基于CC2538的无线传感器网络时间同步装置及系统

基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置及系统
技术领域
1.本实用新型涉及无线传感器网络时间同步技术领域，更具体地，涉及一种基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置及系统。


背景技术：

2.目前，现有技术中关于时间同步技术的方案主要有两种，一是以单片机和无线芯片为核心的方案，如stm32单片机和nrf24l01无线芯片；另一种是以片上系统(system on chip,soc)为核心的方案，如cc2530无线soc芯片(片上集成了c8051处理器和ieee 802.15.4无线收发机)、cc2538无线soc芯片(片上集成了arm cortex-m3处理器和ieee 802.15.4无线收发机)。
3.在以上两种方案中，时间同步系统的时钟源均由芯片内部的定时器单元(timer)产生。因此，时钟源的位宽和最小时钟单元均受到芯片硬件资源限制，此外时钟源参数调整也只能进行软件补偿，存在扩展性不高、灵活性差等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置及系统，可灵活地调整时钟源的位宽和最小时钟单位，同时实现对时钟源进行时钟偏移和时钟速度的实时硬件补偿，提高了扩展性和灵活性。
5.本实用新型的目的是通过以下方案实现的：
6.一种基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置，包括cc2538芯片模块和fpga模块，以及包括：设置在cc2538芯片模块端的spi主机硬件接口、设置在fpga模块的spi从机硬件接口和电源模块；在所述spi从机硬件接口设有时间戳信号输出端和时钟补偿参数接收端，在所述spi主机硬件接口设有时钟补偿参数接输出端和时间戳信号输入端；fpga模块的所述时间戳信号输出端与cc2538芯片模块的所述时间戳信号输入端连接，cc2538芯片模块的所述时钟补偿参数接输出端与fpga模块的所述时钟补偿参数接收端连接；所述电源模块分别与cc2538芯片模块、fpga模块的电源端口连接。
7.进一步地，在cc2538芯片模块设置sfd中断信号输出端，所述sfd中断信号输出端的一端与cc2538芯片模块的外部引脚连接，另一端fpga模块的a内部时钟系统连接。
8.进一步地，所述电源模块包括3.3v直流电源模块。
9.进一步地，所述cc2538芯片模块包括无线收发单元、处理器，无线收发单元的第一输入输出端与天线连接，无线收发单元的第二输入输出端与处理器连接，处理器与spi主机硬件接口连接。
10.进一步地，所述fpga模块包括时钟分频单元、时钟系统，时钟分频单元的第一端与外部系统时钟连接，时钟分频单元的第二端与时钟系统连接，时钟系统与spi从机硬件接口连接。
11.进一步地，所述无线收发单元包括ieee 802.15.4无线收发单元。
12.进一步地，所述时钟系统包括64位计算器和64位时钟锁存器。
13.一种如上任一项所述基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置的系统，其特征在于，包括天线，天线与cc2538芯片模块通信连接。
14.进一步地，所述天线包括结构健康监测场景下的通信天线、地质灾害监测场景下的通信天线。
15.进一步地，所述天线包括蔬菜大棚温度监测场景下的通信天线。
16.本实用新型的有益效果：
17.(1)本实用新型采用能够为分布式节点构建一致的时间概念，利用fpga设计时钟系统产生逻辑时间概念，采用cc2538内嵌的无线电单元中断触发fpga时钟系统产生时间戳，利用时间戳计算时钟补偿参数，最后采用时钟补偿参数补偿fpga时钟系统产生的逻辑时间，进而实现时间同步。该结构采用fgpga构建时钟系统，可灵活地调整时钟源的位宽和最小时钟单位，同时实现对时钟源进行时钟偏移和时钟速度的实时硬件补偿，提高了扩展性和灵活性。
18.(2)本实用新型基于cc2538与fpga结合的无线传感器网络时间同步系统，可用于有时间同步需求的无线传感器网络中，如结构健康监测、地质灾害监测和蔬菜大棚温度监测等无线传感器网络应用。
附图说明
19.下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置的结构框图。
具体实施方式
21.本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合或替换。
22.下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：若本技术中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本实用新型的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
25.在本技术中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本实用新型的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。
26.当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。
27.实施例1
28.如图1所示，一种基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置，包括cc2538芯片模块和fpga模块，以及包括：设置在cc2538芯片模块端的spi主机硬件接口、设置在fpga模块的spi从机硬件接口和电源模块；在所述spi从机硬件接口设有时间戳信号输出端和时钟补偿参数接收端，在所述spi主机硬件接口设有时钟补偿参数接输出端和时间戳信号输入端；fpga模块的所述时间戳信号输出端与cc2538芯片模块的所述时间戳信号输入端连接，cc2538芯片模块的所述时钟补偿参数接输出端与fpga模块的所述时钟补偿参数接收端连接；所述电源模块分别与cc2538芯片模块、fpga模块的电源端口连接。
29.实施例2
30.在实施例1的基础上，在cc2538芯片模块设置sfd中断信号输出端，所述sfd中断信号输出端的一端与cc2538芯片模块的外部引脚连接，另一端fpga模块的a内部时钟系统连接。
31.实施例3
32.在实施例1的基础上，所述电源模块包括3.3v直流电源模块。
33.实施例4
34.在实施例1的基础上，所述cc2538芯片模块包括无线收发单元、处理器，无线收发单元的第一输入输出端与天线连接，无线收发单元的第二输入输出端与处理器连接，处理器与spi主机硬件接口连接。
35.实施例5
36.在实施例1的基础上，所述fpga模块包括时钟分频单元、时钟系统，时钟分频单元的第一端与外部系统时钟连接，时钟分频单元的第二端与时钟系统连接，时钟系统与spi从机硬件接口连接。
37.实施例6
38.在实施例4的基础上，所述无线收发单元包括ieee 802.15.4无线收发单元。
39.实施例7
40.在实施例5的基础上，所述时钟系统包括64位计算器和64位时钟锁存器。
41.实施例8
42.一种如上实施例1～7任一项所述基于cc2538的无线传感器网络时间同步装置的系统，包括天线，天线与cc2538芯片模块通信连接。
43.实施例9
44.在实施例8的基础上，所述天线包括结构健康监测场景下的通信天线、地质灾害监测场景下的通信天线。
45.实施例10
46.在实施例8的基础上，所述天线包括蔬菜大棚温度监测场景下的通信天线。
47.在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本实用新型的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。
48.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本实用新型的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。
49.本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。
50.除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。