CN211741962U - 一种计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，包括，信号发生模块，所述信号发生模块包括连接端口和信号端口；所述连接端口和所述信号端口均设置于所述信号发生模块上，且所述信号发生模块用于产生振荡信号；计算机模块，所述计算机模块与所述信号发生模块相连接，并接收由所述信号发生模块传输的通信包；设备模块，所述设备模块与所述信号发生模块相连接，能够接收所述信号发生模块发送的振荡信号，并被振荡信号触发；传感器模块，所述传感器模块与所述计算机模块相连接，对目标物进行识别。本实用新型通过信号发生模块，使不带硬件触发功能的传感器的上位计算机与带硬件触发功能的设备同步，从而实现传感器的测距等功能。

Description

一种计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统

技术领域

本实用新型涉及传感器测试的技术领域，尤其涉及一种计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统。

背景技术

传感器是重要测量工具，目前已被广泛应用于各个领域，在传感器的使用时需要对其进行测试，而在传感器测试领域，特别是诸如双目相机等测距传感器的测试，通常需要对其在运动中的测距性能进行评估，以确定传感器在运动中的测距精度和误差。目标物的位置可以通过测距设备测得；开始试验时，传感器开始运动并开始对目标物进行实时测距，测距设备实时跟踪传感器的位置，即可获得传感器与目标物的实时真值距离。为了评估传感器的实时测距精度，需要将传感器的实时测距结果与其对应时间的与目标物的距离真值进行比较。

传感器的测距软件与算法往往在与之相连的上位计算机上运行,而诸如激光跟踪仪等动态测距设备虽然能提供高频率、高精度的实时测距结果，但大部分测距设备都不具有时钟同步功能，其内部时钟往往以设备自身开机时间开始计算。因此为了评价传感器在运动中的测距精度和误差，需要一种能将带硬件触发的测距设备的内部时钟与传感器的上位计算机的内部时钟相互换算的时钟驯服方法。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型目的是提供一种计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，通过信号发生模块对带硬件触发功能设备进行触发，获取计算机与带硬件触发功能设备的时钟关系，从而解决计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，包括，信号发生模块，所述信号发生模块包括连接端口和信号端口；所述连接端口和所述信号端口均设置于所述信号发生模块上，且所述信号发生模块用于产生振荡信号；计算机模块，所述计算机模块与所述信号发生模块相连接，并接收由所述信号发生模块传输的通信包；设备模块，所述设备模块与所述信号发生模块相连接，能够接收所述信号发生模块发送的振荡信号，并被振荡信号触发；传感器模块，所述传感器模块与所述计算机模块相连接，对目标物进行识别。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述信号发生模块与所述计算机模块通过所述连接端口相连接并进行通信。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述信号发生模块与所述设备模块通过信号端口相连接并进行信号传输。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述信号发生模块还包括信号调节器，所述信号调节器用于调节振荡信号的大小和频率。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述计算机模块还包括计算机时钟，所述计算机时钟能够进行计时。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述设备模块还包括设备时钟，所述设备时钟能够进行计时。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述计算机模块还包括时钟同步单元，所述时钟同步单元对所述计算机时钟和所述设备时钟进行时钟驯服。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述信号发生模块包括单片机、DSP或FPGA。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述连接端口包括串口、网口或CAN口。

作为本实用新型所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的一种优选方案，其中：所述信号端口为I/O端口。

本实用新型的有益效果：对于不具有硬件触发功能的传感器来说，与其相连的上位计算机难以与带硬件触发功能测距设备的时钟进行同步，本实用新型通过信号发生模块，使不带硬件触发功能的传感器的上位机算机与带硬件触发功能的设备完成同步，从而实现传感器的测距等功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型第一种实施例所述计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型第二种实施例所述计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统进行时钟驯服的测试流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型中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、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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实用新型中的具体含义。

实施例1

参照图1中的示意，本实施例中的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统包括能够产生振荡信号的信号发生模块100，上位的计算机模块200和设备模块300。具体的，信号发生模块100包括连接端口101和信号端口102；连接端口101能够连接信号发生模块100和计算机模块200，并进行信息的传输；信号端口102，用于连接信号发生模块100和设备模块300，且能够将信号发生模块100产生的振荡信号传输至设备模块300。进一步的，连接端口101可以通过数据线与计算机模块200的端口进行连接，并且信号发生模块100通过连接端口101将通信包传输至计算机模块200；设备模块300接收信号发生模块100发送的振荡信号，并能够被振荡信号触发。

具体的，信号发生模块100包括单片机、DSP或FPGA，信号发生模块100为提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备，在测量电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，作为测试的信号源或激励源。

连接端口101可以为串口、网口或CAN口，其中串口为采用串行通信方式的扩展接口，适用于远距离通信，同时发送的数据量相对小，但传输时速度更快，且传输不易出错；网口为采用以太网通讯协议下的网络数据连接端口，网口的同时发送的数据量大，传输时速度相对有所限制；CAN是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络，信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，且抗干扰能力比较强；信号发生模块100通过连接端口101与计算机模块200相连接，可以理解的是，计算机模块200设置有与连接端口101相匹配的端口，从而实现信号的传输，通常连接端口101的信号传输为双向传输，本实施例中可以为单向传输，即确保信号发生模块100向计算机模块200进行信号的传输。

信号端口102用于连接信号发生模块100和设备模块300并进行振荡信号的传输，信号端口102可以为I/O端口，I/O端口具有设置数据的寄存、缓冲逻辑，进行信息格式的转换，协调传输信息的类型、电平和时序差异等功能。

信号发生模块100还包括信号调节器103，所述信号调节器103用于调节振荡信号的大小和频率。由于信号发生模块100能够输出振荡信号，而振荡信号需要用于触发设备模块300，面对实际应用中的多种设备模块300，其被触发的振荡信号大小和频率各不相同，因此信号发生模块100要能够输出各种类型的振荡信号，振荡信号包括正弦波和脉冲波两大类。

计算机模块200能够数值计算、逻辑计算，且具有存储记忆功能，计算机模块200的内部具有计算机时钟201，能够进行计时，计算机时钟201通常包括硬件时钟和定时计数器，硬件时钟独立于计算机操作系统，在断电状况下也可进行计时工作，定时计数器为硬件和软件结合，能够接收脉冲信号并进行计数。可以理解的是，计算机模块200能够进行计算工作。

计算机模块200还包括时钟同步单元202，所述时钟同步单元202对所述计算机时钟201和所述设备时钟301进行时钟驯服。时钟同步单元202可以为CPU、GPU、单片机等可以进行软件和程序运行的计算芯片，其具有计算功能，例如能够进行线性关系的求解。

设备模块300为需要与计算机模块200完成时钟驯服的设备，本实施例中，设备模块300可以为动态测距设备，如激光测距仪，待测传感器对目标物进行实时测距，设备模块300实时跟踪待测传感器的位置，即可获得待测传感器与目标物的实时真值距离，通常待测传感器与计算机模块200相连接并能够在上位的计算机模块200上运行，设备模块300内部包括设备时钟301，所述设备时钟301能够进行计时。

传感器模块400为与计算机模块200相连接的待测传感器，本实施例中的传感器模块400通常为测距传感器，包括超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器、雷达传感器和视觉传感器等，例如对于视觉传感器中的双目相机，需要对其在运动中的测距性能进行评估，以确定传感器在运动中的测距精度和误差。目标物的位置实现通过设备模块300的测距设备测得；开始试验时，传感器开始运动并开始对目标物进行实时测距，测距设备实时跟踪传感器的位置，即可获得传感器与目标物的实时真值距离。为了评估传感器的实时测距精度，需要将传感器的实时测距结果与其对应时间的与目标物的距离真值进行比较，因此需要将设备模块300和与传感器模块400相连接的计算机模块200的时钟进行同步。

将待测试的传感器模块400与计算机模块200相连接，信号发生模块100通过连接端口101与计算机模块200相连接，通过信号端口102与设备模块300相连接；信号发生模块100通过输出振荡信号，本实施例中为方波振荡信号触发设备模块300，并同时发送通信包至计算机模块200；设备模块300内部的设备时钟301记录设备模块300被触发的时间戳，计算机模块200内部的计算机时钟201记录信号发生模块100发送的通信包到达的时间戳；计算机模块200计算并得出两个时间戳之间的线性关系；根据线性关系计算新的时间戳对应的计算机时钟201的时间戳和新的时间戳对应的设备时钟301的时间戳，完成时钟驯服过程。

需要说明的是，本系统中涉及的测试相关设备均为现有存在的设备，且设备间涉及的线路连接、通信传输技术、设备的安装以及系统控制高精度转台等均为本领域较为成熟的技术手段，由于并不是本实施例的核心技术方案，属于隐含公开的内容，故不做详细描述。

实施例2

基于上述实施例的说明，本实施例将上述设备参照图1的方式进行连接布置构成本测试系统，参照图2，其具体实现测试的工作流程如下：

计算机模块200与传感器模块400相连接，信号发生模块100分别通过连接端口101和信号端口102与计算机模块200和设备模块300相连接。其中，信号发生模块100可以为单片机、FPGA、DSP等，能够输出振荡信号。其中，连接端口101可以为串口、CAN总线、网络等用于通信的端口；通过信号端口102与设备300相连接，信号端口102可以为单片机上的I/O端口，能够作为信号发生模块100与计算机模块200通信传输端口，还可以用于振荡信号的输出。

信号发生模块100输出振荡信号触发设备模块300，同时发送通信包告知计算机模块200设备模块300已被触发。

设备模块300通过设备时钟301记录被触发的时间戳

计算机模块200通过计算机时钟201记录通信包到达的时间戳

其中，设备模块300将其第i个被触发的时间戳记为

共计N个点；计算机模块200将第i个通信包到达的时间戳记为

共计N个点，N至少为2。增大N的值，可以提高最终结果的精确度。

时钟同步单元202将测得的时间戳

和

进行线性回归，得到其线性关系。

具体的，时钟同步单元202将测得的N对时间戳

和

进行线性回归，时间戳

和

的线性关系满足如下公式，

t^C＝k·t^E+α+ε

其中，其中t^C为计算机时钟201记录的时间，t^E为设备时钟301记录的时间，ε为期望为零且方差有限的白噪声，k和α分别为待定的斜率与截距。斜率k和截距α的估计值

和通过以下公式求解最优化值得到，

其中，求解最优化值是指对上式求解最小值，当该式取值最小时，此时对应的k和α的大小分别记作为

和

根据线性关系计算新的时间戳

对应的计算机时钟的时间戳

和新的时间戳

对应的设备时钟的时间戳

其中，根据线性关系计算新的时间戳

和

时，i>N。

具体的，通过斜率k和截距α的估计值

和

进行计算，所述

和

的关系满足如下公式，

所述

和

的关系满足如下公式，

根据以上计算结果，时钟同步单元202能够得到计算机时钟201和设备时钟301所示时间的相互关系，即完成了时钟驯服的过程。

应当认识到，本实用新型的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本实用新型的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的实用新型包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本实用新型所述的方法和技术编程时，本实用新型还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本实用新型优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：包括，

信号发生模块(100)，所述信号发生模块(100)包括连接端口(101)和信号端口(102)；所述连接端口(101)和所述信号端口(102)均设置于所述信号发生模块(100)上，且所述信号发生模块(100)用于产生振荡信号；

计算机模块(200)，所述计算机模块(200)与所述信号发生模块(100)相连接，并接收由所述信号发生模块(100)传输的通信包；

设备模块(300)，所述设备模块(300)与所述信号发生模块(100)相连接，能够接收所述信号发生模块(100)发送的振荡信号，并被振荡信号触发；

传感器模块(400)，所述传感器模块(400)与所述计算机模块(200)相连接，对目标物进行识别。

2.如权利要求1所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述信号发生模块(100)与所述计算机模块(200)通过所述连接端口(101)相连接并进行通信。

3.如权利要求1或2所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述信号发生模块(100)与所述设备模块(300)通过信号端口(102)相连接并进行信号传输。

4.如权利要求3所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述信号发生模块(100)还包括信号调节器(103)，所述信号调节器(103)用于调节振荡信号的大小和频率。

5.如权利要求1、2或4任一所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述计算机模块(200)还包括计算机时钟(201)，所述计算机时钟(201)能够进行计时。

6.如权利要求5所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述设备模块(300)还包括设备时钟(301)，所述设备时钟(301)能够进行计时。

7.如权利要求6所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述计算机模块(200)还包括时钟同步单元(202)，所述时钟同步单元(202)对所述计算机时钟(201)和所述设备时钟(301)进行时钟驯服。

8.如权利要求6或7所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述信号发生模块(100)包括单片机、DSP或FPGA。

9.如权利要求8所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述连接端口(101)包括串口、网口或CAN口。

10.如权利要求9所述的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服系统，其特征在于：所述信号端口(102)为I/O端口。

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