基于fm調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路。包括基本時間同步模塊：設(shè)有實時時鐘芯片，實時時鐘芯片在時間整點前后發(fā)送中斷脈沖信號喚醒低功耗信號處理模塊；包括低功耗信號處理模塊：接收中斷脈沖信號發(fā)送并喚醒精確時間同步模塊；并接收精確時間同步模塊的音頻信號并進行A/D采樣，對采樣數(shù)據(jù)處理后發(fā)送整點信號到基本時間同步模塊，實現(xiàn)時間同步；包括精確時間同步模塊：接收中斷脈沖信號后喚醒，接收FM廣播信號，將FM廣播信號解調(diào)為音頻信號發(fā)送給低功耗信號處理模塊。本發(fā)明用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的時間同步，硬件成本低，使用范圍廣，低功耗高精度，使用時間長。
【專利說明】基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)時間同步電路，尤其涉及集成電路領(lǐng)域的一種基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路。

【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)是當前備受關(guān)注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，時間同步是重要組成部分，傳感器數(shù)據(jù)融合、傳感器節(jié)點自身定位等都要求節(jié)點間的時鐘保持同步。
[0003]目前廣泛用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)時間同步的方法主要有GPS (Global Posit1ningSystem))和NTP(Network Time protocol )。GPS具有相當高的同步精度,但其成本較高，能耗較大而且在惡劣的環(huán)境下同步精度會受到很大影響。NTP是Internet上進行時鐘同步的協(xié)議，它能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上高精度的計算機校時，但它屬于計算密集型，具有很大的計算開銷。在WSN應(yīng)用中，傳感器節(jié)點對功耗有嚴格的要求，并且要求盡可能保持較小的外形和低廉的成本使其能夠被大量部署，其部署環(huán)境經(jīng)常是常人難以接近的惡劣環(huán)境，這使得部署后的維護通常是不可能的，顯然將GPS和NTP用于WSN的時間同步困難重重。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出了一種基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路，進行整點校時，使用FM調(diào)頻廣播的報時信號實現(xiàn)時間同步，低功耗高精度，可用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的時間同步。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括基本時間同步模塊、低功耗信號處理模塊和校時同步模塊:
包括基本時間同步模塊:設(shè)有實時時鐘芯片，實時時鐘芯片在時間整點前后發(fā)送中斷脈沖信號喚醒低功耗信號處理模塊；
包括低功耗信號處理模塊:接收中斷脈沖信號后發(fā)送FM使能信號喚醒校時同步模塊；并接收校時同步模塊的音頻信號并進行A/D采樣，對采樣數(shù)據(jù)處理后發(fā)送整點校時信號到基本時間同步模塊，實現(xiàn)時間同步；
包括校時同步模塊:接收FM使能信號后被喚醒，開始接收FM廣播信號，將FM廣播信號解調(diào)為FM音頻信號發(fā)送給低功耗信號處理模塊。
[0006]所述的基本時間同步模塊采用實時時鐘芯片，實時時鐘芯片通過I2C通信接口接收校準信號，通過INT引腳發(fā)送中斷脈沖信號。
[0007]所述的低功耗信號處理模塊采用型號為EFM32TG842的低功耗微處理器及其晶振電路和穩(wěn)壓電路，EFM32TG842的低功耗微處理器上設(shè)有I2C通信接口和A/D轉(zhuǎn)換接口，EFM32TG842的低功耗微處理器通過I2C通信接口與基本時間同步模塊相連，接收中斷脈沖信號和發(fā)送整點信號；通過A/D轉(zhuǎn)換接口與校時同步模塊相連，接收音頻信號。
[0008]所述的校時同步模塊包括FM接收電路以及與FM接收電路連接的FM開關(guān)電路，F(xiàn)M接收電路包括芯片TA7792以及FM鑒頻電路、FM本振電路、FM選頻放大電路和FM中頻濾波電路；FM廣播信號依次經(jīng)FM選頻放大電路、芯片TA7792、FM本振電路和FM中頻濾波電路后，再經(jīng)芯片TA7792和FM鑒頻電路后輸出FM音頻信號，F(xiàn)M使能信號輸入到FM開關(guān)電路。
[0009]與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
1.本發(fā)明采用基于FM調(diào)頻廣播報時信號進行高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步，硬件成本低，使用范圍廣。
[0010]2.本發(fā)明采用低功耗元器件，整體能耗低，可以使用電池供電，使用時間長。
[0011]3.本發(fā)明采用50kHz的采樣頻率，校時精度高，時間精確度可達20us。
[0012]4.本發(fā)明可用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的時間同步。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明模塊的連接框圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的總體原理框圖。
[0015]圖3是基本時間同步模塊電路圖。
[0016]圖4是低功耗信號處理模塊電路圖。
[0017]圖5是校時同步模塊電路圖。
[0018]圖6是FM鑒頻電路的電路圖。
[0019]圖7是FM本振電路的電路圖。
[0020]圖8是FM選頻放大電路的電路圖。
[0021 ]圖9是FM中頻濾波電路的電路圖。
[0022]圖10是FM開關(guān)電路的電路圖。
[0023]圖11是FM調(diào)頻廣播理想報時信號格式圖。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0025]如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括基本時間同步模塊1、低功耗信號處理模塊II和校時同步模塊III，低功耗信號處理模塊II分別與基本時間同步模塊1、矯時同步模塊II1:
包括基本時間同步模塊1:設(shè)有實時時鐘芯片，實時時鐘芯片在時間整點前后發(fā)送中斷脈沖信號喚醒低功耗信號處理模塊II;
包括低功耗信號處理模塊I1:接收中斷脈沖信號后發(fā)送FM使能信號喚醒校時同步模塊III ;并接收校時同步模塊III的音頻信號并進行A/D采樣，對采樣數(shù)據(jù)處理后發(fā)送整點校時信號到基本時間同步模塊I，實現(xiàn)時間同步；
包括校時同步模塊II1:接收FM使能信號后喚醒，開始接收FM廣播信號，將FM廣播信號解調(diào)為FM音頻信號發(fā)送給低功耗信號處理模塊II。
[0026]基本時間同步模塊1、低功耗信號處理模塊II和校時同步模塊III連接有電池進行供電。
[0027]上述基本時間同步模塊I采用實時時鐘芯片，實時時鐘芯片通過I2C通信接口接收校準信號，通過INT引腳發(fā)送中斷脈沖信號。
[0028]上述低功耗信號處理模塊II采用型號為EFM32TG842的低功耗微處理器及其晶振電路和穩(wěn)壓電路，EFM32TG842的低功耗微處理器上設(shè)有I2C通信接口和A/D轉(zhuǎn)換接口，EFM32TG842的低功耗微處理器通過I2C通信接口與基本時間同步模塊I相連，接收中斷脈沖信號和發(fā)送整點信號，用來校準基本時間同步模塊的時間；通過A/D轉(zhuǎn)換接口與校時同步模塊III相連，接收音頻信號，由校時同步模塊III完成對FM廣播信號的A/D采樣和信號處理。該低功耗微處理器具有低功耗節(jié)能模式，以降低功耗。
[0029]上述校時同步模塊III包括FM接收電路以及與FM接收電路連接的FM開關(guān)電路，F(xiàn)M接收電路包括芯片TA7792以及FM鑒頻電路、FM本振電路、FM選頻放大電路和FM中頻濾波電路；FM開關(guān)電路如圖10所示，F(xiàn)M鑒頻電路、FM本振電路、FM選頻放大電路和FM中頻濾波電路如圖6?圖9所示，均與芯片TA7792連接，F(xiàn)M本振電路與FM中頻濾波電路。FM廣播信號依次經(jīng)FM選頻放大電路、芯片TA7792、FM本振電路、FM中頻濾波電路、芯片TA7792和FM鑒頻電路后輸出FM音頻信號，F(xiàn)M使能信號輸入到FM開關(guān)電路。具體來說，F(xiàn)M廣播信號經(jīng)FM選頻電路選頻放大后，輸入TA7792芯片，經(jīng)過本振電路解調(diào)為10.7MHz中頻信號，經(jīng)由中頻濾波電路濾波后，輸入TA7792芯片，通過鑒頻電路解調(diào)輸出為FM音頻信號，然后將FM音頻信號發(fā)送給低功耗信號處理模塊II。
[0030]根據(jù)FM調(diào)頻廣播報時信號的特點，經(jīng)過信號檢測和模式匹配，低功耗信號處理模塊II將校正后的時間發(fā)送給基本時間同步模塊I，進而實現(xiàn)基本時間同步模塊的時間同步；基本時間同步模塊I定時喚醒校時同步模塊III，時間同步結(jié)束后，低功耗信號處理模塊II進入休眠模式，從而降低了系統(tǒng)功耗。
[0031]FM調(diào)頻廣播的整點報時信號，即整點時間的FM廣播信號，為“五短一長”的音頻信號,通過對音頻信號進行A/D采樣，得到音頻信號采樣數(shù)據(jù);對采樣數(shù)據(jù)進行計算和判斷,在整點時刻鑒別音頻信號并產(chǎn)生整點校時信號，對時間進行同步。
[0032]本發(fā)明的具體實施例如下:
如圖3所示，基本時間同步模塊1:采用DS3231時鐘芯片，DS3231芯片與低功耗信號處理模塊II總線相連，DS3231芯片采用I2C串行總線，即雙向數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL，DS3231芯片的I2C串行總線端口 SDA引腳和SCL引腳需要匹配連接到低功耗信號處理模塊II的I2C端口，本發(fā)明中DS3231芯片與低功耗信號處理模塊II連接圖如圖3，圖4控制芯片所示，圖3中的SDA引腳連接到圖4中的PAO引腳，圖4中的PAO引腳為I2C0_SDA端口，圖3中的SCL引腳連接到圖4中的PAl引腳，圖4中的PAl引腳為I2C0_SCL端口，RST為DS3231芯片的復(fù)位輸出端口，INT為DS3231芯片的中斷信號輸出引腳，可在定時觸發(fā)時輸出中斷信號。系統(tǒng)啟動時，DS3231芯片通過INT引腳定時發(fā)送中斷信號到低功耗信號處理模塊II的PAO引腳，從而喚醒校時同步模塊III，除此之外，低功耗信號處理模塊II通過PAO引腳發(fā)送校時信號給DS3231芯片的數(shù)據(jù)引腳SDA，同時通過PAl引腳發(fā)送時鐘信號到DS3231芯片的時鐘引腳SCL，實現(xiàn)對DS3231芯片的時間同步。
[0033]低功耗信號處理模塊I1:采用EFM32TG842芯片，內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換模塊、能耗管理模塊和計時模塊，能實現(xiàn)低功耗信號處理，EFM32TG842芯片作為系統(tǒng)核心芯片與基本時間同步模塊I和校時同步模塊III分別相連，連接圖如圖3，圖4和圖5所示，EFM32TG842芯片PE4引腳與校時同步模塊III的FM開關(guān)電路相連，EFM32TG842芯片的PE4引腳輸出FM使能信號為高電平時，F(xiàn)M開關(guān)電路處于導通狀態(tài)，F(xiàn)M接收電路正常工作；EFM32TG842芯片PDO引腳與校時同步模塊III的AF引腳相連，該引腳為ADCO端口，整個時間同步系統(tǒng)根據(jù)FM調(diào)頻廣播報時信號進行時間同步工作，校時同步模塊III將接收到的FM調(diào)頻廣播的報時信號轉(zhuǎn)化為FM音頻信號并發(fā)送給EFM32TG842芯片，F(xiàn)M音頻報時信號特點是五短一長，音頻短音信號800Hz，持續(xù)0.25秒，音頻長音信號1600Hz，持續(xù)0.5秒，理想報時信號格式如圖11所示，EFM32TG842芯片內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模塊對接收到的FM音頻信號進行A/D轉(zhuǎn)換后，通過檢測和模式匹配，獲取高精度時鐘，本發(fā)明采用50kHz的A/D采樣時鐘最高可達1MHz，時間精度可達20us。
[0034]校時同步模塊II1:如圖6?圖10所示，包括FM接收電路和FM開關(guān)電路，如圖10所示，F(xiàn)M開關(guān)電路由場效應(yīng)管Ml與三極管Ql及電阻R1、R2組成，Ql的基極與低功耗信號處理模塊II相連，當?shù)凸男盘柼幚砟KII的EFM32TG842芯片的PE4引腳輸出FM使能信號為高電平時，F(xiàn)M開關(guān)電路打開，F(xiàn)M接收電路開始接收FM廣播信號。如圖6?圖10所示，F(xiàn)M接收電路由TA7792芯片及FM選頻放大電路、FM本振電路、FM中頻濾波電路及FM鑒頻電路組成。如圖8所示，F(xiàn)M選頻放大電路由電感L1、電容Cl、電容C2構(gòu)成的LC振蕩電路及TA7792芯片內(nèi)部電路共同構(gòu)成，其中C2為可變電容，可以通過調(diào)節(jié)C2改變選頻電路的頻率諧振點；如圖7所示，F(xiàn)M本振電路由電感L2、電容C3、電容C4構(gòu)成的LC振蕩電路組成，其中C4為可變電容，通過改變C4的值來改變接收FM廣播信號的頻率；如圖9所示，F(xiàn)M中頻濾波電路由兩支10.7MHz中頻濾波器串聯(lián)組成；如圖6所示，F(xiàn)M鑒頻電路包括電感L3和電容C5組成的LC振蕩電路。FM廣播信號結(jié)果FM選頻電路和本振電路共同作用，解調(diào)為FM中頻信號，頻率為10.7MHz, FM中頻信號經(jīng)過FM濾波電路后再由FM鑒頻電路解調(diào)為FM音頻信號。TA7792芯片與低功耗信號處理模塊II相連，引腳連接圖如圖4，圖5所示，TA7792芯片將接收到FM廣播信號解調(diào)為FM音頻信號后，通過AF引腳將FM音頻信號發(fā)送到低功耗信號處理模塊II的PDO引腳，進行A/D轉(zhuǎn)換。
[0035]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路，其特征在于: 包括基本時間同步模塊(I):設(shè)有實時時鐘芯片，實時時鐘芯片在時間整點前后發(fā)送中斷脈沖信號喚醒低功耗信號處理模塊(II); 包括低功耗信號處理模塊(II):接收中斷脈沖信號后發(fā)送FM使能信號喚醒校時同步模塊(III);并接收校時同步模塊(III)的音頻信號并進行A/D采樣，對采樣數(shù)據(jù)處理后發(fā)送整點校時信號到基本時間同步模塊(I )，實現(xiàn)時間同步； 包括校時同步模塊(III):接收FM使能信號后被喚醒，開始接收FM廣播信號，將FM廣播信號解調(diào)為FM音頻信號發(fā)送給低功耗信號處理模塊(II)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路，其特征在于:所述的基本時間同步模塊(I)采用實時時鐘芯片，實時時鐘芯片通過I2C通信接口接收校準信號，通過INT引腳發(fā)送中斷脈沖信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路，其特征在于:所述的低功耗信號處理模塊(II)采用型號為EFM32TG842的低功耗微處理器及其晶振電路和穩(wěn)壓電路，EFM32TG842的低功耗微處理器上設(shè)有I2C通信接口和A/D轉(zhuǎn)換接口，EFM32TG842的低功耗微處理器通過I2C通信接口與基本時間同步模塊(I)相連，接收中斷脈沖信號和發(fā)送整點信號；通過A/D轉(zhuǎn)換接口與校時同步模塊(III)相連，接收音頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FM調(diào)頻廣播的低功耗高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步電路，其特征在于:所述的校時同步模塊(III)包括FM接收電路以及與FM接收電路連接的FM開關(guān)電路，F(xiàn)M接收電路包括芯片TA7792以及FM鑒頻電路、FM本振電路、FM選頻放大電路和FM中頻濾波電路；FM廣播信號依次經(jīng)FM選頻放大電路、芯片TA7792、FM本振電路和FM中頻濾波電路后，再經(jīng)芯片TA7792和FM鑒頻電路后輸出FM音頻信號，F(xiàn)M使能信號輸入到FM開關(guān)電路。
【文檔編號】H04J3/06GK104333431SQ201410622879
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月8日
【發(fā)明者】史治國, 陳積明, 張富軍, 程鵬, 羅堯治, 沈雁彬, 孫瑞雪 申請人:浙江大學