入给频率调整模块，以将频率调整模块的输出频率调回到标准值、实现频率校准；同时判断误差大小是否超过阈值，若超过阈值则向处理器反馈需同步的中断；所述处理器收到控制模块的需同步的中断后，作为主节点向其他从节点发送包含sync帧的时间同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ZigBee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，包括：ZigBee传感器和FPGA芯片；所述ZigBee传感器包括处理器、射频模块和分频模块；所述处理器分别与射频模块和分频模块连接；所述FPGA芯片包括频率调整模块、定时计数模块、频率测量模块和控制模块；所述频率调整模块与所述分频模块连接；所述频率调整模块分别与所述控制模块、定时计数模块和频率测量模块连接；所述处理器与控制模块之间连接；
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，所述ZigBee传感器包括与所述处理器连接的第一串口模块；所述FPGA芯片包括与所述控制模块连接的第二串口模块；所述第二串口模块与所述第一串口模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，所述处理器执行优化后的IEEE1588协议。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，所述频率调整模块包括PLL单元和TAF-DPSDCO单元；所述PLL单元分别与所述分频模块和TAF-DPSDCO单元连接
5.一种基于ZigBee的高精度无线同步方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述的基于ZigBee的高精度无线同步通讯装置，具体包括以下步聚：
6.根据权利要求5所述的基于ZigBee的高精度无线同步方法，其特征在于，在步聚S3中，在处理消息中的Follow_Up帧前，先判断T2时间是否超时，若超时则返回继续等待时钟同步中断。
7.根据权利要求5所述的基于ZigBee的高精度无线同步方法，其特征在于，在步聚S5中，接收主节点的Delay_resp帧前，需等待中断到来，当中断到了之后，判断是否超时，若超时，则返回继续等待时钟同步中断，若没有则接收主节点的Delay_resp帧。
8.根据权利要求5所述的基于ZigBee的高精度无线同步方法，其特征在于，所述处理器计算单向传输时间的公式为：
9.根据权利要求8所述的基于ZigBee的高精度无线同步方法，其特征在于，所述计算时钟偏差值公式为：
10.根据权利要求5至9任一项所述的基于ZigBee的高精度无线同步方法，其特征在于，还包括以下步聚：
...【技术特征摘要】
1.一种基于zigbee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，包括：zigbee传感器和fpga芯片；所述zigbee传感器包括处理器、射频模块和分频模块；所述处理器分别与射频模块和分频模块连接；所述fpga芯片包括频率调整模块、定时计数模块、频率测量模块和控制模块；所述频率调整模块与所述分频模块连接；所述频率调整模块分别与所述控制模块、定时计数模块和频率测量模块连接；所述处理器与控制模块之间连接；
2.根据权利要求1所述的基于zigbee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，所述zigbee传感器包括与所述处理器连接的第一串口模块；所述fpga芯片包括与所述控制模块连接的第二串口模块；所述第二串口模块与所述第一串口模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于zigbee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，所述处理器执行优化后的ieee1588协议。
4.根据权利要求1所述的基于zigbee的高精度无线同步通讯装置，其特征在于，所述频率调整模块包括pll单元和taf-dpsdco单元；所述pll单元分别与所述分频模块和taf-dpsdco单元连接；所述taf-dpsdco单元分别与...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勤，陈羿宇，于庆平，侯承志，黄剑锋，罗延昭，朱雨心，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司桂林供电局，
类型：发明
国别省市：
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