帶濾波的低頻載波接收裝置及方法
2023-08-11 02:38:11 1
帶濾波的低頻載波接收裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種帶濾波的低頻載波接收裝置及方法，該裝置包括：低頻載波配置模塊（A），用於初始化低頻接收寄存器，以及配置載波模式；載波波形採集與濾波處理模塊（B），用於接收載波信號，同時進行濾波，還原原始波形；解析、存儲數據模塊（C），用於將所述原始波形解析成對應的數據，並將其存儲起來。本發明解決了低頻載波接收成功率低，接收寬電平困難，近距離無法激活的問題。
【專利說明】帶濾波的低頻載波接收裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶濾波的TPMS (胎壓監測系統)低頻載波接收方法及裝置。
【背景技術】
[0002]胎壓監測系統(TPMS)以胎壓傳感裝置為載體，其主要功能是監控、顯示及確認輪胎的工作狀態，對輪胎出現的異常狀況(如超壓、欠壓、超溫、氣壓突變等)及時報警，並通過聲光、數字顯示當前的狀況，以保障行車安全，防止爆胎，同時保證汽車輪胎長期處於合理使用狀態。
[0003]目前全球市場上有上百種TPMS協議，這些協議覆蓋了不同年款的上千種車型，不同類型的協議所採用的激活方式往往不同。常見的激活方式主要有低頻激活(即發送一段低頻時序激活胎壓傳感器的激活方式)、放氣激活、磁性激活等。
[0004]目前絕大部分協議都支持低頻激活功能，而匹配碼(即報文)激活和載波激活方式是低頻激活的主要方式，前者在低頻配置為報文模式下自動接收低頻時序，是一種依賴於硬體接收解碼的激活方式；而後者則是在載波模式下由程序接收低頻時序，是一種通過軟體接收解碼的方式。
[0005]當前的協議中有很大一部分是採用低頻載波激活的方式，與之對應的低頻載波接收則是長期困擾設計人員的一大難點。晶片提供的低頻載波配置使得載波接收成為可能，但現有的載波接收技術仍存在很多的不足和值得改進的地方。
[0006]現有的技術主要是將晶片配置為載波模式，直接將激活工具發送的載波信號完整的接收下來，再作進一步的處理。
[0007]現有技術無濾波操作，往往很難將載波信號完整地接收下來，尤其是在以下兩種情況下表現得最為明顯:1)當載波信號的電平寬度較大(IOms以上)時，中途一旦出現毛刺，就很容易導致接收失敗；2)由於激活工具自身可能攜帶部分雜波，在近距離激活時，雜波可能會被放大，無濾波操作會使得接收的波形含有大量雜波，從而導致近距離無法激活。
[0008]綜上所述，不帶濾波的方法存在接收成功率低，激活速度慢，寬電平接收困難，近距離無法激活等問題。本發明旨在通過濾波處理，解決低頻載波接收中出現的上述各種問題。
【發明內容】
[0009]基於此，本發明提供了一種帶濾波的低頻載波接收裝置及方法，解決低頻載波接收成功率低，接收寬電平困難，近距離無法激活的問題。
[0010]本發明提供了一種帶濾波的低頻載波接收裝置，該裝置包括:
[0011]低頻載波配置模塊，用於初始化低頻接收寄存器，以及配置載波模式；
[0012]載波波形採集與濾波處理模塊，用於接收載波信號，同時進行濾波，還原原始波形；
[0013]解析、存儲數據模塊，用於將所述原始波形解析成對應的數據，並將其存儲起來。[0014]優選的，低頻載波配置模塊配置的載波模式包括載波接收模式、載波和報文交替偵測模式、報文模式中的任一種。
[0015]優選的，載波波形採集與濾波處理模塊在濾波時，濾波寬度滿足如下條件:W2〈=Wb〈=2/3*Wl，Wl為預設實際接收波形的最短寬度，W2為預設允許的最大雜波寬度，Wb為在允許的最大雜波寬度W2與實際接收波形的最短寬度Wl之間確定的基本的濾波寬度。
[0016]優選的，解析、存儲數據模塊用於按照脈寬與數據的對應關係，將所述原始波形解析成具體的數據存儲起來。
[0017]本發明還提供了一種帶濾波的低頻載波接收方法，該方法包括如下步驟，
[0018]步驟11，由低頻載波配置模塊對低頻接收寄存器進行初始化，以及配置載波模式；
[0019]步驟12，由載波波形採集與濾波處理模塊接收載波信號，同時進行濾波，還原原始波形；
[0020]步驟13，由解析、存儲數據模塊將通過載波波形採集與濾波處理模塊還原的原始波形解析成對應的數據，並將其存儲起來。
[0021]優選的，步驟11中載波模式包括載波接收模式、載波和報文交替偵測模式、報文模式中的任一種。
[0022]優選的，步驟12中，濾波包括如下步驟:
[0023]步驟121，設置濾波寬度，選擇濾波時鐘周期，記錄濾波核心參數；
[0024]步驟122，進行濾波；
[0025]步驟123，設置濾波退出機制。
[0026]優選的，步驟121中，濾波寬度滿足如下條件:W2〈=Wb〈=2/3*Wl，Wl為預設實際接收波形的最短寬度，W2為預設允許的最大雜波寬度，Wb為在允許的最大雜波寬度W2與實際接收波形的最短寬度Wl之間確定的基本的濾波寬度；
[0027]選擇定時器或晶振產生的時鐘周期作為濾波時鐘周期，即接收電平脈寬的基本單位；
[0028]核心參數包括當前電平狀態，電平持續寬度，一個周期內的總電平寬度，高電平寬度，低電平覽度。
[0029]優選的，步驟122中，進行濾波包括如下步驟，以單個電平脈寬為基本操作單元，首先比較低頻檢測輸出埠的值與當前的電平是否相等，若兩者相等，則直接對當前電平寬度累加，定時器清零；若兩者不同，則認為當前電平寬度小於濾波寬度的跳變不是有效跳變，處理時過濾掉此類電平，並將此類電平寬度累加到當前電平寬度裡面；
[0030]只有當跳變電平寬度持續到大於等於濾波寬度時，才認為發生了有效的跳變，此時立即將濾波寬度的值賦給跳變後的電平的寬度累計值，定時器清零後接著計數；因為有效跳變已發生，表明上一個電平寬度記錄完成，需立即將其存儲起來。
[0031]優選的，步驟13中，包括如下步驟:由解析、存儲數據模塊將原始波形，按照既定的脈寬與數據的對應關係，將所述原始波形解析成具體的數據存儲起來。
[0032]本發明的有益效果在於:
[0033]1、本發明操作簡單，實用，可靠，可有效地解決低頻載波接收成功率低，接收寬電平困難，近距離無法激活的問題。[0034]2、本發明採用了濾波處理，可以大幅度地增強晶片載波接收的抗幹擾能力，使原始波形得到很好的還原，無論是激活的距離，速度，激活的機率都將會大大增加。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是本發明提供的低頻載波接收結構框圖；
[0036]圖2是本發明提供的載波檢測的時序圖；
[0037]圖3是本發明提供的應用一個實施例濾波後的效果圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體的實施例及附圖對的技術方案進行詳細的描述，以使其更加清楚。以下實施例僅為了描述本發明所列舉的較為詳細的實施例，並不作為對本發明的限定。
[0039]本發明所涉及的低頻載波接收處理流程如圖1所示:該處理主要包含低頻載波配置模塊A，主要負責低頻接收寄存器的初始化，以及載波模式的配置等；載波波形採集與濾波處理模塊B，該模塊負責接收載波信號，同時濾除雜波，還原原始波形；解析、存儲數據模塊C，主要在模塊B的條件下將特定寬度的電平解析成對應的數據，並將其存儲起來以備後用。
[0040]下面分別介紹該方案各模塊的具體實現方法:
[0041]I)低頻載波配置:
[0042]由於低頻載波接收的效果和低頻載波配置息息相關，恰當的配置有利於改善載波接收效果，以下為必要的低頻配置項:
[0043]( I)模式配置:
[0044]若協議只支持載波激活方式，則直接配置為載波接收模式(Carrier Mode);若協議同時支持載波和報文模式，則應配置為載波和報文交替偵測的模式(alternate Mode)；否則配置為報文模式(Message Mode)；
[0045]( 2 )載波喚醒條件設置:
[0046]如圖2所示，上電恢復時間D，是由晶片從掉電到上電切換的時間決定；低頻採樣時間間隔E，決定採樣的頻率；低頻採樣開啟時間F，表示低頻檢測打開的時間，它與E共同決定晶片的靜態功耗；載波檢測時間G，它是指在低頻採樣開啟時間內，喚醒MCU需要檢測到的最短高電平寬度；載波接收時間H表示當載波檢測時間G達到設置值，MCU (MicroControl Unit,微控制單元)已被喚醒,此時即可接收數據；在應用過程中，低頻採樣時間間隔E、低頻採樣開啟時間F、載波檢測時間G要根據實際情況靈活配置，既要考慮晶片靜態功耗，也要兼顧實際接收波形的寬度保證接收能穩定的在有效數據到達之前喚醒MCU。
[0047](3)靈敏度和衰減電阻設置:
[0048]此外,低頻靈敏度(Sensitivity Control:一般設置為較高的靈敏度)以及衰減電阻(Attenuator Select:一般設置為較小的衰減等級)的設置應根據實際接收的效果進行匹配調整。
[0049]2)濾波處理
[0050]低頻載波配置好之後，當喚醒源確定為載波喚醒之後立即進入載波接收，此時通過識別低頻檢測輸出埠 一LFD0 (LF Detector Output)可獲得當前載波接收下來的原始電平。由於LFDO自身抗幹擾能力很差，隨時都可能發生跳變，這就使得接收數據發生錯誤，導致激活失敗。因此，市場上的胎壓檢測晶片往往都不可避免的存在很難接收寬電平的問題。
[0051]以下是本發明中濾波的基本操作:
[0052](a)濾波寬度設置
[0053]為了達到一個較好的濾波效果，首先，必須確定實際接收波形的最短寬度Wl並通過採集足夠多的雜波波形觀察其電平寬度範圍確定一個允許的最大雜波寬度W2，再根據Wl和W2確定一個基本的濾波寬度Wb，為了提高濾波的可靠性，必須保證Wb滿足:W2<=ffb<=2/3*ffI ο
[0054]( b )濾波的時鐘選擇:
[0055]為了提高濾波的精度，可利用定時器或其他較高頻率的晶振產生的時鐘周期作為接收電平脈寬的基本單位(Wu)，且經過分頻之後必須保證此基本單位為微秒(us)級別。
[0056](C)必備核心參數:
[0057]濾波時必須記錄下以下幾個關鍵的參數:當前電平狀態(LevelState:高/低)，電平持續寬度(LevelWidthCnt)，一個周期內的總電平寬度(TotalLevelffidthForOnePeriod),高電平寬度(HighLevelWidth),低電平寬度(LowLeveIffidth)。
[0058](d)常規濾波:
[0059]濾波時，以單個電平脈寬為基本操作單元，首先比較LFDO的值與當前的電平是否相等，若兩者相等，則直接累加，定時器清零；若兩者不同，則認為電平寬度小於上述濾波寬度Wb的跳變不是有效跳變，處理時會過濾掉此類電平，並將此類電平寬度累加到當前電平寬度裡面；只有當跳變電平寬度持續到大於等於濾波寬度Wb時，才認為發生了有效的跳變，此時立即將Wb的值賦給下一個電平的寬度累計值，定時器清零後接著計數；因為有效跳變已發生，表明上一個電平寬度記錄完成，需立即將其存儲起來；為了保證濾波的可靠性，濾波過程中的任何程序的執行時間都必須考慮在內，因此，定時器的值需要隨時存儲並及時清零重新計數；之後便是重複上述操作，即可還原原始波形。
[0060](e)瞬間毛刺濾波:
[0061]濾波時，為了去除瞬間毛刺(電平寬度在微秒級別)，可以在上述d的基礎上，當LFDO與當前電平相同時，根據需要設置累計相同電平確認的次數N，即可消除N個瞬間毛刺。例如設置N=3，則最多可以過濾掉相同電平之間的3個瞬間毛刺；
[0062](f)退出機制:
[0063]在整個低頻載波接收和濾波過程中，都必須設置嚴格的濾波退出機制。
[0064]濾波退出機制」就是指濾波退出的條件。比如常見的超時退出、接收錯誤退出，接收完整且正確退出。
[0065](I)首先，必須根據實際接收的波形，設置超時退出機制，不同的協議所支持的高低電平的有效寬度的範圍往往不一致，因此，需要根據實際情況分別設置高電平超時(HighOverFlowTime)退出和低電平超時(LowOverFlowTime)退出機制。
[0066](2)其次，在濾波過後，數據解析的過程中發現波形寬度不滿足要求時，可以選擇繼續濾波接收直至出現有效數據；也可以退出本次接收，等待下一次載波喚醒。[0067](3)此外，在接收完正常波形後也必須能夠及時退出接收和濾波的過程；
[0068]3)數據解析與存儲
[0069]此過程主要是建立在濾波處理的操作上，根據濾波處理中還原的原始波形，按照協議中既定的脈寬與數據的對應關係，將波形解析成具體的數據，以字節為單位存儲起來，供後續的命令識別與反饋處理。實際操作時，濾波處理與數據解析和存儲是交替進行的，即一旦濾波處理還原出一個bit的數據所對應的波形後，立即將其解析成對應的數據，並按照接收的先後順序一個位一個位地存儲起來，重複此過程直至低頻載波接收完成。至此，帶濾波的低頻載波接收就完成了。
[0070]3.現在舉例說明如何靈活的進行載波接收配置以及濾波後的效果圖
[0071]如圖3所示，圖中第一條是原始的載波激活波形，第二條是未經處理的LFDO的波形,第三條是濾波後的波形。從原始的激活來看,前面一部分是Ims高，IOms低交替，後面有效數據部分一開始是高4.5ms，之後的低電平都是1ms，高電平在0.6-2ms之間，一幀激活時序結束時的低電平寬度約17ms，而採集的雜波脈寬絕大部分都在400us以下。
[0072]由上述條件可知:低頻配置應配置為載波接收模式(Carrier Mode)，低頻採樣時間間隔E=16ms ;低頻採樣開啟時間F=4ms ;載波檢測時間G=512us ;低頻靈敏度設置 Sensitivity Control=High ;衰減電阻設置 Attenuator Select=1w ；ffl=600us,W2=400us,故選擇Wb=400us比較恰當，時鐘分頻後的基本單位選擇Wu=Ius ;初始電平取為低LevelState=O ;相同電平確認的次數N=3 ;高電平超時時間High0verFlowTime=10ms,低電平超時時間Low0verFlowTime=15ms ;根據上述原來濾波後即可得到第三條波形,通過對比可以發現，LFDO前面一段雜波已被很好地濾除，後面的有效數據部分也得到很好的還原。若只是簡單的處理LFDO的波形，很難收到完整的數據；而濾波處理則可以大幅度地增強晶片接收的抗幹擾能力，使原始波形得到很好的還原，無論是激活的距離，速度，激活的機率都將會大大增加。
[0073]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種帶濾波的低頻載波接收裝置，其特徵在於，該裝置包括: 低頻載波配置模塊(A)，用於初始化低頻接收寄存器，以及配置載波模式； 載波波形採集與濾波處理模塊(B)，用於接收載波信號，同時進行濾波，還原原始波形； 解析、存儲數據模塊(C )，用於將所述原始波形解析成對應的數據，並將其存儲起來。
2.根據權利要求1所述的帶濾波的低頻載波接收裝置，其特徵在於，低頻載波配置模塊(A)配置的載波模式包括載波接收模式、載波和報文交替偵測模式、報文模式中的任一種。
3.根據權利要求1所述的帶濾波的低頻載波接收裝置，其特徵在於，載波波形採集與濾波處理模塊(B)在濾波時，濾波寬度滿足如下條件:W2〈=Wb〈=2/3*Wl，Wl為預設實際接收波形的最短寬度，W2為預設允許的最大雜波寬度，Wb為在允許的最大雜波寬度W2與實際接收波形的最短寬度Wl之間確定的基本的濾波寬度。
4.根據權利要求1所述的帶濾波的低頻載波接收裝置，其特徵在於，解析、存儲數據模塊(C)用於按照脈寬與數據的對應關係，將所述原始波形解析成具體的數據存儲起來。
5.一種帶濾波的低頻載波接收方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟， 步驟11，由低頻載波配置模塊(A)對低頻接收寄存器進行初始化，以及配置載波模式； 步驟12，由載波波形採集與濾波處理模塊(B)接收載波信號，同時進行濾波，還原原始波形； 步驟13，由解析、存儲數據模塊(C)將通過載波波形採集與濾波處理模塊(B)還原的原始波形解析成對應的數據，並將其存儲起來。
6.根據權利要求5所述的帶濾波的低頻載波接收方法，其特徵在於，步驟11中載波模式包括載波接收模式、載波和報文交替偵測模式、報文模式中的任一種。
7.根據權利要求5所述的帶濾波的低頻載波接收方法，其特徵在於，步驟12中，濾波包括如下步驟: 步驟121，設置濾波寬度，選擇濾波時鐘周期，記錄濾波核心參數； 步驟122，進行濾波； 步驟123，設置濾波退出機制。
8.根據權利要求7所述的帶濾波的低頻載波接收方法，其特徵在於，步驟121中，濾波寬度滿足如下條件:W2〈=Wb〈=2/3*Wl，Wl為預設實際接收波形的最短寬度，W2為預設允許的最大雜波寬度，Wb為在允許的最大雜波寬度W2與實際接收波形的最短寬度Wl之間確定的基本的濾波寬度； 選擇定時器或晶振產生的時鐘周期作為濾波時鐘周期，即接收電平脈寬的基本單位； 核心參數包括當前電平狀態，電平持續寬度，一個周期內的總電平寬度，高電平寬度，低電平寬度。
9.根據權利要求8所述的帶濾波的低頻載波接收方法，其特徵在於， 步驟122中，進行濾波包括如下步驟，以單個電平脈寬為基本操作單元，首先比較低頻檢測輸出埠的值與當前的電 平是否相等，若兩者相等，則直接對當前電平寬度累加，定時器清零；若兩者不同，則認為當前電平寬度小於濾波寬度(Wb)的跳變不是有效跳變，處理時過濾掉此類電平，並將此類電平寬度累加到當前電平寬度裡面；只有當跳變電平寬度持續到大於等於濾波寬度(Wb)時，才認為發生了有效的跳變，此時立即將濾波寬度(Wb)的值賦給跳變後的電平的寬度累計值，定時器清零後接著計數；因為有效跳變已發生，表明上一個電平寬度記錄完成，需立即將其存儲起來。
10.根據權利要求5所述的帶濾波的低頻載波接收方法，其特徵在於，步驟13中，包括如下步驟:由解析、存儲數據模塊(C)將原始波形，按照既定的脈寬與數據的對應關係，將所述原始波形解析成具體 的數據存儲起來。
【文檔編號】H04B1/10GK103888158SQ201410090345
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】羅永良, 谷韜, 閆浩, 楊文
申請人:深圳市道通科技有限公司