CN104052480A - 模拟量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将一个或多个模拟开关输出的模拟信号转换为数字信号的模拟量化方法，包括：获取所述一个或多个模拟开关输出的模拟信号原始值；确定所述模拟信号原始值所处的电压阶段值；根据所述电压阶段值确定所述一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态，其中所述至少一个模拟开关的闭合状态与转换后的数字信号对应。

Description

模拟量化方法

技术领域

本发明涉及汽车开关控制领域，特别地，涉及将一个或多个模拟开关输出的模拟信号转换为数字信号的模拟量化方法。

背景技术

用于乘用车的开关有多种形式，简单的有双触点式的按钮式开关、自锁式开关、传感器开关，复杂些的有多触点的拨档式开关、旋钮式无级调节式开关，更复杂的是上述开关的组合面板式开关。

随着国内的乘用车在舒适性，娱乐性上的要求越来越高，电子系统更加复杂化，相应的开关系统也变得庞大而复杂。如今，开关系统不但要求实现开关的基本功能，而且要求有精准的诊断功能，例如能定位发出故障的开关，识别故障的原因，做出故障发生后对乘客最为安全的行为。从以往公开的文献资料看，都没有一套系统的方案来处理这些问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的发明人考虑将车内的模拟开关输出的模拟信号转换为数字信号以便对数字开关输入和模拟开关输入进行统一处理。根据本发明的一个方面，提供了一种将一个或多个模拟开关输出的模拟信号转换为数字信号的模拟量化方法，包括：获取所述一个或多个模拟开关输出的模拟信号原始值；确定所述模拟信号原始值所处的电压阶段值；根据所述电压阶段值确定所述一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态，其中所述至少一个模拟开关的闭合状态与转换后的数字信号对应。

在上述模拟量化方法中，所述模拟开关是指输出为模拟量、内含电阻的开关，其以信号电压的范围来区分开关的闭合状态。

在上述模拟量化方法中，获取所述一个或多个模拟开关输出的模拟信号原始值包括：获取模拟开关索引号；根据所述模拟开关索引号，获取第一模拟信号；以及对所述第一模拟信号进行修正和补偿，以得到所述模拟信号原始值。

在上述模拟量化方法中，确定所述模拟信号原始值所处的电压阶段值包括：根据所述一个或多个模拟开关的机械和电气特性，设定一个或多个信号范围；将所述模拟信号原始值与所述一个或多个信号范围进行比较；以及如果在一定的时间内所述模拟信号原始值落入所述一个或多个信号范围中的第一信号范围内超过预定的次数，则将指示所述第一信号范围的电压阶段值确定为所述模拟信号原始值所处的电压阶段值。

在上述模拟量化方法中，所述信号范围是一组电压标定值。

在上述模拟量化方法中，所述预定的次数大于等于3。

在上述模拟量化方法中，所述一个或多个信号范围中的至少两个信号范围相互之间部分重叠。

在上述模拟量化方法中，所述一个或多个信号范围中的至少两个信号范围相互之间有未定义区域或空隙。

在上述模拟量化方法中，根据下式来对第一模拟信号进行修正和补偿：

V＝Vr/Vc*Vs

其中，Vr为参考电压源提供的参考电压，Vc为设定的标准电压，Vs为所述第一模拟信号，即采样电压，而V为修正和补偿后的电压。

在上述模拟量化方法中，根据所述电压阶段值确定所述一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态包括：配置一标定数据的结构，其中该标定数据的结构包含电压范围值条目，所述电压范围值条目的地址和长度与所述电压阶段值相对应；根据所述电压范围值条目的地址和长度，寻找对应的参数列表从而确定所述一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态。

在上述模拟量化方法中，所述标定数据的结构是动态可调节的。

本文所述的模拟量化方法能够将模拟开关输出的模拟信号转换成数字信号，并进而抽象为与硬件电路无关的、但与实际物理开关对应的开关信号量。这有助于系统定位发出故障的开关，识别故障的原因，并进而做出故障发生后对乘客最为安全的行为。

附图说明

在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，本领域技术人员将会更清楚地了解本发明的各个方面。本领域技术人员应当理解的是：这些附图仅仅用于配合具体实施方式说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。

图1示出根据本发明的一个实施例、用于数字开关输入和模拟开关输入的统一处理的系统结构硬件原理图；

图2是根据本发明的一个实施例、以软件方式实现数字开关输入和模拟开关输入的统一处理方法的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例、用于数字开关输入和模拟开关输入的统一处理装置的结构示意图；

图4是根据本发明的一个实施例、用于数字开关输入和模拟开关输入的统一处理方法的示意图；

图5至图7是根据本发明的一个实施例、数字开关输入和模拟开关输入的统一处理方法的软件流程图；

图8是根据本发明的一个实施例、模拟信号防抖处理方法的示意图；

图9是根据本发明的一个实施例、标定数据的结构的示意图；

图10是根据本发明的一个实施例、实现动态标定的示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本发明中，除非另加说明，术语“防抖/去抖”是指通过例如软件策略消除物理信号在变化过程中存在的不稳定的抖动的方法。术语“模拟量化”是指把模拟信号转成数字信号（布尔信号）的过程。术语“标定”是指通过一些特殊方法将配置参数或运行参数放在一块固定的程序空间内，这块区域可以在产品开发过程中或开发完成后，根据应用实例做特别的配置和修改。术语“休眠状态”是指一种超低功耗模式，在该模式下硬件单元消耗的电流极小。术语“唤醒”是指硬件单元从休眠状态进入正常工作状态的过程。术语“RUN KAM”是 Running Reset Keep Alive RAM的缩写，它指代一段特殊位置的硬件存储单元，当CPU异常复位时，位于该区域数据能够被保持。

在乘用车内，可能有多个组合式或单独模拟开关和/或数字开关。在这里有必要指出，本发明所述的组合式模拟开关，是指内含电阻的开关组合，其以信号电压范围来区分开关的闭合状态，电信号输出是模拟量而不是数字量。而一般常见的开关是以电压的高低来区分开关的状态，在本发明中称这类开关为数字开关。

图1示意了模拟开关和数字开关之间的硬件差异。在图1中，示出了一个组合式模拟开关Ka1、Ka2、Ka3、Ka4，一个拨档式模拟开关Ka5和一个旋钮式模拟开关Ka6。当模拟开关Ka1、Ka2、Ka3、Ka4单独闭合时，或者组合闭合时，由于电阻的不同组合产生出组合电阻值的差异，使得这一回路的电压输入信号会随着开关的组合状态而发生变化。同样地，拨档开关Ka5可以拨动到4个位置，产生4种不同的电压值。旋钮式模拟开关Ka6旋转在不同的位置，产生不同的电压信号值。图1中的K1、K2和K3属于另外一类开关类型——数字式开关，其特点是开关状态改变时，信号量呈现高低两种变化。当开关K1闭合时，相关信号回路的电压会变成低电平。应理解，上述模拟开关和数字开关仅用作示意，在实际电路中可能存在任意数量、类型的模拟开关和数字开关。

与这些模拟开关、数字开关相连的是电子控制单元100，即Electrical Control Unit（简称为ECU）。电子控制单元100具有数字端口120、模拟端口130、参考电压110和CPU 140。其中，数字端口120用于从例如K1和K2的数字开关获取数字信号原始值，模拟端口130用于从例如Ka1至Ka4等的模拟开关获取模拟信号原始值，而CPU 140用于对所获取的数字信号原始值和模拟信号原始值进行统一处理。

图2示出了CPU 140所运行的软件处理过程的软件单元示意图。模拟端口130采样从模拟开关输入的电压值，经过模数采样量化处理软件单元(ADC Driver)和软件去抖动处理单元(AD Filter)之后，与内部的电压标定范围值进行比较，再进一步数字化处理(Discrete)转变成数字信号量。数字端口120采样从数字开关输入的信号，将其电平转换成数字信号，并通过软件去抖动处理单元(Dio Filter)之后生成去抖后的数字信号量。通过这种处理的方法，模拟开关的信号就转换成与数字开关完全一致的数字信号量，再经过软件的抽象处理(Switch Abstract)和滤波处理(Switch Filter)之后，就变为一种与硬件电路无关的，但与实际物理开关对应的开关信号量。在应用中，上层软件可直接采用处理后的开关信号量，而无需考虑该开关的电气实现原理。

图2所示的软件单元所执行的功能可通过图3所示的硬件电路结构来实现。图3是根据本发明的一个实施例、用于数字开关输入和模拟开关输入的统一处理装置的结构示意图，其中示出了处理单元300。根据本发明的一个实施例，处理单元300可包括用于将所获取的数字信号原始值转换成第一数字信号量的第一模块，用于将所获取的模拟信号原始值转换成第二数字信号量的第二模块以及抽象处理模块360。抽象处理模块360可用于对第一数字信号量和第二数字信号量进行抽象处理，以生成与硬件电路无关、但与实际物理开关对应的开关信号量。

参考图3，在一个实施例中，第二模块可包括模数采样量化模块310，第一去抖动模块320以及数字化模块330。其中，模数采样量化模块310用于对所获取的模拟信号原始值进行采样以及量化，以生成采样量化信号。第一去抖动模块320用于对采样量化信号进行去抖动，以生成去抖动信号。而数字化模块330则用于通过将去抖动信号进行数字化，生成第二数字信号量。在一个实施例中，第一模块可包括电平转换模块340和第二去抖动模块350。其中，电平转换模块340用于对所获取的数字信号原始值进行电平转换，以生成经电平转换的数字信号，而第二去抖动模块350用于对经电平转换的数字信号进行去抖动，以生成所述第一数字信号量。

图4是根据本发明的一个实施例、用于数字开关输入和模拟开关输入的统一处理方法的示意图。该统一处理方法可包括：步骤S410，从数字开关获取数字信号原始值；步骤S420，从模拟开关获取模拟信号原始值；以及步骤S430，对所获取的数字信号原始值和模拟信号原始值进行统一处理。

在本发明的一个实施例中，对所获取的数字信号原始值和模拟信号原始值进行统一处理可包括将所获取的数字信号原始值转换成第一数字信号量；将所获取的模拟信号原始值转换成第二数字信号量；以及对所述第一数字信号量和所述第二数字信号量进行抽象处理，以生成与硬件电路无关、但与实际物理开关对应的开关信号量。其中，将所获取的数字信号原始值转换成第一数字信号量可进一步包括：对所获取的数字信号原始值进行电平转换，以生成经电平转换的数字信号；以及对经电平转换的数字信号进行去抖动，以生成所述第一数字信号量。将所获取的模拟信号原始值转换成第二数字信号量可进一步包括对所获取的模拟信号原始值进行采样以及量化，以生成采样量化信号；对所述采样量化信号进行去抖动，以生成去抖动信号；以及通过将所述去抖动信号进行数字化，生成所述第二数字信号量。

在实际应用中，该统一处理方法可周期性地执行，周期可根据要求来进行设定。例如，在一个实际应用中，可将周期设为5毫秒。本领域技术人员容易理解，该方法可通过硬件或软件的方式来实现。图5至图7示出了该统一处理方法的示例软件流程图。

按照本发明的一个实施例，将所获取的模拟信号原始值转换成第二数字信号量的模拟量化方法具体可通过如下步骤来实现：获取一个或多个模拟开关输出的模拟信号原始值；确定模拟信号原始值所处的电压阶段值；根据电压阶段值确定一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态，其中至少一个模拟开关的闭合状态与第二数字信号量对应。

通过上述方法，可把（组合式）模拟开关转换成数字化的开关（组），从而使模拟开关能够和普通数字开关一样进行统一识别。

在一个优选的实施例中，电子控制单元（ECU）可对组合式模拟开关进行电压或电流采样，并根据驱动源的电压值和系统电压值，转换成标准电压下的参照量。即参考电压信号在硬件上由ECU输出并测量，模拟信号根据参考电压源进行电压修正和补偿。

由于组合式模拟开关在物理上需要一个电压源驱动，该电压源的电压波动对采样信号的影响在本发明中通过如下式所示进行补偿：

其中，Vr为参考电压，Vc为设定的标准电压，Vs为采样电压，而V则为补偿后的电压。

在一个优选的实施例中，电子控制单元还可根据组合式开关的机械和电气特性，量化模拟区间范围。这可例如通过如图3所示的模数采样量化模块310来实现。

在本发明的一个或多个实施例中，可采用去抖动模块来对信号进行初步去抖动。例如，在经过多次连续的模拟采样之后，如果采样值落于同一个信号范围之内，则图3中所示的第一去抖动模块320可以判定该信号范围有效。见图8左图示意，Ka1闭合后电压处于第二阶状态，连续三次采样判定信号范围处于Lv2。

这里所说的信号范围可以是一组电压标定值，这个标定值范围是可重合的，见图8中的820部分。当信号范围处于重合区时，优先保持为原来的信号范围。也就是说，如果原先信号范围处于Lv1非重合区域，其后信号处于Lv2与Lv1的重合区，那么第一去抖动模块判定信号仍处于Lv1范围。

更进一步，如图8所示，信号范围可以有未定义部分810或者有空隙部分830。如果模拟信号电压处于这些部分内，则第一去抖动模块可根据实际选择来判定保持原先的信号范围，或判定开关电路处于错误状态。

防抖处理后的信号范围，可以表示一个模拟开关的状态，也可以表示一组开关的状态。表1示出了模拟开关Ka1至Ka4的状态与信号范围之间的对应关系。

表1

开关/信号范围	Lv1	Lv2	Lv3	Lv4
					Ka1	Closed	Open	Open	Open
Ka2	Open/Closed	Closed	Open	Closed
					Ka3	Open/Closed	Open	Closed	Closed
Ka4	Open	Closed	Closed	Closed

 如表1所示，Lv1的信号范围表示开关Ka1闭合，而Lv2范围则则表示开关Ka2和Ka4都处于闭合状态。

对于多档位的拨动开关Ka5和旋钮式开关Ka6，由于开关或者旋钮的位置具有排他性，则适合用枚举值的方法来表示开关位置，如表2所示。

表2

开关/信号范围	Lv1	Lv2	Lv3	Lv4
					Ka5	Position1
Ka5		Position2
					Ka5			Position3
Ka5				Position4

 上述表示方法可通过一种可标定的数据结构来实现。图9示出了根据本发明的一个实施例、标定数据的结构的示意图。如图9所示，该标定数据的结构可包括电压范围值，参考电压源、关联开关组以及防抖时间等。有必要指出，标定数据的结构中的电压范围值和关联开关组是可动态调节的，即可以根据不同的产品实例进行参数配置。在一个实施例中，这种动态标定的方法是在标定数据的结构中指定电压范围的地址和长度，通过软件寻址方式找到对应的参数列表。当参数列表的位置或长度改变时，必须同时改变地址和长度参数，如图10所示。

本发明所述的模拟量化方法可将统一处理后的开关信号保持在RUN KAM区域中。当ECU异常复位时，由于RUN KAM中的数据会保持，因此不会造成开关信号的突变，可以避免很多因为异常复位导致的控制异常现象。更优选地，当ECU进入休眠状态时，可将参考电压硬件单元(Voltage Reference)关闭，以降低休眠时的功耗。在休眠期间，CPU仍旧会定时唤醒，并短暂地重新打开参考电压硬件单元，以建立模拟开关的电压，进行采样量化之后，根据模拟信号的区间范围决定后续的处理。如果模拟信号没有变化，则关闭参考电压，继续进入休眠状态；反之，则唤醒ECU，进入正常工作模式。

综上所述，本发明的数字开关输入和模拟开关输入的统一处理方法可实现下列特性：1）软硬件可重用：在开关类型发生变化时，仅通过更改线束的引脚分配和软件标定来实现，不需要重新开发硬件和软件。2）开关信号根据硬件的特性进行了初级的去抖处理（消除开关的接触抖动）。3）输入电压模拟量信号，软件处理后成为布尔类开关信号或者枚举类开关信号。4）具有卡死检测，开路短路检测和输入模拟信号范围异常检测等诊断功能，检测异常时采用安全的开关信号值。5）具有参考电压修正功能和范围检查功能，超过参考电压范围采用安全的开关信号值。6）具有RUN KAM属性，当系统意外复位时，可以保持复位前的值作为初始值。7）具有唤醒属性，休眠时，如果信号值变化，可以唤醒系统。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (11)

1. 一种将一个或多个模拟开关输出的模拟信号转换为数字信号的模拟量化方法，包括：

获取所述一个或多个模拟开关输出的模拟信号原始值；

确定所述模拟信号原始值所处的电压阶段值；

根据所述电压阶段值确定所述一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态，其中所述至少一个模拟开关的闭合状态与转换后的数字信号对应。

2. 如权利要求1所述的模拟量化方法，其中，所述模拟开关是指输出为模拟量、内含电阻的开关，其以信号电压的范围来区分开关的闭合状态。

3. 如权利要求1所述的模拟量化方法，其中，获取所述一个或多个模拟开关输出的模拟信号原始值包括：

获取模拟开关索引号；

根据所述模拟开关索引号，获取第一模拟信号；以及

对所述第一模拟信号进行修正和补偿，以得到所述模拟信号原始值。

4. 如权利要求1所述的模拟量化方法，其中，确定所述模拟信号原始值所处的电压阶段值包括：

根据所述一个或多个模拟开关的机械和电气特性，设定一个或多个信号范围；

将所述模拟信号原始值与所述一个或多个信号范围进行比较；以及

如果在一定的时间内所述模拟信号原始值落入所述一个或多个信号范围中的第一信号范围内超过预定的次数，则将指示所述第一信号范围的电压阶段值确定为所述模拟信号原始值所处的电压阶段值。

5. 如权利要求4所述的模拟量化方法，其中，所述信号范围是一组电压标定值。

6. 如权利要求4所述的模拟量化方法，其中，所述预定的次数为3。

7. 如权利要求4所述的模拟量化方法，其中，所述一个或多个信号范围中的至少两个信号范围相互之间部分重叠。

8. 如权利要求4所述的模拟量化方法，其中，所述一个或多个信号范围中的至少两个信号范围相互之间有未定义区域或空隙。

9. 如权利要求3所述的模拟量化方法，其中，根据下式来对第一模拟信号进行修正和补偿：

V＝Vr/Vc*Vs

其中，Vr为参考电压源提供的参考电压，Vc为设定的标准电压，Vs为所述第一模拟信号，即采样电压，而V为修正和补偿后的电压。

10. 如权利要求1所述的模拟量化方法，其中，根据所述电压阶段值确定所述一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态包括：

配置一标定数据的结构，其中该标定数据的结构包含电压范围值条目，所述电压范围值条目的地址和长度与所述电压阶段值相对应；

根据所述电压范围值条目的地址和长度，寻找对应的参数列表从而确定所述一个或多个模拟开关中的至少一个模拟开关的闭合状态。

11. 如权利要求10所述的模拟量化方法，其中，所述标定数据的结构是动态可调节的。