CN116991201B - 单设备多生理参数同步方法、采集系统及数据对齐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物信息技术领域，尤其涉及一种单设备多生理参数同步方法、采集系统及数据对齐方法，单设备多生理参数同步与融合方法包括以下步骤：S1：构建一对一的无线传输系统；S2：构建一对多的有线传输系统；S3：发起同步指令；S4：校验信息；S5：匹配信息，以对齐传感器模块的第一采集数据包。本发明通过采集主控模块同时向若干传感器模块发送同步信息，采集主控模块通过多个时间戳信息将多个传感器模块发送过来的采集数据包进行时间映射，不需要多个传感器模块采用同一个时钟源进行串联，使得传感器选型不受限制，且能够对采样率进行实时调节，保证多个传感器模块之间具有较高的同步效率。

Description

单设备多生理参数同步方法、采集系统及数据对齐方法
技术领域
本发明涉及生物信息技术领域，尤其涉及一种单设备多生理参数同步方法、采集系统及数据对齐方法。
背景技术
事件相关诱发电位(ERP)是由特定刺激所引起的脑电 (EEG)，它能够反映刺激下大脑的认知过程中的神经电生理变化。脑电信号采集过程中，事件和数据往往具有严格的锁时关系，例如事件相关诱发电位(ERP)和相位相关的稳态视觉诱发电位。因此在记录脑电数据的同时，需要精准记录事件发生的时刻，事件和数据的时间误差要求在±1ms。
单设备是指能够独立的采集脑电、肌电、心电、皮电、脉搏或血氧等不同类型不同采样率的多模态生理参数的采集设备。在单设备多生理参数采集系统中，设置有若干传感器，用于获取不同的生理参数，由于传感器时钟源之间彼此独立，导致各个传感器采样率很难保持一致，即使是相同的传感器，也会因不是同一时间启动采集而出现相位差。在时钟源偏差和相位差都存在的情况下，随着采集时间的增长，传感器数据序列之间将会失去时域上的关联性，多个传感器模块数据在时域上不一致，使得所采集到的被试的全部生理参数都将失去研究价值。
现有的单设备多生理参数采集系统的同步方法通过使用同一个时钟源在硬件上将多个传感器串联，经过时钟分频器生成不同的采样率来实现多个传感器模块的数据同步，在使用中一个传感器只能根据自身的配置参数对时钟分频器设定一次对应的初始采样率，无法根据实际使用情况或环境变化进行实时调节，造成多个传感器模块的数据同步效率不高，且大多数字传感器的时钟源为内部集成，难以再接入一个时钟源，因而现有的采集系统无法实现带有内部集成时钟源的数字传感器的数据同步。
发明内容
为了解决多传感器模块数据在时域上的一致性问题，本发明提供一种单设备多生理参数同步方法、采集系统及数据对齐方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单设备多生理参数同步与融合方法，包括以下步骤：
S1：构建一对一的无线传输系统，即中央处理系统与采集主控模块形成一对一关系；
S2：构建一对多的有线传输系统，所述采集主控模块与若干所述传感器模块之间有线连接；
S3：发起同步指令，所述中央处理系统向所述采集主控模块发起同步指令，所述采集主控模块接收同步指令后向若干所述传感器模块发送第一同步信息包并记录该第一同步信息包对应的时间戳TS0；
S4：校验信息，若干所述传感器模块接收所述第一同步信息包后校验信息，验证校验结果后生成第二同步信息包，并将第二同步信息包传输到所述采集主控模块；
S5：匹配信息，所述采集主控模块以同步的发起周期将第二同步信息包和第一同步信息包对应的时间戳TS0进行信息匹配，以对齐所述传感器模块的第一采集数据包。
进一步地，所述步骤S4中若干所述传感器模块接收所述第一同步信息包后校验信息包括：
若干所述传感器模块通过各自的同步的发起周期tcn校验接收到的第一同步信息包时的时间戳TSX，若接收到的第一同步信息包时的时间戳TSX与对应的同步的发起周期tcn相一致，所述第一同步信息包附上时间戳TSX生成第二同步信息包；
若接收到第一同步信息包时的时间戳TSX与对应的同步的发起周期tcn不一致，所述传感器模块对接收到的第一同步信息包不做处理。
进一步地，所述第二同步信息包包括所述传感器模块接收到第一同步信息包时的时间戳TSX；
所述第一采集数据包包括传感器模块采集的生理数据和采集时的时间戳TZ。
进一步地，在所述步骤S5中，以同步的发起周期将第二同步信息包和第一同步信息包对应的时间戳TS0进行信息匹配具体包括以下步骤：所述采集主控模块根据第一采集数据包中的时间信息TZ、采集主控模块发起同步的时间戳TS0以及第二同步信息包中的时间戳TSX，通过映射公式重新计算所述采集数据包中的时间信息。
进一步地，所述映射公式为：，其中S表示同步次数，跟随同步信息包发出累加。
进一步地，所述采集主控模块在各个所述传感器模块对应的一个同步的发起周期内发起一次同步信号，所述同步的发起周期tcn的设置方式包括：
初始同步发起周期设置，即所述传感器模块开始采集前，根据所述采集主控模块与所述传感器模块的晶振设置；
动态同步发起周期设置，即所述传感器模块开始采集后，当所述中央处理系统检测到频繁发生补采样点或者去采样点的数据时，所述中央处理系统发送动态调整指令至所述采集主控模块。
一种单设备多生理参数同步与融合方法的采集系统，包括：若干传感器模块，用以多生理参数的采集传输；具有同步时钟单元的采集主控模块，与若干所述传感器模块有线连接，用以对若干传感器模块进行数据同步对齐和融合处理，即所述同步时钟单元向若干所述传感器模块发送第一同步信息包，所述采集主控模块对若干所述传感器模块采集的第一采集数据包进行同步对齐和融合处理得到第二采集数据包；中央处理系统，用以设定若干所述传感器模块和采集主控模块的参数，向所述采集主控模块发送控制指令并接收所述第二采集数据包。
进一步地，所述第一采集数据包包括所述传感器模块采集的数据信息和采集数据时的时间戳TZ；所述第二采集数据包包括所述采集信息和同步融合处理后的时间戳。
进一步地，所述采集主控模块记录同步信号发出时间戳TS0，接收所述若干传感器发送的同步信号包，根据时间戳TS0、同步信号包对若干所述传感器模块采集的第一采集数据包进行同步和融合处理得到第二采集数据包。
进一步地，所述中央处理系统包括数据处理装置和第一通信模块，所述数据处理装置与所述第一通信模块连接，所述数据处理装置用于对第二采集数据包进行数据对齐处理，所述第一通信模块通过第二通信协议与所述采集主控模块之间无线连接，用于发送所述控制指令以及对第二采集数据包的传输。
进一步地，所述采集主控模块还包括：第一时钟源单元，用于生成对应的时间戳；第一数据处理单元，根据第一采集数据包中的时间信息TD、采集主控模块发起同步的时间戳TS0以及第二同步信息包中的时间戳TSX，以对齐处理所述第一采集数据包形成第二采集数据包；多个第一数据传输单元，用于传输接收同步信号包和采集数据包。
进一步地，所述传感器模块包括：至少一个板载传感器，设置在所述采集主控模块上；多个外接探头；其中所述板载传感器、外接探头均与所述第一数据传输单元有线连接；所述板载传感器与所述采集主控模块之间、所述外接探头与所述采集主控模块之间均设置有用于传输第一同步信息包和/或第二同步信息包的同步通道，多个所述同步通道相互连通。
进一步地，所述板载传感器包括：第二时钟源单元，用以生成对应的时间戳；第二数据传输单元，与所述第一数据传输单元连接；第二数据处理单元，均与所述第二时钟源单元、第二数据传输单元连接，用以控制所述第二时钟源单元生成相应的时间戳和所述第二数据传输单元对数据的接收和传出；
所述外接探头包括：第三时钟源单元，用以生成对应的时间戳；第三数据传输单元，与所述第一数据传输单元连接。第三数据处理单元，均与所述第三时钟源单元、第三数据传输单元连接，用以控制所述第三时钟源单元生成相应的时间戳和所述第三数据传输单元对数据的接收和传出。
一种采集数据包的数据对齐方法，包括如上述所述的采集系统，包括以下步骤：
B1：构建一对一的无线传输系统，即中央处理系统与采集主控模块形成一对一关系；
B2：构建一对多的有线传输系统，所述采集主控模块与若干所述传感器模块之间有线连接；其中，
所述采集主控模块包括母钟，每个所述传感器模块均包括子钟；所述采集主控模块与每个所述传感器模块之间包括用于子钟和母钟进行信息交互的至少一个同步信号通道和一个子钟信号通道；
B3：对齐模式选择，所述采集主控模块根据接收到的所述传感器模块传输的数据包信息判断选择同步模式；
B4：数据对齐处理，所述采集主控模块根据判断结果通过对应的对齐模式对所述传感器模块传输的采集数据包进行数据对齐处理；
B5：对齐后的采集数据包的接收和储存，所述中央处理系统接收储存所述采集主控模块传输的对齐处理后的采集数据包。
进一步地，所述传感器模块传输的采集数据包包括采样点数、采集数据以及采集数据时对应的子钟时间戳TX；
所述采集主控模块根据所述数据包中的采样点数判断选择对齐模式包括以下步骤：
B41：设定所述传感器模块的判断阈值，根据历史数据设定所述传感器模块对应的采集数据包对应的失去时间关联性时采集点数的判断阈值；
B42：采集点数校验，所述采集主控模块对实时接收到的采集数据包中的采集点数信息与所述判断阈值效验；其中，
若采样点数在设定的判断阈值范围内，所述采集主控模块采用差值映射模式对齐采集数据包；若采集点数超出所述判断阈值，所述采集主控模块采用伸缩映射模式对齐采集数据包。
进一步地，所述差值映射模式对齐采集数据包包括以下步骤：
C1：发送对齐信息包，所述采集主控模块按照对应的对齐发起周期通过对应的所述对齐信号通道向各个所述传感器模块发送第一对齐信息包,并记录对齐发起时刻TS0；
C2：对齐信息包的传输，所述传感器模块采集数据并记录接收到所述第一对齐信息包的时间信息TSX，重新打包生成第二对齐信息包发送至所述采集主控模块；
C3：采集数据包的时间信息对齐计算，所述采集主控模块接收并读取所述传感器模块传输的采集数据包中的采集时间信息Tx，通过映射公式计算采集数据包对应的母钟时间。
进一步地，所述采集主控模块采用伸缩映射模式对齐采集数据包包括以下步骤：
C1’：设置每个所述传感器模块的子钟信号间隔时长TxP，根据每个所述传感器模块的采样率FX设置对应的采样点数设定值q，根据历史数据完成所述传感器模块对应的采样点数设定值的时间周期，即子钟信号间隔时长TxP；
C2’：发送子钟信号，所述传感器模块累计的采样点数达到设定值时，所述传感器模块向所述采集主控模块通过所述子钟信号通道发送一次子钟信号；所述采集主控模块记录接收到子钟信号时对应的母钟的时间戳Txsn；
C3’：计算所述采集主控模块接收到所述采集数据包时对应的母钟时间，用于替换所述采集数据包的子钟时间Tx，即完成采集数据包的同步；其中，
所述，其kX为母钟与子钟的时钟流逝速度，kX=（传感器的采样率/子钟对应到母钟上的真实采样率）。
更进一步地，所述子钟对应到母钟上的真实采样率，其中，为子钟对应的母钟时间间隔，所述母钟时间间隔时长，其n=1、2、3、4……。
本发明的有益效果是：
本发明通过采集主控模块同时向若干传感器模块发送同步信息，采集主控模块通过多个时间戳信息将多个传感器模块发送过来的采集数据包时间映射到自身的母钟上，不需要多个传感器模块采用同一个时钟源进行串联，使得传感器选型不受限制，且能够对采样率进行实时调节，保证多个传感器模块之间具有较高的同步效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例一的采集方法流程示意图。
图2是本发明实施例一的单次数据同步的同步流程图。
图3是本发明实施例一的信号序列图。
图4是本发明实施例二的系统框架图。
图5是本发明实施例二的采集主控模块和传感器模块的结构示意图。
图6是本发明实施例三的数据对齐方法流程图。
图7是本发明实施例三中差值映射模式对齐采集数据包的流程图。
图8是本发明实施例三中伸缩映射模式对齐采集数据包的流程图。
图9是本发明实施例三中伸缩映射模式对齐采集数据包的信号序列图。
图10是本发明实施例三中伸缩映射模式对齐采集数据包的子钟采样点时间映射图。
图中1、采集主控模块；11、同步时钟单元；12、第一数据处理单元；13、第一时钟源单元；14、第一数据传输单元；2、传感器模块；21、板载传感器；211、第二时钟源单元；212、第二数据传输单元；213、第二数据处理单元；22、外接探头；221、第三时钟源单元；222、第三数据传输单元；223、第三数据处理单元；3、中央处理系统；31、数据处理装置；32、第一通信模块。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：如图1所示，本申请实施例一提供了一种单设备多生理参数同步与融合方法，包括以下步骤：
S1：构建一对一的无线传输系统，即中央处理系统3与采集主控模块1形成一对一关系。
S2：构建一对多的有线传输系统，采集主控模块1与若干传感器模块2之间有线连接。
S3：发起同步指令，中央处理系统3向采集主控模块1发起同步指令，采集主控模块1接收同步指令后向若干传感器模块2发送第一同步信息包并记录该第一同步信息包对应的时间戳TS0。
S4：校验信息，若干传感器模块2接收第一同步信息包后校验信息，验证校验结果后生成第二同步信息包，并将第二同步信息包传输到采集主控模块1。
S5：匹配信息，采集主控模块1以同步的发起周期将第二同步信息包和第一同步信息包对应的时间戳TS0进行信息匹配，以对齐传感器模块2的第一采集数据包。
具体的，采集主控模块1根据第一采集数据包中的时间信息TZ、采集主控模块1发起同步的时间戳TS0以及第二同步信息包中的时间戳TSX，通过映射公式重新计算采集数据包中的时间信息，以对齐传感器模块2的第一采集数据包。进一步地，映射公式为：，其中S表示同步次数，跟随同步信息包发出累加。
前两个步骤保证中央处理系统3、采集主控模块1以及传感器模块2之间的连接接口与传输协议的匹配性。中央处理系统3向采集主控模块1发送同步指令之前，先进行中央处理系统3、采集主控模块1以及传感器模块2三者的身份绑定，即中央处理系统3与采集主控模块1通过第二通讯协议进行数据和命令的传输，若干传感器模块2与采集主控模块1之间通过第三通讯协议进行数据和命令的传输。如图3所示，单次同步开始时，中央处理系统3向采集主控模块1发送同步指令之前，中央处理系统3向采集主控模块1发送控制指令，该指令中应当包括各个传感器模块2的参数配置信息，参数配置信息包括采样率、发包率（即多少个采样点触发一次发包）、传感器的输入范围。采集子主控模块的第一数据处理模块收到参数配置信息后，以各个传感器模块2参数的采样周期的最大公约数为最小时间间隔重设各自的时钟源下的各个传感器模块2采集任务的分频系数。
中央处理系统3在启动各传感器模块2进行数据采集的同时，还用于向采集主控模块1发送同步指令，采集主控模块1控制其上的同步时钟单元11以同步的发起周期发送第一同步信息包，若达到同步的发起周期，则同步时钟单元11发出第一同步信息包，若在一个同步的发起周期内，则同步时钟单元11不发送第一同步信息包。
进一步的，步骤S4中若干传感器模块2接收第一同步信息包后校验信息包括：若干传感器模块2通过各自的同步的发起周期tcn校验接收到的第一同步信息包时的时间戳TSX，若TSX与对应的同步的发起周期tcn相一致，第一同步信息包附上时间戳TSX生成第二同步信息包；若TSX与对应的同步的发起周期tcn不一致，传感器模块2对接收到的第一同步信息包不做处理。即传感器模块2校验是否进行处理动作。
其中，第二同步信息包包括传感器模块2接收到第一同步信息包时的时间戳TSX；第一采集数据包包括传感器模块2采集的生理数据和采集时的时间戳TZ。
在中央处理系统3启动各个传感器模块进行数据采集时，生成第一采集数据包，采集主控模块1的第一数据处理模块根据其时钟源开始进行时间累计，如果传感器模块2在采集主板上，即板载传感器21，当采集主控模块1的时钟源累计到其某个传感器模块2的采样周期时，采集主控模块1上的第一数据处理模块触发一次对应传感器模块2的单次数据采集；若传感器模块2为外接探头22时，外接探头22上的时钟源累计到其某个传感器模块2的采样周期时，外接探头22的数据处理模块触发一次对应的传感器模块2的数据采集。此步骤的目的是使采集主控模块1上读取到的传感器模块2的采集数据是该时刻下传感器模块2的最新数据。
当采集主控模块1上的某个传感器模块2累计的采样点数达到设定值（组包点数）后（按照上述方法，此时全部的传感器模块2的采样点数都已经累计到了对应的组包点数），采集主控模块1的第一数据处理模块将组包的数据附上时间戳信息T0，并利用第二通信协议发送给中央处理系统3。当外接探头22传感器模块2累计的采样点数达到设定值（组包点数）后，外接探头22将组包的数据附上时间戳信息TZ，并利用第一通信协议发送给采集主控模块1，采集主控模块1将采集数据包处理后转发给中央处理系统3。
在启动本发明的单设备多生理参数采集系统进行采集后，采集主控模块1每隔一段时间（同步的发起周期）通过同步线缆传输一次同步信号。采集主控模块1的第一数据处理单元12在发出该同步信号时，记录其此时的时间戳Ts0；各传感器模块2的数据处理单元在接收到该同步信号时，将此时传感器模块2的时间戳信息Tsx组成同步信息包利用第一通信协议传输给采集主控模块1。
采集主控模块1的第一数据处理单元12将对应的板载传感器21的采集数据包使用第二传输协议发送给中央处理系统3；采集主控模块1收到外接探头22发送来的同步信息包后，获得此外接探头22同步信息包中的时间戳信息Tsx。随后，采集主控模块1收到外接探头22发送来的采集数据包后，读取包中的时间戳TZ并计算其与上一次同步信息包之间的偏移时间（TZ-Tsx），并最终用采集主控模块1上次发送同步信息包的时间戳TS0与偏移时间重新计算该采集数据包在采集主控模块1中的时间戳（TS0+TZ-Tsx），使用第二通信协议传输给中央处理系统3。
采集主控模块1将同步对齐后形成的第二采集数据包发送到中央处理系统3，中央处理系统3根据实际需求结合接收到采集数据信息进行数据处理储存在对应位置，一次同步流程结束，其中，第一通信协议为无连接的通信协议，本实施例中采用但不仅限于基于有线连接的私有协议，第二通信协议为面向连接的通信协议，本实施例中采用但不仅限于TCP/IP协议、蓝牙、蓝牙BLE协议中一种或多种，第三通信协议为任意形式的电平信号（例如反转，或者脉冲等）。
采集主控模块1（采集主控模块1的第一时钟源单元为母钟）向所有传感器模块2（以各传感器的第二时钟源单元或第三时钟源单元为子钟）同时发出对时同步信号，并向中央处理系统3发送一次同步信息包。每一个子钟接接收到同步信息包时，自判断是否同步处理，若同步处理即附上该时刻的时间戳发送到采集主控模块1。当采集主控模块1接收到对应的若干传感器模块2的同步信息包和采集数据包时，即完成一次对时。
现有的单设备采集方法将多个传感器使用同一种时钟源的想法过于理想，一方面现在的传感器多为数字传感器，而其时钟源都是内部集成，很难接入这个统一的时钟源。即使接入了统一的时钟源，该时钟分频器又以硬件的方式来形式实现，采集系统本身无法在使用过程中灵活调节每个传感器的采样率，给使用带来了不便。另一方面，现有的采集系统由于时钟源、时钟分频器被硬件设计定死，当传感器型号发生变更时，只能重新设计整个系统，可扩展性较差。本发明提出了一种单设备多生理参数的同步与融合的方法改进了使用同一硬件时钟源+时钟分频器的方式，既能保证多个传感器模块数据的同步性，又能避免使用同一时钟源带来的不便。
本发明通过采集主控模块1向若干传感器模块2发送同步信息，多个传感器模块2均以采集主控模块1的时间信息进行映射，使得传感器选型时不受限制，且能够对采样率进行调节，便于使用，且可拓展性好。
在本实施例中，采集主控模块1在各个传感器对应的一个同步的发起周期内发起一次同步信号，同步的发起周期tcn的设置方式包括：
初始同步周期设置，即传感器模块2开始采集前，根据采集主控模块1与传感器模块2的晶振设置。
具体的，以采集主控模块1采用±Xppm(每百万秒偏差X秒)的晶振举例说明，采集主控模块1之间的时钟偏差不大于2Xppm，也就是说，采集主控模块1每隔不小于500000/X毫秒，时钟才会产生1毫秒的偏差，此时只需保证同步周期小于50000/X毫秒，将采集主控模块1的同步精度控制在1毫秒以内。特别的，当X=10时，只需要在50秒内完成一次同步，即可实现小于1毫秒的同步精度。反之，如果需要在Y秒内完成一次同步，需要保证采集主控模块1的时钟在Y秒内的偏差小于1毫秒。采集主控模块1的晶振偏差不能超过1/1000Y，即应小于1000/Yppm，才能保证至少1ms的同步精度。因此采用较高精度的晶振能够降低每次同步时，中央处理系统3对采集主控模块1数据的补采样点或去采样点的操作频率。
动态同步发起周期设置，即传感器模块2开始采集后，当中央处理器系统检测到频繁发生补采样点或者去采样点的数据时，中央处理器发送动态调整指令至采集主控模块1。
具体的，当环境影响比较大(如温度或湿度等)时，晶振的稳定性将会受到影响而产生波动，可能达不到预期的效果。此时晶振波动的影响会直接影响传感器的数据的采集，导致在同步周期内传感器的采样点数变少或者变多。因此，当采集主控模块1在处理外接探头22的传感器数据时，如果频繁发生补采样点或者去采样点的行为，则可以认为在同步周期内，外接探头22的传感器数据点数未达到设计预期(与期望值相比多点或者少点)，中央处理器系统检测到频繁发生补采样点或者去采样点的数据，中央处理器发送动态调整指令至采集主控模块1，缩短采集主控模块1的同步周期，提高同步信号的发送频率。因此，按照以上的原则，提高时钟源单元内晶振的精度以及缩短同步周期，能够获得更高的同步精度(<1ms)。
以一个采集主控模块1上连接两个外接探头22，按1000Hz采样率T1=1ms、单个采样点组包、以及同步时钟单元11（即母钟）运行后每隔10s产生一次的策略举例说明，采采集主控模块1对两个以上的在采样率、组包机制、同步周期下的数据处理和对齐方法可以以此类推。
完成启动前的参数设定后，中央处理系统3启动采集主控模块1和两个外接探头22开启采集。由于控制命令传输有一定的延时，两个外接探头22并非在同一时刻开始累计各自的时间戳。
采集主控模块1接收外接探头22传输的采集数据包，以及每次同步触发时的同步数据包。整个过程如附图2和图3所示。在准备阶段，由于通信时延，外接探头22的时钟（即子钟）并非同时开启。由于此次未完成第一次同步，准备阶段的外接探头22的数据包均是未同步状态，因此采集主控模块1丢弃首次的采集数据包。由于各外接探头22上的第三时钟源单元221存在个体差异，各个外接探头22的时钟必然会有快有慢，为了使系统具备同步性，就要保证各个外接探头22在每个同步周期内保持一致的采样点数。
在第一次同步时刻，采集主控模块1、两个外接探头22上传的同步数据包的时间戳已经累计到T00、T01和T02，两个外接探头22的第二时钟源单元211分别对应第一个子钟和第二个子钟，具体过程如图3所示，此时采集主控模块1的第一数据处理单元12需要记录下上述三个数值，分别计算两个外接探头22实际采集时间戳：
直到下一个同步时刻，采集主控模块1都要对外接探头22上传的数据包进行替换，然后再发送给中央处理系统3。
在第二个同步时刻母钟运行10s后发出到来时，采集主控模块1、两个外接探头22上传的同步数据包的时间戳已经累计到T10、T11和T12。采集主控模块1的第一数据处理单元12需要记录下这三个数值，分别计算两个外接探头22实际采集时间戳：
在此后的每一个同步时刻和同步周期内，中央处理系统3对采集主控模块1的处理方式延用上述的处理办法，直到停止采集过程。两个外接探头22实际采集时间戳的计算公式为：
由于母钟生成的同步信号间隔按照设定严格执行，每次同步时母钟的相对时间戳都会累计到T0R=10000。外接探头22的子钟因为本身时钟源与母钟的差异性，相对时间戳分别累计到T1R=9999时钟比母钟慢一些和T2R=10001时钟比母钟快一些。此时，按照上述的公式，在两次同步间隔期间，一个外接探头22采样点的数量为9999个，而另一个外接探头22采样点的数量为10001，此时为了保证同步间隔期间各个外接探头22上传的传感器采集点数为10000，就要为一个外接探头22补上一个10000-9999点的数据，为另一个外接探头22去掉上一个10001-10000点的数据。如此做，便可保证在替换时间戳时，不会导致出现时间戳的累计偏差，或者时间戳抖动的情况。
以上采集主控模块1的时钟特性为举例需要，实际偏差与其选用的晶振性能有关。如果晶振精度固定，且每次同步的发起周期内需要补或去除更多的采样点，则应该通过减小或增加同步的发起周期的方式，降低时钟累计误差对信号质量的影响。
实施例2：基于与前述实施例一种单设备多生理参数同步与融合方法同样发明构思，如图2-5所示，本申请实施例一提供了单设备多生理参数同步与融合方法的采集系统，包括：若干传感器模块2，用以多生理参数的采集传输；具有同步时钟单元11的采集主控模块1，与若干传感器模块2有线连接，用以对若干传感器模块2进行数据同步对齐和融合处理，即同步时钟单元11向若干传感器模块2发送第一同步数据包，采集主控模块1对若干传感器模块2采集的第一采集数据包进行同步对齐和融合处理得到第二采集数据包；中央处理系统3，用以设定若干传感器模块2和采集主控模块1的参数，向采集主控模块1发送控制指令并接收第二采集数据包。
在本实施例中，第一采集数据包包括传感器模块2采集的数据信息和采集数据时的时间戳TZ；第二采集数据包包括采集信息和同步/融合处理后的时间戳。
在本实施例中，采集主控模块1记录同步信号发出时间戳TS0，接收若干传感器发送的同步信号包，根据时间戳TS0、同步信号包对若干传感器模块2采集的第一采集数据包进行同步和融合处理得到第二采集数据包。
在本实施例中，中央处理系统3包括数据处理装置31和第一通信模块32，数据处理装置31与第一通信模块32连接，数据处理装置31用于对第二采集数据包进行数据对齐处理，第一通信模块32通过第二通信协议与采集主控模块1之间无线连接，用于发送控制指令以及对第二采集数据包的传输。第二通信协议为面向连接的通信协议，采用但不限于TCP/IP协议、蓝牙或蓝牙BLE协议。数据处理装置31采用但不限于PC机，第一通信模块32采用但不限于交换机。
在本实施例中，采集主控模块1与传感器模块2之间通信协议采用第一通信协议进行数据传输，采用第三通信协议进行同步信号传输，第一通信协议为基于有线连接的私有协议，第三通信协议为电平信号(电平信号为反转信号、或脉冲信号)。
在本实施例中，采集主控模块1还包括：第一时钟源单元13，用于生成对应的时间戳；第一数据处理单元12，根据第一采集数据包中的时间信息TZ、采集主控模块1发起同步的时间戳TS0以及第二信息包中的时间戳TSX，以对齐处理第一采集数据包形成第二采集数据包；多个第一数据传输单元14，用于传输接收同步信号包和采集数据包。
在本实施例中，传感器模块2包括：至少一个板载传感器21，设置在采集主控模块1上；多个外接探头22；其中板载传感器21、外接探头22均与第一数据传输单元14有线连接；板载传感器21与采集主控模块1之间、外接探头22与采集主控模块1之间均设置有用于传输第一同步信息包和/或第二同步信息包的同步通道，多个同步通道相互连通，用以保证多个传感器模块同时接收到同步信息包，外接探头22由声音、光、按键事件等触发。
更进一步地，板载传感器21包括：第二时钟源单元211，用以生成对应的时间戳；第二数据传输单元212，与第一数据传输单元14连接；第二数据处理单元213均与第二时钟源单元211、第二数据传输单元212连接，用以控制第二时钟源单元211生成相应的时间戳和第二数据传输单元212对数据的接收和传出。外接探头22包括：第三时钟源单元221用以生成对应的时间戳；第三数据传输单元222，与第一数据传输单元14连接。第三数据处理单元223，均与第三时钟源单元221、第三数据传输单元222连接，用以控制第三时钟源单元221生成相应的时间戳和第三数据传输单元222对数据的接收和传出。
板载传感器21和外接探头22均用于采集传感信号，传感信号为外源噪音信号、脑电信号、肌电信号或心电信号中的至少一种。优选的，在本实施例中，板载传感器21包括外源噪音信号采集传感器；外接探头22包括脑电采集传感器、肌电采集传感器、心电采集传感器中的至少一种。
在本实施例中，采集主控模块1还包括第一通信单元，第一通信单元通过第二通信协议与第一通信模块32信号连接，建立网络连接和数据交互。
综上，本发明的单设备多生理参数采集系统及其采集方法，通过具有同步时钟单元11的采集主控模块1避免传感器依赖外部时钟源，使得传感器选型时不受限制，且能够对采样率进行调节，便于使用，且可拓展性好；能够实现多生理参数的同步，且为长时间内精准的多参数数据同步与融合；若干传感模块与采集主控模块1之间的数据同步，同步精度高，便于中央处理系统3数据分析；采集主控模块1只需记录同步时各个传感器模块2的时间戳，在数据融合时计算量少，节省了算力。另外，多生理参数在时域上为对齐数据，在某个外界刺激产生时，采集到的被试的多参数生理信号为有效数据，具有研究价值。
实施例3：基于与前述实施例2中一种单设备多生理参数采集系统同样发明构思的一种对于采集数据包的数据对齐方法，如图6所示，包括如上述实施例2的采集系统。其数据对齐方法包括以下步骤：
B1：构建一对一的无线传输系统，即中央处理系统3与采集主控模块1形成一对一关系；
B2：构建一对多的有线传输系统，采集主控模块1与若干传感器模块2之间有线连接；其中，采集主控模块1包括母钟，每个传感器模块2均包括子钟；采集主控模块1与每个传感器模块2之间包括用于子钟和母钟进行信息交互的至少一个同步信号通道和一个子钟信号通道；
B3：同步模式选择，采集主控模块1根据接收到的传感器模块2传输的数据包信息判断选择同步模式；
B4：数据同步处理，采集主控模块1根据判断结果通过对应的同步模式对传感器模块2传输的采集数据包进行数据同步处理；
B5：同步后的采集数据包的接收和储存，中央处理系统3接收储存采集主控模块1传输的采集数据包。
本实施例例中传感器模块2传输的采集数据包包括采样点数、采集数据以及采集数据时对应的子钟时间戳TX，采集主控模块1根据数据包中的采样点数判断选择同步模式包括以下步骤：
B41：设定传感器模块2的判断阈值，根据历史数据设定传感器模块2对应的采集数据包对应的失去时间关联性时采集点数的判断阈值；
B42：采集点数校验，采集主控模块1对实时接收到的采集数据包中的采集点数信息与判断阈值效验；其中，
若采样点数在设定的判断阈值范围内，采集主控模块1采用差值映射模式同步采集数据包；若采集点数超出判断阈值，采集主控模块1采用伸缩映射模式同步采集数据包。
当传感器模块2的采集点数在一个同步周期内较为稳定，外界影响不大时，采用差值映射模式对采集数据包进行同步对齐，其计算量较小，采用简单的去点或补点对采集数据包进行调整即可，当传感器模块2在一个同步周期内的采集点数不稳定时，采集主控模块1需要补充或去除较多的采集数据包，影响数据的真实性，造成中央处理系统3对采集数据包后期处理的数据不准确。本实施例中当传感器模块2的采集点数受到外界或其他影响造成去点或补点较多时，采用伸缩映射模式同步采集数据包，将采集数据包在固定的时长上进行拉伸或收缩映射，相对于采用差值映射模式对采集数据包进行同步对齐，其计算量较大，但不需要补点或去点的操作，保证数据的准确性。
两种采集数据包同步对齐的模式具体如下：
（1）差值映射模式
如图7所示，差值映射模式同步采集数据包包括以下步骤：
C1：发送同步信息包，采集主控模块1按照对应的同步发起周期通过对应的同步信号通道向各个传感器模块2发送第一同步信息包,并记录同步发起时刻TS0；
C2：同步信息包的传输，传感器模块2采集数据并记录接收到第一同步信息包的时间信息TSX，重新打包生成第二同步信息包发送至采集主控模块1；
C3：采集数据包的时间信息同步计算，采集主控模块1接收并读取传感器模块2传输的采集数据包中的采集时间信息Tx，通过映射公式计算采集数据包对应的母钟时间。
如图3和图7所示，在第一次同步时刻，采集主控模块1、各个采集传感器模块2上传的同步数据包的时间戳已经累计到T00、T01和T02。此时，采集主控模块1的第一数据处理单元12需要记录下上述三个时间戳数值，并将此后收到的传感器模块2上传的采集数据包（时间戳为Tx1和Tx2）按照以下公式进行替换：
；
；
直到下一个同步时刻，采集主控模块1都要对传感器模块2上传的采集数据包进行替换，然后再发送给中央处理系统3。
在第二个同步时刻（母钟时钟运行10s后发出为例）到来时，采集主控模块1、各个传感器模块2上传的同步数据包的时间戳已经累计到T10、T11和T12。采集主控模块1的第一数据处理单元12需要记录下上述三个时间戳数值，并将此后收到的传感器模块2上传的采集数据包（时间戳为Tx1和Tx2）按照以下公式进行替换：
；
；
在此后的每一个同步时刻和同步周期内，中央处理系统3对采集主控模块1、传感器模块2的处理方式延用上述的处理办法，直到停止采集过程。时间戳替换都按照以下的公式进行：
；
；
由于母钟生成的同步信号间隔按照设定严格执行，每次同步时母钟的相对时间戳都会累计到T0R=10000。传感器模块2的子钟因为本身时钟源与母钟的差异性，相对时间戳分别累计到T1R=9999（时钟比母钟慢一些）和T2R=10001（时钟比母钟快一些）。此时，按照上述的公式，在两次同步间隔期间，必然会出现采集主控模块1为其中一个传感器模块2只读取到9999个采样点，而另一个传感器模块2读取到10001个采样点的情况，此时为了保证同步间隔期间各个传感器模块2上传的传感器采集点数为10000，就要为第一个传感器模块2补上一个（10000-9999）点的数据，为第二个传感器模块2去掉上一个（10001-10000）点的数据。如此做，便可保证在替换时间戳时，不会导致出现时间戳的累计偏差，或者时间戳抖动的情况。
当采集主控模块1需要补上（或者去除）的采样点数超过一定数量，即传感器模块2对应的判断阈值（例如大于或者等于2个采样点），此时意味着补上（或者去除）的采样点数量太多，在补（或者去除）采样点前后的数据已经严重丢失了时间上的连续性。为解决上述问题，本实施例的采集主控模块1采用伸缩映射模式同步采集数据包。以上采集主控模块1的时钟特性均为举例需要，实际偏差与其选用的晶振性能有关。这里需要进一步说明的是，当补点或去点较多时，如果晶振精度固定，每次同步发起周期需要补或去除更多的采样点，为保证数据的真实性，也可以通过减小同步的发起周期的方式，降低时钟累计误差对信号真实性的影响。
（2）伸缩映射模式
本实施例中的采集主控模块采用伸缩映射模式对齐采集数据包包括以下步骤：
C1’：设置每个传感器模块2的子钟信号间隔时长TxP，根据每个传感器模块2的采样率FX设置对应的采样点数设定值q，根据历史数据完成传感器模块2对应的采样点数设定值的时间周期，即子钟信号间隔时长TxP;
C2’：发送子钟信号，传感器模块2累计的采样点数达到设定值时，传感器模块2向采集主控模块1通过子钟信号通道发送一次子钟信号；采集主控模块1记录接收到子钟信号时对应的母钟的时间戳Txsn；
C3’：计算采集主控模块1接收到采集数据包时对应的母钟时间，用于替换采集数据包的子钟时间Tx，即完成采集数据包的同步；其中，其kX为母钟与子钟的时钟流逝速度，kX=（传感器的采样率/子钟对应到母钟上的真实采样率）。具体的子钟对应到母钟上的真实采样率，其中，为子钟对应的母钟时间间隔，母钟时间间隔时长，其n=1、2、3、4……。
当采集主控模块1上的某个传感器模块2累计的采样点数达到设定值q后，传感器模块2通过子钟信号线缆发送一次子钟信号，用于提示采集主控模块1对应的传感器模块2完成了一个设定周期（即一个子钟信号间隔时长TxP）的采集任务。采集主控模块1在收到任意传感器模块2发送的子钟信号后，记录其距离上一次发出该子钟信号的时间信息。子钟信号产生的规则是传感器模块2按照自身的子钟和采样率采集到一定的点数后产生一次，其目的是用于让采集主控模块1计算出传感器模块2映射到母钟上的真实采样率。
如图8到图10所示，传感器模块2的采样率为FX，累计到一定数量的采样点q后,例如采样率的M倍，q=此处以M=10秒举例），传感器模块2通过子钟信号通道向采集主控模块1发送一次子钟信号。本实施例中子钟信号通道即为独立的子钟信号线缆，每发一次子钟信号，子钟的时间戳就会多累计TxP。采集主控模块1记录下收到每个传感器模块2的子钟信号时母钟的时间戳Txsn。当采集主控模块1收集到来自同一个传感器模块2的相邻两次子钟信号后，采集主控模块1可以计算出子钟执行的10秒，在母钟上面对应消耗的时间公式为：
采集主控模块1根据和TxP，计算出子钟在母钟上面的真实采样率公式为：
因此，子钟每个采样周期在母钟上面对应的实际时间为：
母钟与子钟的时钟流逝速度之比为：
所以采集主控模块1收到传感器模块2的每一个采样点的数据，就意味着这个采样周期在母钟上经历了的时间,而这个采样周期在传感器模块2上面消耗的时间是Tx，且有
采集主控模块1需要将收到的传感器模块2的每个采样点的数据，按照K x的比例进行放缩（K x大于1）或者拉伸（K x小于1），将原本每个采样点在子钟上面的时间戳映射成母钟的时间戳。
特别的在对传感器模块2的传感器数据进行压缩或者拉伸时，应该将传感器模块2上面所有采样点的时间戳乘以K x以获取该点在母钟上面的真实时间戳，并将采样点映射到母钟上面K x采样率下的采样周期∆Tx整数倍上的时间来重新排布。每个采样点转换后的时间戳都应放在距期∆Tx整数倍最近的位置。要保证转换后的传感器数据在母钟上面的采样率也为Fx，多去少补。
如图9所示，由于网络延时的存在，第一个传感器模块2、第二个传感器模块2的启动时间会存在差异，启动时间在母钟上的时间戳分别为T1s0=337、T2s0=837（传感器模块2启动时母钟会依次收取到子钟信号）。传感器模块2启动后，它的传感器将在子钟的运作下均匀的获取采样点。当采集到采样率的M倍的采样点数后（即子钟运行了M秒）。在此例中，M为10。由于子钟和母钟之间存在快慢的差异，在第一个传感器模块2的子钟、第二个传感器模块2的子钟分别执行10000毫秒后，母钟收取到它们发送的子钟信号时的时间戳分别为T1s0=10338（子钟跑的比母钟慢）、T2s0=10836（子钟跑的比母钟快）。因此，此时可以计算出，
K1=(10338-337)/10000=10001/10000
K2=(10836-837)/10000=9999/10000
由于子钟、母钟的快慢差异是由晶振偏差引起，因此理论上在每个传感器模块2相邻两次子钟信号期间的K x，都是相同的。但是事实上晶振偏差会受温度等因素影响，K x总是在变化的。因此，只需在每次处理时间戳的对齐操作时，更新的值即可。
在获取到最新的K x的值后，采集主控模块1每次收到来自传感器模块2的采集数据包后，都要对采集数据包中采样点的时间戳乘以K x的值，转换为母钟的时间戳；再将这些采样点按照设定的采样率均匀分布在母钟时间戳上。
例如，在计算获得K1=1.0001后，第一个传感器模块2的每个数据点在母钟上的时间戳为：
但是由于第一个传感器模块2对应的第一个子钟跑的比母钟慢，因此第一个传感器模块2的传感器在母钟上面的采样率为：
因此，在母钟的时间线上，第一个传感器模块2的传感器采样率是不足的。采集主控模块1必须按照第一个传感器模块2设定的采样率，将这些采样点重新分配时间戳，采样点数不够的，需要在缺点的时间点上补上它；在此需要说明的是在差值映射模式对齐同步采集数据包时，总是在同步发起周期的结尾处补点，在伸缩映射模式对齐同步采集数据包时，每次感知到1ms内有漏采样点就进行补点操作。
在计算获得K2=0.9999后，第二个传感器模块2的每个数据点在母钟上的时间戳为：
但是由于第二个传感器模块2对应的第二个子钟跑的比母钟快，因此第二个传感器模块2的传感器在母钟上面的采样率为：
因此，在母钟的时间线上，第二个传感器模块2的传感器采样率是超出预期的。采集主控模块1必须按照第二个传感器模块2设定的采样率，将这些采样点重新分配时间戳，采样点数超出的，需要在超点的时间点上移除它，在此需要说明的是在差值映射模式对齐同步采集数据包时，总是在同步发起周期的结尾处移除，在伸缩映射模式对齐同步采集数据包时，每次感知到1ms内有重复的采样点出现就进行移除操作。
在整个采集过程中，都按照上述的原则执行同步对齐操作。其中，伸缩映射模式对齐同步采集数据包时，必须还原传感器模块2每个点在母钟上面的真实时间戳，因此需要消耗较多的算力。在本实施例的具体应用中，优先使用差值映射模式对齐同步采集数据包，当差值映射模式对齐同步采集数据包计算的累计偏差超过设定的判断阈值时，依条件使用伸缩映射模式对齐和处理数据，减少大量补点、去点对真实信号的影响。本实施例采用根据判断阈值来选择两种同步对齐的方式，即保证不大的算力，又保证了数据的真实性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (18)

1.一种单设备多生理参数同步与融合方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建一对一的无线传输系统，即中央处理系统（3）与采集主控模块（1）形成一对一关系；
S2：构建一对多的有线传输系统，所述采集主控模块（1）与若干传感器模块（2）之间有线连接；
S3：发起同步指令，所述中央处理系统向所述采集主控模块（1）发起同步指令，所述采集主控模块（1）接收同步指令后向若干所述传感器模块（2）发送第一同步信息包并记录该第一同步信息包对应的时间戳TS0；
S4：校验信息，若干所述传感器模块（2）接收所述第一同步信息包后校验信息，验证校验结果后生成第二同步信息包，并将第二同步信息包传输到所述采集主控模块（1）；
S5：匹配信息，所述采集主控模块（1）以同步的发起周期将第二同步信息包和第一同步信息包对应的时间戳TS0进行信息匹配，以对齐所述传感器模块（2）的第一采集数据包。
2.如权利要求1所述的单设备多生理参数同步与融合方法，其特征在于，所述步骤S4中若干所述传感器模块（2）接收所述第一同步信息包后校验信息包括：
若干所述传感器模块（2）通过各自的同步的发起周期tcn校验接收到的第一同步信息包时的时间戳TSX，若接收到的第一同步信息包时的时间戳TSX与对应的同步的发起周期tcn相一致，所述第一同步信息包附上时间戳TSX生成第二同步信息包；
若接收到第一同步信息包时的时间戳TSX与对应的同步的发起周期tcn不一致，所述传感器模块（2）对接收到的第一同步信息包不做处理。
3.如权利要求2所述的单设备多生理参数同步与融合方法，其特征在于，所述第二同步信息包包括所述传感器模块（2）接收到第一同步信息包时的时间戳TSX；
所述第一采集数据包包括传感器模块（2）采集的生理数据和采集时的时间戳TZ。
4.如权利要求3所述的单设备多生理参数同步与融合方法，其特征在于，在所述步骤S5中，以同步的发起周期将第二同步信息包和第一同步信息包对应的时间戳TS0进行信息匹配具体包括以下步骤：所述采集主控模块（1）根据第一采集数据包中的时间信息TZ、采集主控模块（1）发起同步的时间戳TS0以及第二同步信息包中的时间戳TSX，通过映射公式重新计算所述采集数据包中的时间信息。
5.如权利要求4所述的单设备多生理参数同步与融合方法，其特征在于，所述映射公式为：
，其中S表示同步次数，跟随同步信息包发出累加。
6.如权利要求2所述的单设备多生理参数同步与融合方法，其特征在于，所述采集主控模块（1）在各个所述传感器模块（2）对应的一个同步的发起周期内发起一次同步信号，所述同步的发起周期tcn的设置方式包括：
初始同步发起周期设置，即所述传感器模块（2）开始采集前，根据所述采集主控模块（1）与所述传感器模块（2）的晶振设置；
动态同步发起周期设置，即所述传感器模块（2）开始采集后，当所述中央处理系统（3）检测到频繁发生补采样点或者去采样点的数据时，所述中央处理系统（3）发送动态调整指令至所述采集主控模块（1）。
7.采用权利要求1至6中任一项所述的单设备多生理参数同步与融合方法的采集系统，其特征在于，包括：
若干传感器模块（2），用以多生理参数的采集传输；
具有同步时钟单元（11）的采集主控模块（1），与若干所述传感器模块（2）有线连接，用以对若干传感器模块进行数据同步对齐和融合处理，即所述同步时钟单元（11）向若干所述传感器模块（2）发送第一同步信息包，所述采集主控模块（1）对若干所述传感器模块（2）采集的第一采集数据包进行同步对齐和融合处理得到第二采集数据包；
中央处理系统（3），用以设定若干所述传感器模块（2）和采集主控模块（1）的参数，向所述采集主控模块（1）发送控制指令并接收所述第二采集数据包。
8.如权利要求7所述的单设备多生理参数采集系统，其特征在于，所述第一采集数据包包括所述传感器模块（2）采集的数据信息和采集数据时的时间戳TZ；所述第二采集数据包包括采集信息和同步融合处理后的时间戳。
9.如权利要求7所述的单设备多生理参数采集系统，其特征在于，所述采集主控模块（1）记录同步信号发出时间戳TS0，接收所述若干传感器模块（2）发送的同步信号包，根据时间戳TS0、同步信号包对若干所述传感器模块（2）采集的第一采集数据包进行同步和融合处理得到第二采集数据包。
10.如权利要求7所述的单设备多生理参数采集系统，其特征在于，所述中央处理系统（3）包括数据处理装置（31）和第一通信模块（32），所述数据处理装置（31）与所述第一通信模块（32）连接，所述数据处理装置（31）用于对第二采集数据包进行数据对齐处理，所述第一通信模块（32）通过第二通信协议与所述采集主控模块（1）之间无线连接，用于发送所述控制指令以及对第二采集数据包的传输。
11.如权利要求7所述的单设备多生理参数采集系统，其特征在于，所述采集主控模块（1）还包括：
第一时钟源单元（13），用于生成对应的时间戳；
第一数据处理单元（12），根据第一采集数据包中的时间信息TZ、采集主控模块（1）发起同步的时间戳TS0以及第二同步信息包中的时间戳TSX，以对齐处理所述第一采集数据包形成第二采集数据包；
多个第一数据传输单元（14），用于传输接收同步信号包和采集数据包。
12.如权利要求11所述的单设备多生理参数采集系统，其特征在于，所述传感器模块（2）包括：
至少一个板载传感器（21），设置在所述采集主控模块（1）上；
多个外接探头（22）；其中
所述板载传感器（21）、外接探头（22）均与所述第一数据传输单元（14）有线连接；所述板载传感器（21）与所述采集主控模块（1）之间、所述外接探头（22）与所述采集主控模块（1）之间均设置有用于传输第一同步信息包和/或第二同步信息包的同步通道，多个所述同步通道相互连通。
13.如权利要求12所述的单设备多生理参数采集系统，其特征在于，
所述板载传感器（21）包括：
第二时钟源单元（211），用以生成对应的时间戳；
第二数据传输单元（212），与所述第一数据传输单元（14）连接；
第二数据处理单元（213），均与所述第二时钟源单元（211）、第二数据传输单元（212）连接，用以控制所述第二时钟源单元（211）生成相应的时间戳和所述第二数据传输单元（212）对数据的接收和传出；
所述外接探头（22）包括：
第三时钟源单元（221），用以生成对应的时间戳；
第三数据传输单元（222），与所述第一数据传输单元（14）连接；
第三数据处理单元（223），均与所述第三时钟源单元（221）、第三数据传输单元（222）连接，用以控制所述第三时钟源单元（221）生成相应的时间戳和所述第三数据传输单元（222）对数据的接收和传出。
14.一种采集数据包的数据对齐方法，包括如权利要求7所述的采集系统，其特征在于，包括以下步骤：
B1：构建一对一的无线传输系统，即中央处理系统（3）与采集主控模块（1）形成一对一关系；
B2：构建一对多的有线传输系统，所述采集主控模块（1）与若干所述传感器模块（2）之间有线连接；其中，
所述采集主控模块（1）包括母钟，每个所述传感器模块（2）均包括子钟；所述采集主控模块（1）与每个所述传感器模块（2）之间包括用于子钟和母钟进行信息交互的至少一个同步信号通道和一个子钟信号通道；
B3：对齐模式选择，所述采集主控模块（1）根据接收到的所述传感器模块（2）传输的数据包信息判断选择同步模式；
B4：数据对齐处理，所述采集主控模块（1）根据判断结果通过对应的对齐模式对所述传感器模块（2）传输的采集数据包进行数据对齐处理；
B5：对齐后的采集数据包的接收和储存，所述中央处理系统（3）接收储存所述采集主控模块（1）传输的对齐处理后的采集数据包。
15.如权利要求14所述的数据对齐方法，其特征在于，所述传感器模块（2）传输的采集数据包包括采样点数、采集数据以及采集数据时对应的子钟时间戳TX；
所述采集主控模块（1）根据所述数据包中的采样点数判断选择对齐模式包括以下步骤：
B41：设定所述传感器模块（2）的判断阈值，根据历史数据设定所述传感器模块（2）对应的采集数据包对应的失去时间关联性时采集点数的判断阈值；
B42：采集点数校验，所述采集主控模块（1）对实时接收到的采集数据包中的采集点数信息与所述判断阈值效验；其中，
若采样点数在设定的判断阈值范围内，所述采集主控模块（1）采用差值映射模式对齐采集数据包；若采集点数超出所述判断阈值，所述采集主控模块（1）采用伸缩映射模式对齐采集数据包。
16.如权利要求15所述的数据对齐方法，其特征在于，所述差值映射模式对齐采集数据包包括以下步骤：
C1：发送对齐信息包，所述采集主控模块（1）按照对应的对齐发起周期通过对应的对齐信号通道向各个所述传感器模块（2）发送第一对齐信息包,并记录对齐发起时刻TS0；
C2：对齐信息包的传输，所述传感器模块（2）采集数据并记录接收到所述第一对齐信息包的时间信息TSX，重新打包生成第二对齐信息包发送至所述采集主控模块（1）；
C3：采集数据包的时间信息对齐计算，所述采集主控模块（1）接收并读取所述传感器模块（2）传输的采集数据包中的采集时间信息Tx，通过映射公式计算采集数据包对应的母钟时间。
17.如权利要求15所述的数据对齐方法，其特征在于，所述采集主控模块采用伸缩映射模式对齐采集数据包包括以下步骤：
C1’：设置每个所述传感器模块（2）的子钟信号间隔时长TxP，根据每个所述传感器模块（2）的采样率FX设置对应的采样点数设定值q，根据历史数据完成所述传感器模块（2）对应的采样点数设定值的时间周期，即子钟信号间隔时长TxP；
C2’：发送子钟信号，所述传感器模块（2）累计的采样点数达到设定值时，所述传感器模块（2）向所述采集主控模块（1）通过所述子钟信号通道发送一次子钟信号；所述采集主控模块（1）记录接收到子钟信号时对应的母钟的时间戳Txsn；
C3’：计算所述采集主控模块（1）接收到所述采集数据包时对应的母钟时间，用于替换所述采集数据包的子钟时间Tx，即完成采集数据包的同步；其中，
所述，其kX为母钟与子钟的时钟流逝速度，kX=（传感器的采样率/子钟对应到母钟上的真实采样率）。
18.如权利要求17所述的数据对齐方法，其特征在于，所述子钟对应到母钟上的真实采样率，其中，为子钟对应的母钟时间间隔，所述母钟时间间隔时长，其n=1、2、3、4……。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118303887B (zh) * 2024-06-05 2024-08-30 中电云脑(天津)科技有限公司 一种电生理信号处理方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014174477A1 (en) * 2013-04-26 2014-10-30 Ergotest Innovation As System for monitoring physical performance of users
CN104852950A (zh) * 2014-10-17 2015-08-19 北汽福田汽车股份有限公司 混合动力汽车经济性参数的同步采集系统、方法和车辆
CN106332268A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 博睿康科技（常州）股份有限公司 一种脑电装置的精确无线数据同步方法
CN110337679A (zh) * 2017-02-17 2019-10-15 日本电信电话株式会社 感测系统及时间戳校正方法
CN113143290A (zh) * 2021-04-30 2021-07-23 西安臻泰智能科技有限公司 一种脑电装置的数据同步方法及脑电装置
CN114403900A (zh) * 2022-02-08 2022-04-29 刘政博 一种脑电图机中脑电数据自动记录和分析系统及方法
CN115381459A (zh) * 2022-07-18 2022-11-25 浙江大学滨江研究院 一种基于fpga和mcu的无线多通道神经信号采集设备
CN219480116U (zh) * 2022-09-27 2023-08-08 博睿康科技（常州）股份有限公司 可穿戴式多模态研究平台

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8543356B2 (en) * 2008-01-24 2013-09-24 National Institute Of Standards And Technology Low cost multi-channel data acquisition system
US20130030257A1 (en) * 2010-05-14 2013-01-31 Kai Medical, Inc. Systems and methods for non-contact multiparameter vital signs monitoring, apnea therapy, apnea diagnosis, and snore therapy
WO2019079378A1 (en) * 2017-10-18 2019-04-25 Lifelens Technologies, Llc MEDICAL DEVICE HAVING A CAPTURING CIRCUIT AND PHYSIOLOGICAL SIGNAL PROCESSING

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014174477A1 (en) * 2013-04-26 2014-10-30 Ergotest Innovation As System for monitoring physical performance of users
CN104852950A (zh) * 2014-10-17 2015-08-19 北汽福田汽车股份有限公司 混合动力汽车经济性参数的同步采集系统、方法和车辆
CN106332268A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 博睿康科技（常州）股份有限公司 一种脑电装置的精确无线数据同步方法
CN110337679A (zh) * 2017-02-17 2019-10-15 日本电信电话株式会社 感测系统及时间戳校正方法
CN113143290A (zh) * 2021-04-30 2021-07-23 西安臻泰智能科技有限公司 一种脑电装置的数据同步方法及脑电装置
CN114403900A (zh) * 2022-02-08 2022-04-29 刘政博 一种脑电图机中脑电数据自动记录和分析系统及方法
CN115381459A (zh) * 2022-07-18 2022-11-25 浙江大学滨江研究院 一种基于fpga和mcu的无线多通道神经信号采集设备
CN219480116U (zh) * 2022-09-27 2023-08-08 博睿康科技（常州）股份有限公司 可穿戴式多模态研究平台

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"基于多传感器融合的智能轮椅主动安全技术研究";崔林成等;《中国康复医学杂志》;第38卷(第1期);82-86 *

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