时钟同步是无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)稳定运行的基础。不准确的时钟会导致WSN节点之间的时钟不同步，进而导致传感数据紊乱、通信协议变复杂和功耗增加，甚至导致整个系统崩溃。石英晶体振荡器因其相对准确稳定的性能、简单的结构、低廉的价格等特性，成为各种WSN节点的优选时钟源。但是受到自身器件老化、温湿度变化等外界因素的影响，石英晶体振荡器通常会产生不可预测性的频率漂移。因此，在日常的应用中WSN节点的物理时钟通常会随着时间的变化产生偏移，进而影响整个网络的时钟同步性能。针对上述问题，本文开展室内LED(Light Emitting Diode)光照环境中的WSN节点物理时钟校准方法研究。主要工作如下：

（1）系统调研了公共电网供电频率特征，分析了普通商用照明LED的驱动电路拓扑结构及其信号特性，论证了从照明LED中提取WSN节点时钟参考信号的可行性。

（2）提出了一种从照明LED中提取时钟参考信号的方法。具体地，采用光电转换、放大滤波、电压比较的方式从LED光照信号中提取低压配电网的二倍工频信号作为无线传感器网络节点物理时钟校准的参考信号。为验证所提出方法的有效性，研制了一个纯模拟、低功耗、小型化的实物电路，其物理尺寸仅为33mm×14mm，能够从LED光照中提取准确、稳定的100Hz信号。

（3）提出了一种LED光照环境中WSN节点物理时钟校准方法。区别于传统的软件时钟调整校准方法，以LED光照信号中提取出的100Hz稳定时钟信号为参考，使用数字电位器与变容二极管设计时钟调整电路，采用PID(Proportional Integral Derivative)算法设计调整策略，实现WSN节点物理时钟硬件层面的直接调整，在不借助网络通信装置和协议的前提下实现了WSN节点的时钟校准，保证其RTC(Real Time Clock)的准确性和稳定性。

（4）利用LabWindows/CVI虚拟仪器技术设计开发了一款基于SCPI指令集的自动测试软件，对上述时钟参考信号提取方法和物理时钟校准方法进行了实验测试。

实验结果表明，在普通商用36W、3000lm的LED光照环境中，传感器节点距离灯源7m范围之内，本文所研制的WSN节点参考时钟提取电路可以完整捕获到LED中隐藏的100Hz时钟参考信号，波形清晰稳定。校准后的WSN节点物理时钟长期稳定度达到3×10^-9/week，比未校准前的时钟长期稳定度提高了两个数量级(5×10^-7/week)。