CN107743054A - 一种多传感器同步对时*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多传感器同步对时***。所述***包括：微控制器、若干传感器以及逻辑计算单元；所述微控制器包括：若干传感器接口、通讯接口(如USB)以及提供同步时钟的晶振；所述微控制器通过所述传感器接口与所述传感器连接，通过所述通讯接口(如USB)与所述逻辑计算单元连接；所述逻辑计算单元包括用于采集传感器的数据包的数据采集线程、用于接受来自微控制器的时间戳和脉冲序列号的设计同步时间戳管理线程以及存储器；所述时间戳和脉冲序列号由所述同步时钟所决定。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集处理技术领域，尤其涉及一种多传感器同步对时***。
背景技术
多个和/或多种传感器进行数据采集时，不同的传感器的采集时间分别由各自的内部时间***进行管理，或者，由传感器的内部时间***和微控器/逻辑计算单元的内部时间***组合管理。而多个时间***之间的计时往往存在偏差，因此，需要对多个和/或多种传感器的采集时间进行对时统一。
现有的对时同步方法有通过逻辑计算单元内部的时钟***进行软件同步、通过微控器内部的时钟***进行硬件同步、GPS对时、NTP对时、SNTP对时、IEEE 1588对时等。
由于各传感器的计时***之间存在计时偏差，使得各传感器的采集时间不在同一时间坐标系下，导致数据应用的结果出现偏差。例如，当数据应用到时间敏感应用时，应用精度较低。而且，传感器的内部时间***工作一段时间后会自动重新计时，不能满足长时间采集的要求。
软件同步的方式受逻辑计算单元时间片影响，精度较低。而微控制器的内部时间***在工作一段时间后会出现漂移，使计时出现偏差，不能满足长时间采集的要求。GPS对时方式具有成本高(每个节点都需要安装GPS设备)、安装受限制(需要户外无遮挡)、可用性差(受天气、环境影响)、存在使用风险(美国对民用GPS不提供保障)等缺点。NTP对时和SNTP对时精度比较低，IEEE 1588对时兼容性低(每个节点都需要有IEEE 1588协议)。若定制能满足采集要求的高配置的传感器/微控器/逻辑计算单元成本很高。
因此，现有技术还有待发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种多传感器同步对时***，旨在解决现有技术中实现多传感器之间的准确对时的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种多传感器同步对时***。其中，所述***包括：微控制器、若干传感器、供电电源以及逻辑计算单元；所述微控制器包括：若干传感器接口、通讯接口以及提供同步时钟的晶振；所述微控制器通过所述传感器接口与所述传感器连接，通过所述通讯接口与所述逻辑计算单元连接；所述供电电源用于向所述微控制器、传感器以及逻辑计算单元供电；所述逻辑计算单元包括用于采集传感器的数据包的数据采集线程、用于接受来自微控制器的时间戳和脉冲序列号的设计同步时间戳管理线程以及存储器；所述时间戳和脉冲序列号由所述同步时钟所决定。
可选地，所述传感器包括但不限于相机、激光雷达、编码器以及惯性元件。
可选地，所述相机包括鱼眼相机、普通相机、深度相机以及其它成像技术。
可选地，所述晶振为温补晶振。
可选地，当所述数据采集线程采集的传感器的数据包为相机或者激光雷达的数据包时，所述数据采集线程还用于向所述设计同步时间戳管理线程获取与数据包对应的时间戳，并合成具有同步时间的完整数据包存储到所述存储器中。
可选地，所述数据采集线程还用于计算所述数据包的丢包率；当所述丢包率大于预设阈值时，停止动作(如传感器重置或报错)；当所述丢包率小于或者等于预设阈值时，继续动作(如传感器重置或报错)。
可选地，所述微控制器还用于根据所述激光雷达的采集频率，判断数据包是否属于干扰信号。
可选地，所述微控制器还用于将惯性元件和/或编码器的数据、对应的时间戳以及脉冲序列号上传至所述设计同步时间戳管理线程。
可选地，在所述传感器工作前，所述设计同步时间戳管理线程还用于向所述微控制器发出对时请求；所述微控制器根据所述对时请求，向所述设计同步时间戳管理线程返回确认信息。
有益效果：本发明提供的多传感器同步对时***，能够将各传感器的采集时间，使各传感器的采集时间由同一个时钟***进行管理，从而使各传感器的采集时间统一到同一个时间坐标系下。***的时间同步方式为硬件同步，对时精度高。应用本***后，传感器的数据准确度更高，后期的数据应用更为精确。
附图说明
图1为本发明具体实施例的多传感器同步对时***的硬件示意图；
图2为本发明具体实施例的多传感器同步对时***的***框架示意图。
具体实施方式
本发明提供一种多传感器同步对时***。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
所述对时是指使各传感器的采集时间由同一个时钟***进行管理，使各传感器的采集时间能够以低时滞方式统一到同一个时间坐标系下。
图1为本发明具体实施例的一种多传感器同步对时***。如图1所示，所述***包括：微控制器110、若干传感器以及逻辑计算单元140。
所述微控制器110包括：若干传感器接口、通讯接口(如USB)111以及提供同步时钟的晶振118。具体的，所述晶振为温补晶振。
所述微控制器110通过所述传感器接口与所述传感器连接，通过所述通讯接口(如USB)111与所述逻辑计算单元140连接。
具体的，所述传感器可以包括：相机、激光雷达、编码器以及惯性元件。可选地，所述相机为鱼眼相机、普通相机、深度相机或其它成像技术。
如图1所示，所述微控制器110则具有对应的相机同步信号接口112、激光雷达同步信号接口113、惯性元件接口114以及编码器接口115。
在一些实施例中，所述微控制器还可以进一步包括其他合适的功能接口，例如数字输入输出接口116，其他的对外同步接口117。
如图2所示，为本发明实施例的***框架图。在本实施例中，所述逻辑计算单元140包括：用于采集传感器的数据包的数据采集线程141、用于接受来自微控制器的时间戳和脉冲序列号的设计同步时间戳管理线程142以及存储器143。所述逻辑计算单元140具体可以是任何合适，具有一定逻辑计算能力的硬件设备，例如计算机主机或者嵌入式单元，只需要能够执行上述的线程141和线程142即可。
所述时间戳和脉冲序列号由所述同步时钟所决定。在本实施例中，使用设计信号同步处理单元(SSPU)来表示所述微控制器中，基于所述晶振提供的时钟，用于管理和实现不同传感器之间的高精度对时的功能模块。SSPU的时间戳为所述晶振的时钟，所述脉冲序列号为所述晶振的计数值。
在一些实施例中，所述微控制器设置有工作频率不同的第一相机接口和第二相机接口。所述第一相机接口的工作频率高于所述第二相机接口。
所述第一相机接口和第二相机接口分别与相机阵列连接，所述相机阵列包括至少一个主相机和若干从相机。同属于一个相机阵列，连接到同一个相机接口的主相机和从相机具有相同的工作频率。
以下分别以各个传感器为例，具体阐述传感器的对时工作流程：
在所述传感器工作前，所述设计同步时间戳管理线程还用于向所述微控制器发出对时请求。所述微控制器根据所述对时请求，向所述设计同步时间戳管理线程返回确认信息，产生完整的***时间。
在一些实施例中，相机在所述***中的工作流程为：首先由微控制器定时发出脉冲触发相机采集数据，同时微控制器将晶振时钟时间作为相机的时间戳，将脉冲计数作为相应时间戳的序列号，将序列号及相应时间戳上传至所述设计同步时间戳管理线程142。
相机启动并采集图像，生成附带序列号的数据包(数据包中具有采集时间和图像特征数据)后，将数据包并上传至所述数据采集线程141。
所述设计同步时间戳管理线程142接收到所述序列号和对应的时间戳后，可以通过序列号判断是否丢包。若发生丢包，根据上次序列号对应的时间戳和采集频率对当前时间戳信息补全，并将丢包信息(丢失的序列号，采集频率，当前丢失个数)记入log日志。
所述数据采集线程141接收相机的数据包并通过数据包中附带的序列号判断数据是否丢包。若发生丢包，将丢包信息(丢失的报文序列号，采集频率，当前丢失个数)记入log日志。
最后，所述数据采集线程141根据序列号向所述设计同步时间戳管理线程142索取对应的时间戳。所述设计同步时间戳管理线程142索取对应的时间戳根据索取请求，向其返回时间戳。所述数据采集线程141将得到的时间戳组合成一个完整数据包，并将其存储到存储器中。所述存储器具体可以是任何合适类型的可读逻辑计算单元存储介质，例如闪存、机械式硬盘灯。
在一些实施例中，所述微控制器还可以计算丢包率。在丢包率超过预设阈值，则停止该传感器的数据采集并重置或者报错。若丢包率未超过阈值，则允许进入下一次采集。所述数据可以应用到时间敏感应用。
在一些实施例中，激光雷达在所述***中的工作流程为：首先，所述数据采集线程141控制激光雷达开启，激光雷达定时发射激光并向微控器发出脉冲触发微控制器，生成附带序列号的数据包并且将数据包直接上传至数据采集线程141。其中，所述数据包中具有发射时间和激光雷达数据。
所述微控制器接收激光雷达发出的脉冲，将晶振的时钟时间作为激光雷达的时间戳，将脉冲计数作为相应时间戳的序列号，将序列号及相应时间戳上传至所述设计同步时间戳管理线程142。
所述数据采集线程141接收激光雷达的数据包并通过数据包中附带的序列号判断数据是否丢包，如果丢包，将丢包信息(丢失的报文序列号，采集频率，当前丢失个数)记入log日志。
最后，所述数据采集线程141根据序列号向所述设计同步时间戳管理线程142索取对应的时间戳。所述设计同步时间戳管理线程142索取对应的时间戳根据索取请求，向其返回时间戳。所述数据采集线程141将得到的时间戳组合成一个完整数据包，并将其存储到存储器中。所述存储器具体可以是任何合适类型的可读逻辑计算单元存储介质，例如闪存、机械式硬盘等。
在一些实施例中，所述微控制器还可以计算丢包率。在丢包率超过预设阈值，则停止传感器工作。若丢包率未超过阈值，则允许进入下一次采集。所述数据可以应用到时间敏感应用。所述微控器还可以通过捕捉触发信号来记录激光雷达时间戳，并根据采集频率判断是否为干扰信号。
对于惯性元件在所述***中的工作流程：首先，所述数据采集线程141控制惯性元件开启，惯性元件实时采集运动信息，并定时向微控制器发送脉冲触发所述微控制器。
所述微控制器接收惯性元件发出的脉冲，将晶振的时钟时间作为惯性元件的时间戳，将脉冲计数作为相应时间戳的序列号，读取惯性元件的数据。然后，将序列号、相应时间戳及惯性元件数据上传至所述设计同步时间戳管理线程142。
所述设计同步时间戳管理线程142接收所述惯性元件的数据后，将其存储到存储器中。所述存储器具体可以是任何合适类型的可读逻辑计算单元存储介质，例如闪存、机械式硬盘等。所述数据可以应用到时间敏感应用。
对于编码器的工作流程：首先，所述数据采集线程141控制编码器开启，编码器实时采集运动信息。微控制器定时读取编码器数据，将晶振的时钟时间作为编码器的时间戳，将脉冲计数作为相应时间戳的序列号，将序列号、相应时间戳及编码器数据上传至所述设计同步时间戳管理线程142。
所述设计同步时间戳管理线程142接收所述整合有时间信息的编码器数据，将其存储到存储器中。所述存储器具体可以是任何合适类型的可读逻辑计算单元存储介质，例如闪存、机械式硬盘等。所述数据可以应用到时间敏感应用
当然，所述编码器的时间戳可以与惯性元件、相机或者激光雷达的时间戳一致。例如，所述编码器时间戳与所述惯性元件时间戳一致时，所述微控制器接收惯性元件发出的脉冲，将晶振的时钟时间作为惯性元件和编码器的时间戳，将脉冲计数作为相应时间戳的序列号，读取惯性元件和编码器的数据，将序列号、相应时间戳、惯性元件数据和编码器数据上传至所述设计同步时间戳管理线程142。
在本发明实施例提供的***中，提供了多种不同传感器的工作流程。具体可以根据实际情况的要求，选择使用相机、惯性导航、激光雷达和编码器中的一种或者多种的组合。
综上所述，本发明实施例提供的多传感器对时***，通过设计信号同步处理单元(SSPU)管理各传感器的采集时间，使各传感器的采集时间能够在同一个时钟***进行管理，令各个传感器的采集时间统一到同一个时间坐标系下。而且SSPU的对时同步方式为硬件同步，对时精度高。
最终由多个传感器获得的数据准确度更高，应用在时间敏感场合更精准，对时成本较低。不同的传感器可灵活配置，形成不同的组合，适应不同的使用场景。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种多传感器同步对时***，其特征在于，包括：微控制器、若干传感器以及逻辑计算单元；
所述微控制器包括：若干传感器接口、通讯接口以及提供同步时钟的晶振；所述微控制器通过所述传感器接口与所述传感器连接，通过所述通讯接口与所述逻辑计算单元连接；
所述逻辑计算单元包括用于采集传感器的数据包的数据采集线程、用于接受来自微控制器的时间戳和脉冲序列号的设计同步时间戳管理线程以及存储器；所述时间戳和脉冲序列号由所述同步时钟所决定。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述传感器包括但不限于相机、激光雷达、编码器以及惯性元件。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述相机包括鱼眼相机、普通相机、深度相机以及其它成像技术。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述晶振为温补晶振。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，当所述数据采集线程采集的传感器的数据包为相机或者激光雷达的数据包时，所述数据采集线程还用于向所述设计同步时间戳管理线程获取与数据包对应的时间戳，并合成具有同步时间的完整数据包存储到所述存储器中。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述数据采集线程还用于计算所述数据包的丢包率；当所述丢包率大于预设阈值时，停止采集；当所述丢包率小于或者等于预设阈值时，继续采集。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述微控制器还用于根据所述激光雷达的采集频率，判断数据包是否属于干扰信号。
8.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述微控制器还用于将惯性元件和/或编码器的数据、对应的时间戳以及脉冲序列号上传至所述设计同步时间戳管理线程。
9.根据权利要求1-8任一所述的***，其特征在于，在所述传感器工作前，所述设计同步时间戳管理线程还用于向所述微控制器发出对时请求；
所述微控制器根据所述对时请求，向所述设计同步时间戳管理线程返回确认信息。
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