传感器时间同步制造技术

本发明专利技术涉及用于接收测量值并且输出数据采样的传感器，其具有用于存储传感器时间的至少一个第一寄存器，所述传感器时间包含关于数据采样的相位和/或周期的时间信息，其中第一寄存器是外部可读的。本发明专利技术的核心在于，传感器包含外部可写的至少一个第二寄存器，通过所述至少一个第二寄存器可调节传感器中的数据采样的相位和/或周期。本发明专利技术也涉及具有至少一个根据本发明专利技术的传感器和外部控制单元的传感器系统，借助所述外部控制单元至少一个第一寄存器是可读的并且至少一个第二寄存器是可写的。本发明专利技术也涉及具有至少一个根据本发明专利技术的传感器系统的传感器融合系统，所述传感器系统具有至少两个根据本发明专利技术的传感器。本发明专利技术也涉及用于根据本发明专利技术的传感器系统中或根据本发明专利技术的传感器融合系统中调节数据采样的相位和/或周期的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器时间同步
技术介绍
例如在公开文献US20110164163A1中描述了借助移动设备上的显示的传感器数据同步。在此涉及传感器的同步和一般性增强现实(AugmentedReality)，而不涉及用于校正各个数据点及其在时间上的相互错位的方法。US8050881B1描述了传感器中的本地时钟与另一个时钟的同步和时间内插。然而，在此仅仅考虑(整数的)测量的时刻，而不考虑数据产生和从传感器中读取之间的延迟。也不考虑或者主动消除不同传感器相互间的异步。US7382780B1描述了借助采样计数器和实时时钟的事后时间同步以及数据帧的汇总。传感器数据融合需要系统中的多个传感器，由所述多个传感器计算新的目标参量。例如可以通过加速度传感器和转速传感器的值序列由刚性物体的初始位置近似计算后来时刻的位置。例如，在加速度传感器、转速传感器和地磁场传感器的数据的融合时，所述系统甚至经常是超定的，从而通过适合的滤波器——例如卡尔曼滤波器可以使误差最小化。在实际中使用的用于计算目标参量的算法考虑各个传感器的测量点是等距的并且不具有相移。数据率通常是相同的或是彼此多倍的，例如在加速度传感器和转速传感器中，它们都以100Hz提供传感器数据，得到图1中的图。通常在由一个控制单元和多个传感器组成的系统上发生传感器数据融合。图2示出所述系统的可能结构。多个传感器A至N与一个共同的控制单元连接。控制单元可以以处理器或微控制器上的软件或以专用硬件实现。传感器通常由MEMS元件、模拟前端和数字后端组成。传感器通常以可配置的频率提供新的数据并且将其保存在数字后端中。数字后端经常包含暂存数据的FIFO存储器，例如BoschSensortec公司的三轴加速度传感器BMA255Digital，因此控制单元很少必须获取数据，这可以实现节能。传感器通常不是同步的并且传感器的输出数据率取决于周围环境参数——如温度。如在图3中示意性示出的那样，传感器提供异步的数据。当今，通常从传感器读取异步的传感器数据，而控制单元将时间戳设置到读取时刻，由此人为地同步所述传感器数据。这在传感器数据融合时导致所计算的一个或多个目标参量中的误差。如果将相应传感器的数字后端中的数据存储在FIFO中，则同步更困难，因为对于FIFO中的所有传感器数据而言读取时刻是相同的。如果回算在传感器中调节的数据率，则数据上的时间戳甚至可能强烈地扩散。对此，图4示出例如以下情形：在传感器A的FIFO中的第12个元素之后接收传感器B的FIFO中的第11个元素。当今存在多种可能性来完全同步不同的传感器。第一种可能性是所谓的强制模式(ForcedMode)。在此，当传感器通过数字接口例如由控制单元触发时，传感器开始测量，例如在BoschSensortec公司的电子罗盘BMC050中。这通常通过对数字后端的寄存器的读或写实现。第二种可能性在于外部同步连接端的使用。在此除数字接口以外，传感器具有外部引脚，在所述引脚上施加来自控制单元、另一个传感器或系统中的另一个组件的同步信号。如果使用FIFO，则可以通过以下方式实现部分同步：对于所有传感器使用一个共同的FIFO。部分同步避免在图4中示出的FIFO特定的同步问题(数据超越(vonDaten))。所述解决方案经常用于使用微控制器作为传感器枢纽(Sensorhub)的系统——例如Lapis公司的ML610Q792中。此外，存在以下传感器：所述传感器在数字后端中集成具有用于所连接的所有传感器的FIFO的传感器枢纽——例如Invensense公司的转速传感器MPU3050。同步问题的以上提出的解决方案可能伴随不利。强制模式对控制单元提出当今在市场主导的系统中没有给出的实时要求，并且没有预期将来满足所述实时要求。外部同步引脚引起传感器中的附加成本并且通过布线也引起系统中的附加成本。
技术实现思路
本专利技术涉及用于接收测量值以及输出数据采样的传感器，所述传感器具有用于存储传感器时间的至少一个第一寄存器，所述传感器时间包含关于数据采样的相位和/或周期的时间信息，其中第一寄存器是外部可读的。本专利技术的核心在于，传感器包含至少一个第二寄存器，所述至少一个第二寄存器是外部可写的，通过所述至少一个第二寄存器，传感器中的数据采样的相位和/或周期是可调节的。本专利技术也涉及具有至少一个根据本专利技术的传感器和外部控制单元的传感器系统，借助所述外部控制单元，所述至少一个第一寄存器是可读的并且所述至少一个第二寄存器是可写的。本专利技术也涉及具有至少一个根据本专利技术的传感器系统的传感器融合系统，所述至少一个根据本专利技术的传感器系统具有至少两个根据本专利技术的传感器。本专利技术还涉及用于在根据本专利技术的传感器系统或根据本专利技术的传感器融合系统中调节数据采样的相位和/或周期的方法。本专利技术能够有利地实现传感器时间与通常控制单元的实施数据融合的组件的时间的同步。当今，传感器通常已经实现内部使用的采样定时器，以便确定传感器何时开始新的测量。所述采样定时器扩展有用于传感器时间(Sensortime)的采样计数器。有利地，控制单元可以相对于其系统时钟非常准确地测量数据采样的输出数据率，因为传感器时间(采样计数器、采样定时器)能够实现子采样精度。因此，求取两个时钟的有理分数比例。随后均衡传感器的输出率，其中有利地同样使用子采样精度，即可以通过寄存器“调节”和/或“偏置”来调节传感器时钟及其输出率之间的有理分数比例。有利地，多个传感器例如通过数据总线与控制单元连接并且借助所述控制单元同步。在此有利地，例如能够实现数据的共同查询。同样能够实现与总线节拍的均衡，这简化数据传输。有利地，在根据本专利技术的装置中借助根据本专利技术的方法能够匹配传感器的数据率。在此有利地，不事后同步传感器数据，而是在传感器自身中如此调节数据的生成，使得所述生成同步地进行。附图说明附图示出：图1示意性示出现有技术中的两个传感器A和B的同步数据输出，其中每10ms一次采样；图2示出现有技术中具有多个传感器的控制单元；图3示意性示出现有技术中的两个传感器A和B的异步数据输出；图4示意性示出现有技术中具有FIFO存储器的两个传感器A和B的异步数据输出；图5示出具有两个外部可访问的寄存器“采样定时器”和“采样计数器”的传感器，其与控制单元连接；图6示出具有附加寄存器“调节”和“偏置”的根据本专利技术的传感器，其与控制单元连接；图7示意性示出根据本专利技术的用于传感器同步的方法的控制单元和传感器之间的通信的流程；图8示出具有附加寄存器“调节”和“偏置”的根据本专利技术的多个传感器，其与控制单元连接。具体实施方式图5示出具有两个外部可访问的寄存器“采样定时器(SampleTimer)”和“采样计数器(SampleCounter)”的传感器。设有在现有技术中已知的具有采样计数器的传感器，以便测量数据采样之间的时间。为此，传感器中的采样计数器在内部可供使用。在没有预先公开的专利申请DE102012207026.5中描述了一种传感器，其包含寄存器“采样定时器”和寄存器“采样计数器”，如在图5中示出的那样。寄存器“采样定时器”包含一个采样内的持续时间并且以每一个新的采样的开始重置。寄存器“采样计数器”计数采样。所述两个寄存器的内容形成传感器时间SensorTime并且可从外部——例如控制单元访问。传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于接收测量值以及输出数据采样的传感器，所述传感器具有用于存储传感器时间的至少一个第一寄存器，所述传感器时间包含关于所述数据采样的相位和/或周期的时间信息，其中，所述第一寄存器是外部可读的，其特征在于，所述传感器包含至少一个第二寄存器，所述至少一个第二寄存器是外部可写的，通过所述至少一个第二寄存器，所述传感器中的所述数据采样的相位和/或周期是可调节的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.27 DE 102012207138.51.一种用于接收测量值以及输出数据采样的传感器，所述传感器具有用于存储传感器时间的至少一个第一寄存器，所述传感器时间包含关于所述数据采样的相位和/或周期的时间信息，其中，所述第一寄存器是外部可读的，其特征在于，所述传感器包含至少一个第二寄存器，所述至少一个第二寄存器是外部可写的，通过所述至少一个第二寄存器，所述传感器中的所述数据采样的相位和/或周期是可调节的。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器包含至少一个第二寄存器“调节”和/或至少一个第二寄存器“偏置”，通过所述至少一个第二寄存器“调节”，所述传感器中的数据采样的周期是可调节的，通过所述至少一个第二寄存器“偏置”，所述传感器中的数据采样的相位是可调节的。3.一种传感器系统，其具有至少一个根据权利要求1或2所述的传感器并且具有外部控制单元，借助所述外部控制单元，所述至少一个第一寄存器是可读的并且所述至少一个第二寄存器是可写...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·比希勒，G·拉梅尔，G·雷茨，R·多施，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE