如何使用GPSPPS實現(xiàn)時鐘同步采集系統(tǒng)

　　“GPS PPS 時鐘同步技術(shù)在適用性，準確性，成本等方面具有相當(dāng)優(yōu)勢，并依靠LabVIEW 強大的開發(fā)平臺進行設(shè)計，成功的完成了整個采集系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)約了大量的人力物力成本。” 挑戰(zhàn)： 構(gòu)建大型分布式數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)分布在近30 公里長的東海大橋上，范圍較廣，同時大橋處于外海，并擔(dān)負著連接市區(qū)與深水港樞紐的重任，因此需要對橋梁健康狀況進行實時監(jiān)控，而監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確性對于橋梁的評估和研究顯得尤為重要。解決方案： 使用GPS PPS 時鐘同步技術(shù)，對分布在橋體各個位置的采集機站進行采樣時鐘同步，每個采集機站都采用NI 公司的PXI 工控機箱以及相關(guān)的板卡與GPS 時鐘同步信號接收器相連。在此硬件基礎(chǔ)上，通過NI 公司LabVIEW 平臺以及相關(guān)軟件開發(fā)包來設(shè)計開發(fā)整個同步采集系統(tǒng)。采集系統(tǒng)自身的環(huán)境限制導(dǎo)致設(shè)備的分散性，保證各個采集設(shè)備之間數(shù)據(jù)的同步性，使之分析出來的結(jié)果更具有研究和使用價值，并在一個可控的成本下實現(xiàn)，是擺在設(shè)計者面前的難題。相對于其他2 種技術(shù)方案：基于短距離低成本的機箱同步技術(shù)和基于長距離高成本的衛(wèi)星同步技術(shù)。GPS PPS 是一種集2 者優(yōu)點于一身的時鐘同步技術(shù)。不僅能獲得和高成本技術(shù)相同的效果，并且還能節(jié)約大量成本。一．分布式實時采集系統(tǒng)概述東海大橋由于身處外海海域，不僅需要經(jīng)受海水腐蝕、地震臺風(fēng)自然災(zāi)害、還有各種通行工具對橋梁結(jié)構(gòu)造成緩慢的損害。對橋梁進行實時監(jiān)測，為了及時獲知橋梁的健康狀況，對各種突發(fā)時間做出響應(yīng)，以及進行必要的養(yǎng)護工作，延長橋梁的使用壽命。監(jiān)測數(shù)據(jù)還能進行進一步研究分析，對橋梁的基礎(chǔ)研究具有非常大的幫助。為什么要使用時鐘同步技術(shù)？由于橋梁屬于較為特殊的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造范圍很廣，監(jiān)測點分散在各處，很多監(jiān)測項目又具有實時性的特點，例如地震、臺風(fēng)、交通事故等等，對于各部位監(jiān)測數(shù)據(jù)需要非常準確的時間同步，一般的數(shù)據(jù)采集技術(shù)難以達到監(jiān)測要求，如果不采用時鐘同步技術(shù)，極有可能造成各個監(jiān)測點采集數(shù)據(jù)時間上的微小誤差，不僅造成監(jiān)測結(jié)果的不準確，還嚴重影響了對橋梁健康的研究分析。而通過GPS 時鐘同步技術(shù)完全可以避免這些問題。
?

　　二．GPS PPS 技術(shù)和其他時鐘同步技術(shù)介紹與比較

　　如圖1 所示，整個采集系統(tǒng)分散在橋梁的各個部位。橋梁按照區(qū)域劃分為若干區(qū)段，在主要幾個區(qū)段中安置著信號采集機站，各個采集機站之間相距幾公里甚至十幾公里，每組采集機站均和GPS 同步時鐘接受器相連，GPS PPS 接收器接受GPS 時鐘同步信號，做相應(yīng)的處理得到時鐘同步信號和絕對時間戳并發(fā)送給PXI 采集設(shè)備，采集設(shè)備接收處理后的GPS同步信號，達到同步整個分布式采集系統(tǒng)。這里說的時鐘同步有2 方面含義： ● 數(shù)據(jù)采樣頻率的同步，包括采樣時鐘信號的脈沖同步以及相位同步。 ● 時間軸上的同步，即采樣點時間標簽的同步。只有2方面都達到同步，才能稱為真正的同步采集。目前除了GPS PPS 時鐘同步技術(shù)方案外，主要還有其他2 種時鐘同步技術(shù)方案：