CN103888158B - 带滤波的低频载波接收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带滤波的低频载波接收装置及方法，该装置包括：低频载波配置模块（A），用于初始化低频接收寄存器，以及配置载波模式；载波波形采集与滤波处理模块（B），用于接收载波信号，同时进行滤波，还原原始波形；解析、存储数据模块（C），用于将所述原始波形解析成对应的数据，并将其存储起来。本发明解决了低频载波接收成功率低，接收宽电平困难，近距离无法激活的问题。

Description

带滤波的低频载波接收装置及方法

技术领域

本发明涉及一种带滤波的TPMS（胎压监测系统）低频载波接收方法及装置。

背景技术

胎压监测系统（TPMS）以胎压传感装置为载体，其主要功能是监控、显示及确认轮胎的工作状态，对轮胎出现的异常状况(如超压、欠压、超温、气压突变等)及时报警,并通过声光、数字显示当前的状况，以保障行车安全,防止爆胎,同时保证汽车轮胎长期处于合理使用状态。

目前全球市场上有上百种TPMS协议，这些协议覆盖了不同年款的上千种车型，不同类型的协议所采用的激活方式往往不同。常见的激活方式主要有低频激活（即发送一段低频时序激活胎压传感器的激活方式）、放气激活、磁性激活等。

目前绝大部分协议都支持低频激活功能，而匹配码（即报文）激活和载波激活方式是低频激活的主要方式，前者在低频配置为报文模式下自动接收低频时序，是一种依赖于硬件接收解码的激活方式；而后者则是在载波模式下由程序接收低频时序，是一种通过软件接收解码的方式。

当前的协议中有很大一部分是采用低频载波激活的方式，与之对应的低频载波接收则是长期困扰设计人员的一大难点。芯片提供的低频载波配置使得载波接收成为可能，但现有的载波接收技术仍存在很多的不足和值得改进的地方。

现有的技术主要是将芯片配置为载波模式，直接将激活工具发送的载波信号完整的接收下来，再作进一步的处理。

现有技术无滤波操作，往往很难将载波信号完整地接收下来，尤其是在以下两种情况下表现得最为明显：1）当载波信号的电平宽度较大（10ms以上）时，中途一旦出现毛刺，就很容易导致接收失败；2）由于激活工具自身可能携带部分杂波，在近距离激活时，杂波可能会被放大，无滤波操作会使得接收的波形含有大量杂波，从而导致近距离无法激活。

综上所述，不带滤波的方法存在接收成功率低，激活速度慢，宽电平接收困难，近距离无法激活等问题。本发明旨在通过滤波处理，解决低频载波接收中出现的上述各种问题。

发明内容

基于此，本发明提供了一种带滤波的低频载波接收装置及方法，解决低频载波接收成功率低，接收宽电平困难，近距离无法激活的问题。

本发明提供了一种带滤波的低频载波接收装置，该装置包括：

低频载波配置模块，用于初始化低频接收寄存器，以及配置载波模式；

载波波形采集与滤波处理模块，用于接收载波信号，同时进行滤波，还原原始波形；

解析、存储数据模块，用于将所述原始波形解析成对应的数据，并将其存储起来。

优选的，低频载波配置模块配置的载波模式包括载波接收模式、载波和报文交替侦测模式、报文模式中的任一种。

优选的，载波波形采集与滤波处理模块在滤波时，滤波宽度满足如下条件：W2<=Wb<=2/3*W1，W1为预设实际接收波形的最短宽度，W2为预设允许的最大杂波宽度，Wb为在允许的最大杂波宽度W2与实际接收波形的最短宽度W1之间确定的基本的滤波宽度。

优选的，解析、存储数据模块用于按照脉宽与数据的对应关系，将所述原始波形解析成具体的数据存储起来。

本发明还提供了一种带滤波的低频载波接收方法，该方法包括如下步骤，

步骤11，由低频载波配置模块对低频接收寄存器进行初始化，以及配置载波模式；

步骤12，由载波波形采集与滤波处理模块接收载波信号，同时进行滤波，还原原始波形；

步骤13，由解析、存储数据模块将通过载波波形采集与滤波处理模块还原的原始波形解析成对应的数据，并将其存储起来。

优选的，步骤11中载波模式包括载波接收模式、载波和报文交替侦测模式、报文模式中的任一种。

优选的，步骤12中，滤波包括如下步骤：

步骤121，设置滤波宽度，选择滤波时钟周期，记录滤波核心参数；

步骤122，进行滤波；

步骤123，设置滤波退出机制。

优选的，步骤121中，滤波宽度满足如下条件：W2<=Wb<=2/3*W1，W1为预设实际接收波形的最短宽度，W2为预设允许的最大杂波宽度，Wb为在允许的最大杂波宽度W2与实际接收波形的最短宽度W1之间确定的基本的滤波宽度；

选择定时器或晶振产生的时钟周期作为滤波时钟周期，即接收电平脉宽的基本单位；

核心参数包括当前电平状态，电平持续宽度，一个周期内的总电平宽度，高电平宽度，低电平宽度。

优选的，步骤122中，进行滤波包括如下步骤，以单个电平脉宽为基本操作单元，首先比较低频检测输出端口的值与当前的电平是否相等，若两者相等，则直接对当前电平宽度累加，定时器清零；若两者不同，则认为当前电平宽度小于滤波宽度的跳变不是有效跳变，处理时过滤掉此类电平，并将此类电平宽度累加到当前电平宽度里面；

只有当跳变电平宽度持续到大于等于滤波宽度时，才认为发生了有效的跳变，此时立即将滤波宽度的值赋给跳变后的电平的宽度累计值，定时器清零后接着计数；因为有效跳变已发生，表明上一个电平宽度记录完成，需立即将其存储起来。

优选的，步骤13中，包括如下步骤：由解析、存储数据模块将原始波形，按照既定的脉宽与数据的对应关系，将所述原始波形解析成具体的数据存储起来。

本发明的有益效果在于：

1、本发明操作简单，实用，可靠，可有效地解决低频载波接收成功率低，接收宽电平困难，近距离无法激活的问题。

2、本发明采用了滤波处理，可以大幅度地增强芯片载波接收的抗干扰能力，使原始波形得到很好的还原，无论是激活的距离，速度，激活的几率都将会大大增加。

附图说明

图1是本发明提供的低频载波接收结构框图；

图2是本发明提供的载波检测的时序图；

图3是本发明提供的应用一个实施例滤波后的效果图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例及附图对的技术方案进行详细的描述，以使其更加清楚。以下实施例仅为了描述本发明所列举的较为详细的实施例，并不作为对本发明的限定。

本发明所涉及的低频载波接收处理流程如图1所示：该处理主要包含低频载波配置模块A，主要负责低频接收寄存器的初始化，以及载波模式的配置等；载波波形采集与滤波处理模块B，该模块负责接收载波信号，同时滤除杂波，还原原始波形；解析、存储数据模块C，主要在模块B的条件下将特定宽度的电平解析成对应的数据，并将其存储起来以备后用。

下面分别介绍该方案各模块的具体实现方法：

1）低频载波配置：

由于低频载波接收的效果和低频载波配置息息相关，恰当的配置有利于改善载波接收效果，以下为必要的低频配置项：

（1）模式配置：

若协议只支持载波激活方式，则直接配置为载波接收模式（Carrier Mode）；若协议同时支持载波和报文模式，则应配置为载波和报文交替侦测的模式（alternate Mode）；否则配置为报文模式（Message Mode）；

（2）载波唤醒条件设置：

如图2所示，上电恢复时间D，是由芯片从掉电到上电切换的时间决定；低频采样时间间隔E，决定采样的频率；低频采样开启时间F，表示低频检测打开的时间，它与E共同决定芯片的静态功耗；载波检测时间G，它是指在低频采样开启时间内，唤醒MCU需要检测到的最短高电平宽度；载波接收时间H表示当载波检测时间G达到设置值，MCU（Micro Control Unit，微控制单元）已被唤醒，此时即可接收数据；在应用过程中，低频采样时间间隔E、低频采样开启时间F、载波检测时间G要根据实际情况灵活配置，既要考虑芯片静态功耗，也要兼顾实际接收波形的宽度保证接收能稳定的在有效数据到达之前唤醒MCU。

（3）灵敏度和衰减电阻设置：

此外，低频灵敏度（Sensitivity Control：一般设置为较高的灵敏度）以及衰减电阻（Attenuator Select：一般设置为较小的衰减等级）的设置应根据实际接收的效果进行匹配调整。

2）滤波处理

低频载波配置好之后，当唤醒源确定为载波唤醒之后立即进入载波接收，此时通过识别低频检测输出端口--LFDO（LF Detector Output）可获得当前载波接收下来的原始电平。由于LFDO自身抗干扰能力很差，随时都可能发生跳变，这就使得接收数据发生错误，导致激活失败。因此，市场上的胎压检测芯片往往都不可避免的存在很难接收宽电平的问题。

以下是本发明中滤波的基本操作：

（a）滤波宽度设置

为了达到一个较好的滤波效果，首先，必须确定实际接收波形的最短宽度W1并通过采集足够多的杂波波形观察其电平宽度范围确定一个允许的最大杂波宽度W2，再根据W1和W2确定一个基本的滤波宽度Wb，为了提高滤波的可靠性，必须保证Wb满足：W2<=Wb<=2/3*W1。

（b）滤波的时钟选择：

为了提高滤波的精度，可利用定时器或其他较高频率的晶振产生的时钟周期作为接收电平脉宽的基本单位（Wu），且经过分频之后必须保证此基本单位为微秒（us）级别。

（c）必备核心参数：

滤波时必须记录下以下几个关键的参数：当前电平状态（LevelState：高/低），电平持续宽度（LevelWidthCnt），一个周期内的总电平宽度（TotalLevelWidthForOnePeriod），高电平宽度（HighLevelWidth），低电平宽度（LowLevelWidth）。

（d）常规滤波：

滤波时，以单个电平脉宽为基本操作单元，首先比较LFDO的值与当前的电平是否相等，若两者相等，则直接累加，定时器清零；若两者不同，则认为电平宽度小于上述滤波宽度Wb的跳变不是有效跳变，处理时会过滤掉此类电平，并将此类电平宽度累加到当前电平宽度里面；只有当跳变电平宽度持续到大于等于滤波宽度Wb时，才认为发生了有效的跳变，此时立即将Wb的值赋给下一个电平的宽度累计值，定时器清零后接着计数；因为有效跳变已发生，表明上一个电平宽度记录完成，需立即将其存储起来；为了保证滤波的可靠性，滤波过程中的任何程序的执行时间都必须考虑在内，因此，定时器的值需要随时存储并及时清零重新计数；之后便是重复上述操作，即可还原原始波形。

（e）瞬间毛刺滤波：

滤波时，为了去除瞬间毛刺（电平宽度在微秒级别），可以在上述d的基础上，当LFDO与当前电平相同时，根据需要设置累计相同电平确认的次数N，即可消除N个瞬间毛刺。例如设置N=3，则最多可以过滤掉相同电平之间的3个瞬间毛刺；

（f）退出机制：

在整个低频载波接收和滤波过程中，都必须设置严格的滤波退出机制。

滤波退出机制”就是指滤波退出的条件。比如常见的超时退出、接收错误退出，接收完整且正确退出。

（1）首先，必须根据实际接收的波形，设置超时退出机制，不同的协议所支持的高低电平的有效宽度的范围往往不一致，因此，需要根据实际情况分别设置高电平超时（HighOverFlowTime）退出和低电平超时（LowOverFlowTime）退出机制。

（2）其次，在滤波过后，数据解析的过程中发现波形宽度不满足要求时，可以选择继续滤波接收直至出现有效数据；也可以退出本次接收，等待下一次载波唤醒。

（3）此外，在接收完正常波形后也必须能够及时退出接收和滤波的过程；

3）数据解析与存储

此过程主要是建立在滤波处理的操作上，根据滤波处理中还原的原始波形，按照协议中既定的脉宽与数据的对应关系，将波形解析成具体的数据，以字节为单位存储起来，供后续的命令识别与反馈处理。实际操作时，滤波处理与数据解析和存储是交替进行的，即一旦滤波处理还原出一个bit的数据所对应的波形后，立即将其解析成对应的数据，并按照接收的先后顺序一个位一个位地存储起来，重复此过程直至低频载波接收完成。至此，带滤波的低频载波接收就完成了。

3.现在举例说明如何灵活的进行载波接收配置以及滤波后的效果图

如图3所示，图中第一条是原始的载波激活波形，第二条是未经处理的LFDO的波形，第三条是滤波后的波形。从原始的激活来看，前面一部分是1ms高，10ms低交替，后面有效数据部分一开始是高4.5ms，之后的低电平都是1ms，高电平在0.6-2ms之间，一帧激活时序结束时的低电平宽度约17ms，而采集的杂波脉宽绝大部分都在400us以下。

由上述条件可知：低频配置应配置为载波接收模式（Carrier Mode），低频采样时间间隔E=16ms；低频采样开启时间F=4ms；载波检测时间G=512us；低频灵敏度设置Sensitivity Control=High；衰减电阻设置Attenuator Select=low；W1=600us，W2=400us，故选择Wb=400us比较恰当，时钟分频后的基本单位选择Wu=1us；初始电平取为低LevelState=0；相同电平确认的次数N=3；高电平超时时间HighOverFlowTime=10ms，低电平超时时间LowOverFlowTime=15ms；根据上述原来滤波后即可得到第三条波形，通过对比可以发现，LFDO前面一段杂波已被很好地滤除，后面的有效数据部分也得到很好的还原。若只是简单的处理LFDO的波形，很难收到完整的数据；而滤波处理则可以大幅度地增强芯片接收的抗干扰能力，使原始波形得到很好的还原，无论是激活的距离，速度，激活的几率都将会大大增加。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种带滤波的低频载波接收装置，其特征在于，该装置包括：

低频载波配置模块(A)，用于初始化低频接收寄存器，以及配置载波模式；

载波波形采集与滤波处理模块(B)，用于接收载波信号，同时进行滤波，还原原始波形；

解析存储数据模块(C)，用于将所述原始波形解析成对应的数据，并将其存储起来；

其中，载波波形采集与滤波处理模块(B)在滤波时，滤波宽度满足如下条件：W2<＝Wb<＝2/3*W1，W1为预设实际接收波形的最短宽度，W2为预设允许的最大杂波宽度，Wb为在允许的最大杂波宽度W2与实际接收波形的最短宽度W1之间确定的基本的滤波宽度。

2.根据权利要求1所述的带滤波的低频载波接收装置，其特征在于，低频载波配置模块(A)配置的载波模式包括载波接收模式、载波和报文交替侦测模式、报文模式中的任一种。

3.根据权利要求1所述的带滤波的低频载波接收装置，其特征在于，解析存储数据模块(C)用于按照脉宽与数据的对应关系，将所述原始波形解析成具体的数据存储起来。

4.一种带滤波的低频载波接收方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，

步骤11，由低频载波配置模块(A)对低频接收寄存器进行初始化，以及配置载波模式；

步骤12，由载波波形采集与滤波处理模块(B)接收载波信号，同时进行滤波，还原原始波形；其中，滤波包括如下步骤：

步骤121，设置滤波宽度，选择滤波时钟周期，记录滤波核心参数；

步骤122，进行滤波；

步骤123，设置滤波退出机制；

步骤13，由解析存储数据模块(C)将通过载波波形采集与滤波处理模块(B)还原的原始波形解析成对应的数据，并将其存储起来；

其中，步骤121中，滤波宽度满足如下条件：W2<＝Wb<＝2/3*W1，W1为预设实际接收波形的最短宽度，W2为预设允许的最大杂波宽度，Wb为在允许的最大杂波宽度W2与实际接收波形的最短宽度W1之间确定的基本的滤波宽度；

选择定时器或晶振产生的时钟周期作为滤波时钟周期，即接收电平脉宽的基本单位；

核心参数包括当前电平状态，电平持续宽度，一个周期内的总电平宽度，高电平宽度，低电平宽度。

5.根据权利要求4所述的带滤波的低频载波接收方法，其特征在于，步骤11中载波模式包括载波接收模式、载波和报文交替侦测模式、报文模式中的任一种。

6.根据权利要求4所述的带滤波的低频载波接收方法，其特征在于，步骤122中，进行滤波包括如下步骤，以单个电平脉宽为基本操作单元，首先比较低频检测输出端口的值与当前的电平是否相等，若两者相等，则直接对当前电平宽度累加，定时器清零；若两者不同，则认为当前电平宽度小于滤波宽度(Wb)的跳变不是有效跳变，处理时过滤掉此类电平，并将此类电平宽度累加到当前电平宽度里面；

只有当跳变电平宽度持续到大于等于滤波宽度(Wb)时，才认为发生了有效的跳变，此时立即将滤波宽度(Wb)的值赋给跳变后的电平的宽度累计值，定时器清零后接着计数；因为有效跳变已发生，表明上一个电平宽度记录完成，需立即将其存储起来。

7.根据权利要求4所述的带滤波的低频载波接收方法，其特征在于，步骤13中，包括如下步骤：由解析存储数据模块(C)将原始波形，按照既定的脉宽与数据的对应关系，将所述原始波形解析成具体的数据存储起来。