CN107898457B - 一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，包括以下步骤：S1：数据采集，从机以自身的板载晶振作为采样周期定时器，分别采集不同被试的脑电数据；S2：无线传输，从机在每次采集到新数据时立即通过无线方式发送至主机；S3：数据更新，主机针对所有从机的每个通道，建立通道数据暂存器，始终保持通道暂存器中的数据为当前接收到的最新的通道数据；S4：二次采样时钟对齐，所述主机内部采用时钟计数器定时，在每个采样周期对通道暂存器中的所有通道数据进行二次采样，得到时钟对齐后的数据。本发明可实时有效数据对齐的数据传输机制，解决远程脑电采集记录过程中，时钟误差导致的累积效应。
Description
技术领域
本发明属于脑电采集装置技术领域，具体涉及一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法。
背景技术
现有团体无线脑电采集设备工作模式，通常是以多个从设备以星形组网的方式连接主机，如图1所示，在所有从机处于相互独立的状态下，各自采集不同用户的脑电数据，最终汇集到主机的过程。在神经科学和心理学领域，在脑电采集分析应用中，常要求对被试进行声光电等外部刺激，以获取事件相关诱发电位(ERP)。因此要求组网设备中所有从机具有统一的基准时钟线。所有从机相互之间时钟误差不超1ms。但是由于客观存在的所有从机属于独立的个体，其内部使用各自的独立晶振计时作为采样时钟基准线，因此不可避免的所有从机采样时间基准不统一，造成时钟采样数据不同步。
目前改善或解决方法有使用高精度，低温漂的晶振，目的是尽量减少从设备之间时钟的差异性。若以10ppm精度的晶振为例，设备连续工作24小时即存在864ms的误差，且误差可能存在累计效应。即设备连续工作时间越长，从设备之间由于晶振误差导致的采样点数据量误差也越来越大，不能根本解决问题。
目前市面上还存在另一种方法，即在设备实际工作之前，使用有线硬件连接的方式，通过主机对所有从机触发同步操作，复位从机内部计时器，等待所有从机时钟统一后，再使用无线方式使能从机采集脑电数据。从机在采集打包脑电数据时，加入内部计时器的时间戳参数一并送入主机。主机根据接收到不同从机数据中的相同时间戳来进行数据对齐和处理。如图2所示，主机分别获取从机A和从机B的数据(图中从机A获取数据(正弦波)1和从机B获取数据(方波)2)，并根据时间戳来对齐数据3。此方法在工作初始阶段具有较精确的同步时钟，但是还是不能解决长时持续工作时从机中由于不同晶振所带来的计时器误差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，可实时有效数据对齐的数据传输机制，解决远程脑电采集记录过程中，时钟误差导致的累积效应。
本发明提供了如下的技术方案：
一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，包括以下步骤：
S1：数据采集，设所有从机互为独立设备，所述从机以自身的板载晶振作为采样周期定时器，分别采集不同被试的脑电数据；
S2：无线传输，所述从机在每次采集到新数据时立即通过无线方式发送至主机；
S3：数据更新，所述主机针对所有从机的每个通道，建立通道数据暂存器，在每次接收到从机新数据时，更新相应的数据暂存器中的通道数据，始终保持通道暂存器中的数据为当前接收到的最新的通道数据；
S4：二次采样时钟对齐，所述主机内部采用时钟计数器定时，在每个采样周期对通道暂存器中的所有通道数据进行二次采样，利用所述主机的晶振作为唯一的统一时钟计数标准，得到时钟对齐后的数据。
优选的，所述步骤S1中在单个从机设备中采集多个的通道数，即在每个时钟从机时钟线上挂载更多的数据，这样在时钟同步时可减少需要同步的时钟线数量。
优选的，所述S1中采样周期定时器的采样周期与所述S4中二次采样的周期相同。
优选的，所述主机和所述从机的处理器为MCU、FPGA或DSP，为具体实现时钟同步的载体。
优选的，所述S4中时钟对齐后的数据保持时钟误差在1ms以内。
本发明的有益效果是：利用主机内部的通道数据暂存器作为数据暂存的中间态，再使用主机对中间态数据进行二次采样，以主机的时钟作为系统统一时钟，相比较于传统时钟对齐方法，本方法的优点在于设备初始运行阶段，不用刻意加入时钟对其的操作，便可实时的对时钟误差做修正，且不存在时钟误差累积效应。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是团体无线星形组网工作方式示意图；
图2是主机根据时间戳对齐数据示意图；
图3是本发明数据对齐修正传输机制图；
图4是本发明团体无线实现时钟对齐工作图；
图中标记为：1.从机A获取数据(正弦波)；2.从机B获取数据(方波)；3.主机根据时间戳对齐数据；4.被采样波形；5.从机A采样点；6.从机B采样点；7.主机获取从机A采样点；8.主机获取从机B采样点；9.主机暂存器中从机A数据；10.主机暂存器中从机B数据；11.二次采样从机A采样点；12.二次采样从机B采样点；13.脑电采集设备。
具体实施方式
如图4所示，一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，包括以下步骤：
S1：数据采集，设所有从机互为独立设备，从机以自身的板载晶振作为采样周期定时器，分别采集不同被试的脑电数据；
S2：无线传输，从机在每次采集到新数据时立即通过无线方式发送至主机；
S3：数据更新，主机针对所有从机的每个通道，建立通道数据暂存器，在每次接收到从机新数据时，更新相应的数据暂存器中的通道数据，始终保持通道暂存器中的数据为当前接收到的最新的通道数据；
S4：二次采样时钟对齐，主机内部采用时钟计数器定时，在每个采样周期对通道暂存器中的所有通道数据进行二次采样，利用主机的晶振作为唯一的统一时钟计数标准，得到时钟对齐后的数据。
如图3和图4所示，一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，以一个主机，二个从机为例，每个从机具有一个通道的数据。工作于相同采样率下，采样周期记为T。如图3所示，在同一时刻向从机A和从机B同时输入一个正弦波信号，即被采样波形1。此时由于从机内不同晶振计时的差异，导致在相同采样率配置下，实际采集到的采样点数会有不同，如图3中的第5、6波形所示。从机A的时钟相对更快，因此对于同一输入正弦波形，相比于从机B采集到更多的点。从机A和从机B在每采集到一个新的采样点时，都会及时的将最近的采样数据，通过无线方式上传至主机端，如图3中的第7、8波形所示，采样点分别与5、6波形一致。主机在内部建立一个数据暂存器，用于暂存每个通道的数据，并始终保持暂存器中的数据更新为主机接收到的通道数据的最新值。由于寄存器的暂存效应，最终体现于暂存器中的通道数据为图3中的9、10波形所示。从波形中可知，虽然由于从机A和从机B的采样时钟不统一，导致相同时间下，采集相同时间长度正弦波形得到的采样点数不同，但是最终体现在主机内通道暂存器中，由数据重绘制的正弦波形时间长度却是一样的。此时主机以采样周期T的时间对通道数据暂存器中的数据进行二次采样，即成图3中的11、12波形，即使用主机的晶振作为唯一的统一时钟计数标准，可实时的修正多从机由于时钟不统一导致的采集数据长度不一致的问题。
为进一步优化时钟同步过程，减少时钟误差，尽可能在单个从机设备中采集较多的通道数，即在每个时钟从机时钟线上挂载更多的数据，这样在时钟同步时可减少需要同步的时钟线数量。
本方法中具体实现方式的载体可以是由单片机MCU、FPGA或DSP等作为从机和主机的处理器，并不局限于某一种，因为本方法是建立一种长期有效的精确时钟同步机制，解决不同从机客观上时钟不统一的问题。
本方法主要利用主机内部的通道数据暂存器作为数据暂存的中间态，再使用主机对中间态数据进行二次采样，以主机的时钟作为系统统一时钟。相比较于传统时钟对其方法，本方法的优点在于设备初始运行阶段，不用刻意加入时钟对其的操作。因为本方法可实时的对时钟误差做修正，且不存在时钟误差累积效应，时钟保持时钟误差在1ms以内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：数据采集，设所有从机互为独立设备，所述从机以自身的板载晶振作为采样周期定时器，分别采集不同被试的脑电数据；
S2：无线传输，所述从机在每次采集到新数据时立即通过无线方式发送至主机；
S3：数据更新，所述主机针对所有从机的每个通道，建立通道数据暂存器，在每次接收到从机新数据时，更新相应的数据暂存器中的通道数据，始终保持通道暂存器中的数据为当前接收到的最新的通道数据；
S4：二次采样时钟对齐，所述主机内部采用时钟计数器定时，在每个采样周期对通道暂存器中的所有通道数据进行二次采样，利用所述主机的晶振作为唯一的统一时钟计数标准，得到时钟对齐后的数据；
所述步骤S1中在单个从机设备中采集多个的通道数，即在每个时钟从机时钟线上挂载更多的数据。
2.根据权利要求1所述的一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，其特征在于，所述S1中采样周期定时器的采样周期与所述S4中二次采样的周期相同。
3.根据权利要求1所述的一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，其特征在于，所述主机和所述从机的处理器为MCU、FPGA或DSP，为具体实现时钟同步的载体。
4.根据权利要求1所述的一种团体无线脑电采集装置间时钟同步的方法，其特征在于，所述S4中时钟对齐后的数据保持时钟误差在1ms以内。
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