CN114490464B - 多传感器数据同步及传输方法及脑磁探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多传感器数据同步及传输方法及脑磁探测仪，该多传感器数据同步及传输方法包括：对DMA存储器模块进行初始化，将DMA传输数据流目标地址设定为硬件定时器控制寄存器地址，将RS‑485总线指令内容设定为硬件定时器启动控制字；控制终端定时通过RS‑485总线发送同步采集及通信指令，DMA存储器模块在接收到同步采集及通信指令后，DMA传输数据流目标地址直接映射到硬件定时器控制寄存器地址，启动定时器，多个传感器基于设定时间序列依次进行磁场采样及数据传输，完成多传感器数据的同步及传输。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中脑磁图仪无硬件同步信号预留接口且占用过多处理器运算资源的技术问题。

Description

多传感器数据同步及传输方法及脑磁探测仪

技术领域

本发明涉及磁探测技术领域，尤其涉及一种多传感器数据同步及传输方法及脑磁探测仪。

背景技术

脑磁探测技术利用弱磁传感器对人脑自身磁场进行探测，以获得脑磁活动特征，进而进行疾病诊断。传统脑磁探测仪器基于多通道磁传感器构建，各通道磁传感器采用RS485数据总线与控制终端进行信息交互，磁场采样率为200Hz，各传感器间无采样同步关系，这种采集方式会引入较大的采集时源偏差，且采样率偏低，导致数据无法满足精密脑磁特征提取的需求，仅能进行粗略的脑磁活动观测。具备多通道数据同步功能的高采样率脑磁探测仪器需重新购置，投入成本巨大。对既有传统脑磁图仪进行功能升级面临三个困难：第一，既有脑磁图仪在硬件上没有为硬件同步信号预留接口，无法引入外部同步采样信号；第二，既有脑磁图仪与控制终端采用经典的“指令-响应”机制进行总线信息交互，总线上握手信息过于频繁，占用了较大带宽，剩余带宽无法满足高采样率下大量数据传输的需求；第三，既有脑磁图仪处理器处理能力已趋于饱和，无法通过添加中断的方式处理实时信息。

发明内容

本发明提供了一种多传感器数据同步及传输方法及脑磁探测仪，能够解决现有技术中脑磁图仪无硬件同步信号预留接口且占用过多处理器运算资源的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种多传感器数据同步及传输方法，多传感器数据同步及传输方法包括：对DMA存储器模块进行初始化，将DMA传输数据流目标地址设定为硬件定时器控制寄存器地址，将RS-485总线指令内容设定为硬件定时器启动控制字；控制终端定时通过RS-485总线发送同步采集及通信指令，DMA存储器模块在接收到同步采集及通信指令后，DMA传输数据流目标地址直接映射到硬件定时器控制寄存器地址，启动定时器，多个传感器基于设定时间序列依次进行磁场采样及数据传输，完成多传感器数据的同步及传输。

根据本发明的另一方面，提供了一种脑磁探测仪，脑磁探测仪使用如上所述的多传感器数据同步及传输方法进行数据同步及传输。

应用本发明的技术方案，提供了一种多传感器数据同步及传输方法，该方法在无需用户软件干预(占用处理器能力)的前提下，将传统的DMA方法、总线时间序列触发方法、硬件定时器级联方法相融合，使用RS-485总线指令代替设备间同步采样硬件触发信号，通过DMA传输数据流目标地址与定时器控制地址融合的方法，在完成485总线指令接收的同时，自动触发采样定时器和通讯定时器工作，并将与控制终端通信方式由“指令-响应”机制改为时间序列触发机制，压缩握手信息，最大限度的将总线带宽用于采集数据的传输。本发明所提供的数据同步及传输方法与现有技术相比，实现简单、方便，无需硬件同步信号，不占用处理器运算资源，在采样率提升10倍的前提下，同步精度满足脑磁特征提取的需求；基于现有设备改进，极大节省经费与购置周期。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的多传感器数据同步及传输方法的流程框图；

图2示出了现有技术中提供的基于RS-485总线指令控制同步采集方法的流程框图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的基于时间序列的数据传输的示意图；

图4示出了采用现有技术中提供的基于RS-485总线指令控制同步采集方法进行数据传输的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1和图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种多传感器数据同步及传输方法，该多传感器数据同步及传输方法包括：对DMA存储器模块进行初始化，将DMA传输数据流目标地址设定为硬件定时器控制寄存器地址，将RS-485总线指令内容设定为硬件定时器启动控制字；控制终端定时通过RS-485总线发送同步采集及通信指令，DMA存储器模块在接收到同步采集及通信指令后，DMA传输数据流目标地址直接映射到硬件定时器控制寄存器地址，启动定时器，多个传感器基于设定时间序列依次进行磁场采样及数据传输，完成脑磁探测多传感器数据的同步及传输。

应用此种配置方式，提供了一种多传感器数据同步及传输方法，该方法在无需用户软件干预(占用处理器能力)的前提下，将传统的DMA方法、总线时间序列触发方法、硬件定时器级联方法相融合，使用RS-485总线指令代替设备间同步采样硬件触发信号，通过DMA传输数据流目标地址与定时器控制地址融合的方法，在完成485总线指令接收的同时，自动触发采样定时器和通讯定时器工作，并将与控制终端通信方式由“指令-响应”机制改为时间序列触发机制，压缩握手信息，最大限度的将总线带宽用于采集数据的传输。本发明所提供的数据同步及传输方法与现有技术相比，实现简单、方便，无需硬件同步信号，不占用处理器运算资源，在采样率提升10倍的前提下，同步精度满足脑磁特征提取的需求；基于现有设备改进，极大节省经费与购置周期。

根据本发明的另一方面，提供了一种脑磁探测仪，该脑磁探测仪使用如上所述的多传感器数据同步及传输方法进行数据同步及传输。由于本发明所提供的方法在无需用户软件干预(占用处理器能力)的前提下，将传统的DMA方法、总线时间序列触发方法、硬件定时器级联方法相融合，使用RS-485总线指令代替设备间同步采样硬件触发信号，通过DMA传输数据流目标地址与定时器控制地址融合的方法，在完成485总线指令接收的同时，自动触发采样定时器和通讯定时器工作，并将与控制终端通信方式由“指令-响应”机制改为时间序列触发机制，压缩握手信息，最大限度的将总线带宽用于采集数据的传输，因此将该数据同步及传输方法用于脑磁探测仪中，能够在不更改脑磁探测仪硬件前提下，对既有脑磁图仪进行改进，使之满足2kHz采样率下，16通道数据同步采集的需求。作为本发明的其他实施例，也可将本发明所提供的多传感器数据同步及传输方法用于其他设备进行数据同步及传输。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图4对本发明所提供的多传感器数据同步及传输方法进行详细说明。

图2示出了传统基于RS-485总线指令控制同步采集的方式，控制终端定时通过RS-485总线发送同步采集指令(指令内容为硬件无关信息)，DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)控制器负责将接收到的信息存储到处理器存储区，用户软件判断数据接收完毕后，读取收到的数据，判断为定时器触发指令后，实时向硬件定时器控制地址区写入定时器触发命令，启动采样定时器进行磁场采样，整个采样控制流程，要求用户软件必须实时处理，否则会引入采样时源偏差。控制终端再通过“指令”-“响应”机制，定时发送通信指令，收取总线上每个测量通道的采样结果，见附图4所示，16通道测量结果发送需要控制终端发送16次通信指令+1次同步采集指令，加上必须的总线信息传输间隔时间，大大限制了总线上可供采样结果传输的带宽，间接限制了采样率的提升。

为了解决现有技术中的问题，本发明通过引入时间序列触发机制，将RS-485同步采集指令与通信指令合二为一，并通过综合采取将DMA传输数据流目标地址直接设定为硬件定时器控制寄存器地址、将485总线指令内容直接设定为硬件定时器启动控制字的方式，避免了由用户软件进行接收信息读取、完成485指令至硬件控制字的转换操作，具体如图1所示。基于本发明完成的同步采集触发功能，全部由处理器既有硬件完成，不占用处理资源，无需用户软件操作。控制终端定时通过RS-485总线发送同步采集及通信指令，DMA存储器模块在接收到同步采集及通信指令后，DMA传输数据流目标地址直接映射到硬件定时器控制寄存器地址，启动定时器，多个传感器基于设定时间序列依次进行磁场采样，完成脑磁探测多传感器数据的同步及传输。

本发明通过将采样定时器与通讯定时器相关联绑定，可实现由485总线指令自动触发通讯计时，无需用户软件干预，进一步节省了处理器资源，特别适用于处理资源余量不“富裕”的既有设备改造。基于时间序列触发的总线通讯示意如图3所示，16通道测量结果发送需要控制终端发送1次指令，相对传统通讯机制极大节省了握手信息传输所需的总线资源，节省的总线带宽用于采样结果的传输，使脑磁图仪的采样率由200Hz提升为2kHz。

本发明的核心点为DMA数据接收存储区地址的选择，通过将存储区地址直接映射为定时器控制寄存器地址，避免了由用户软件对定时器控制的介入，节省了处理器资源。本发明关键点为将时间序列触发机制应用到脑磁图仪采样结果传输协议设计中，满足了高采样率磁场数据传输的需求。

通过本发明对现有脑磁图仪进行改进，使之在不改变硬件的前提下，具备了16通道探测结果同步采样的功能，采样率由200Hz提升为2kHz。满足了精密脑磁特征提取的需求。

综上所述，本发明提供了一种不依赖硬件同步信号的多传感器数据同步及传输方法，在无需用户软件干预(占用处理器能力)的前提下，将传统的DMA方法、总线时间序列触发方法、硬件定时器级联方法相融合，使用RS-485总线指令代替设备间同步采样硬件触发信号，通过DMA接收目标地址与定时器控制地址融合的方法，在完成485总线指令接收的同时，自动触发采样定时器和通讯定时器工作，并将与控制终端通信方式由“指令-响应”机制改为时间序列触发机制，压缩握手信息，最大限度的将总线带宽用于采集数据的传输，该方法在不更改硬件前提下，对既有脑磁图仪进行改进，使之满足2kHz采样率下，16通道数据同步采集的需求。本发明所提供的数据同步及传输方法与现有技术相比，实现简单、方便，无需硬件同步信号，不占用处理器运算资源，在采样率提升10倍的前提下，同步精度满足脑磁特征提取的需求；基于现有设备改进，极大节省经费与购置周期。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (2)

1.一种脑磁多传感器数据同步及传输方法，其特征在于，所述脑磁多传感器数据同步及传输方法包括：

对DMA存储器模块进行初始化，将DMA传输数据流目标地址设定为采样定时器和通讯定时器控制寄存器地址，将RS-485总线同步采集及通信指令内容设定为采样定时器和通讯定时器启动控制字；

控制终端定时通过RS-485总线发送同步采集及通信指令，DMA存储器模块在接收到同步采集及通信指令后，DMA传输数据流目标地址直接映射到采样定时器和通讯定时器控制寄存器地址，启动采样定时器和通讯定时器，多个传感器基于设定时间序列依次进行磁场采样及数据传输，完成多传感器数据的同步及传输。

2.一种脑磁探测仪，其特征在于，所述脑磁探测仪使用如权利要求1所述的脑磁多传感器数据同步及传输方法进行数据同步及传输。