CN104158779B - 一种基于脉宽等长机制的fsk调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于脉宽等长机制的FSK调制与解调方法。包括对“0”调制频率为f0、周期为t0的n个脉冲，对“1”调制频率为f1、周期为t1的m个脉冲，使得“0”的总调制宽度T0与“1”的总调制宽度T1相等。本发明在低速载波通讯领域，以高速单片机、DSP等为主控器件直接调制与解调、显著降低成本的前提下，能有效提高解调识别的成功率。

Description

一种基于脉宽等长机制的FSK调制方法
技术领域
本发明涉及数字信息传输领域，特别是一种基于脉宽等长机制的FSK调制方法。
背景技术
FSK(Frequency-Shift Keying，频移键控)是利用载波频率变化来传递数字信息的一种数字调制技术。具有实现容易，抗噪声与抗衰减的性能好等特点。在电力载波通讯中到了广泛的应用。如民用智能电表抄表系统，电网中远动信息收发，矿井系统中的遥测遥控传输等。
FSK最常用的方法是将二进制数1和0，分别调制为f1与f2两个频率不同的双频FSK系统。被调制的频率相对电网频率高出许多。FSK系统中，“调制”相对简单，“解调”比较复杂。
FSK信号的解调方式有模拟解调方式与数字解调方式。模拟解调方式中，有参考差分FSK解调和全差分FSK解调。参考差分FSK解调是将FSK载波信号控制偏置电流对电容充电，根据电容上充电电压与参考电压通过比较器判决数据是1还是0。全差分FSK解调是利用不同偏置电流对不同的电容进行充电，根据电容上充电电压差值的大小通过比较器判决数据是1还是0。模拟解调电路容易漂移，是其主要缺点。数字解调方式通常有过零点检测、正交相乘等，过零点检测解调方式适用于非常低速率的应用，通讯速率较低。正交相乘解调方式较为复杂的乘法器以与高阶数字滤波器，成本较高，电路也较复杂。另外FSK解调电路还可以采用锁相环PLL的方式实现，包括模拟PLL和数字PLL。这类解调电路同样有诸多缺点，功耗较大，电路复杂，成本较高。
随着智能电网概念的普及，“智能”电器越来越多。智能电器的首要特点是可通讯。因FSK通讯方式无需增设额外的通讯线路，逐成为智能电器可通讯之首选。且智能电网、智能电器相互之间的通讯速率往往较低。
现有的FSK调制与解调方式有多种方法，其中解调方式有相干解调方式和非相干解调等方式，但多不限定对“0”与“1”的调制宽度。这给以高速单片机或DSP为主要控制器件的智能电器的FSK通讯，带了极大的不便，或增加了电路的复杂性，或降低了解码的成功率。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种成本低、大幅度简化了FSK的“硬件调制发送耦合”电路、避免了数字解调电路的复杂性，克服了模拟解调电路时漂的影响、同时提高了解调的快速性、具有极高的抗干扰能力的基于脉宽等长机制的FSK调制方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种基于脉宽等长机制的FSK调制方法，步骤包括：
1)取出一个待调制发送的字节，设置“字节循环次数A”为8位/次，之后执行步骤2)；
2)当最低位为“0”时，设置定时器中断“位循环次数B”为9次，设置定时中断常数为11.25us；当最低位为“1”时，设置定时器中断“循环位次数”为10次，设置定时中断常数为10.125us，之后执行步骤3)；
3)将发送端口置高电平后，启动定时器，之后执行步骤4)；
4)定时器中断后取反电平信号，将“位循环次数B”减1，并判断当B＝0时，建立OB标志，所述的OB标志表示一个“位”调制发送完成，否则当B≠0时，重新启动定时器定时，并逐个脉冲码元发送，之后执行步骤5)；
5)主程序判断到OB＝1时，将“字节循环次数A”减1，并判断当A≠0时，将待调制发送的字节循环右移一次，返回到步骤2)，当A＝0时，关闭定时器，完成一个字节的调制发送。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
1、为了大幅度降低成本，在低速FSK通讯场合，常采用高速单片机、DSP为核心元件进行调制与解调，可大幅度简化FSK调制发送电路与FSK信号接收电路。
2、调制方，高速单片机或DSP，采用定时中断、查表等方式，对待调制字节采用t0脉冲n个数或t1脉冲m个数或不同的组合形式进行调制，直接通过端口发送，从而大幅度简化了FSK的“硬件调制发送耦合”电路。
3、接收方，高速单片机或DSP，采用边沿捕获、外部触发中断等方式，直接获取码元宽度时间值及个数。FSK信号由程序进行解调还原，从而避免了数字解调电路的复杂性，克服了模拟解调电路时漂的影响。
4、FSK信号解调还原，依据脉宽等长机制，查找总宽度内最接近标称值的码元序列，在该序列中，只要有1个码元与标称值的码元相吻合，即可解调出二进制位值，从而大大降低了解调的复杂性，同时提高了解调的快速性。
5、本方法具有极高的抗干扰能力。
6、作为智能电器的主控制器，高速单片机或DSP在完成主要监控任务的同时，可兼顾FSK的调制与解调任务，大幅度降低总体成本。
综上所述，本发明基于脉宽等长机制的的FSK调制与解调方法，调制方法简单，解调可靠性高，抗干扰能力强，快速性好，可广泛使用于智能电器等多种场合。
附图说明
图1是本发明基于脉宽等长机制的FSK调制方法原理图。
图2是本发明基于脉宽等长机制的FSK调制方法的流程图。
图3是本发明基于脉宽等长机制的FSK解调方法的流程图。
图4是本发明基于脉宽等长机制的FSK调制方法抗干扰原理图解之一。
图5是本发明基于脉宽等长机制的FSK调制方法抗干扰原理图解之二。
具体实施方式
下面根据说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的解释。
如图1所示，对“0”进行调制，采用的码元宽度t0＝11.25us，码元个数n＝9，调制频率f0约等于88.88KHz，总的调制时间T等于101.25us；对“1”进行调制，采用的码元宽度t0＝10.125us，码元个数m＝10，调制频率f0约等于98.76KHz，总的调制时间T等于101.25us。调制中心频率约为93.56KHz。FSK有效数据速率可达9.8Kbit/s。
一种基于脉宽等长机制的FSK调制方法，步骤包括：
1、定时器初始化
1)取出一个待调制发送的字节，设置“字节循环次数A”为8位(次)；
2)判断待调制发送字节的最低位，当最低位为“0”时，设置定时器中断“位循环次数B”为9次，定时中断常数为11.25us；当最低位为“1”时，设置定时器中断“位循环次数B”为10次，定时中断常数为10.125us；
3)开放定时器中断，输出端口置高电平，启动定时器定时。
2、定时中断(如图2所示)
1)将输出端口取反，之后执行步骤2)；
2)位循环次数B减去1后判断是否为零，如果不为零执行步骤3)；如果为零，建立OB标志，执行步骤4)；
3)重置定时常数，退出中断；
4)字节循环次数A减去1后判断是否为零，如果不为零执行步骤5)；如果为零执行步骤6)；
5)待调制的字节右移1位，之后执行步骤7)；
6)OV＝1，建立调制字节发送完成标志，供主程序查询。
7)判断最高位是否为1，如果不是1执行步骤8)；是1执行步骤9)；
8)设置位循环次数B＝9，定时器时间常数t＝11.25us，之后执行步骤10)；
9)设置位循环次数B＝10，定时器时间常数t＝10.125us，之后执行步骤10)；
10)退出中断。
一种基于脉宽等长机制的FSK解调方法，步骤包括：
1、数据捕获
1)设置下降沿捕获中断开启，设置向数据指针指向第一数据缓冲区的首地址，开启一个定时器，清零累加时间数据；
2)下降沿捕获中断后捕获定时器的当前时间值数据，减去上次的捕获数据得到本次捕获的真值，保存至第一数据缓冲区，数据指针加1，捕获时间累加和加上本次捕获的真值。
3)判断捕获时间累加和，是否大于等于一个字节的时间宽度(如101.25us×8位)。小于时，等待下一次捕获中断，执行步骤2)；大于时，清零捕获时间累加和，建立完成接收一桢标志SO并进行数据备份。
2、数据备份
将第一数据缓冲区里的数据，备份至第二数据缓冲区，同时清空第一数据缓冲区。
3、数据解调(如图3所示，针对第二数据缓冲区)
1)解调初始化包括：设置解码次数q＝8，默认解码字节UD＝00，指针指向数组首地址A0，时间数据累加和t清零，设置码元“0”的宽度值，设置码元“1”的宽度值，设置位宽度时间值T＝101.25us，之后执行步骤2)；
2)逐个累加指针地址里的时间数据，直到等于大于T，此时的指针地址记号为A1，之后执行步骤3)；
3)令第二数据指针指向地址A0，在A0到A1地址段中，对码元个体时间值进行计算准备，之后执行步骤4)；
4)计算码元“0”的个数n，之后执行步骤5)；
5)计算码元“1”的个数m，之后执行步骤6)；
6)判断n是否大于等于m，大于等于是，执行步骤8)；否则执行步骤7)；
7)解码结果为“1”，置位解码字节最高位，之后执行步骤8)；
8)解码字节左移1位，之后执行步骤9)；
9)将解码次数q减去1后判断是否为零。如果不为零，执行步骤10)；如果为零，执行步骤11)；
10)时间数据累加和t清零，数据指针地址更新A1为A0，执行步骤2)；
11)完成一桢解码，解码结束。
如图4所示，尽管码元个数不变，但码元个体宽度时间值受到了严重干扰。在一个等长调制脉T0(T0＝T)的宽度内，只要码元P1或P2符合标称值宽度，即可解调出“0”；在一个等长调制脉T1(T1＝T)的宽度内，只要码元P1符合标称值宽度，即可解调出“1”。
如图5所示，码元个体宽度时间值受到严重干扰，码元个数也方式了变化。但在T0(T0＝T)，的宽度内，码元P1及P4符合“0”要求，故计数值n＝2；码元P5符合“1”要求，故计数值m＝1。因n大于m，可解调出“0”。在T1(T1＝T)，的宽度内，码元P1及P4符合“1”要求，故计数值m＝2；码元P5符合“0”要求，故计数值n＝1。因n小于m，可解调出“1”。

Claims (1)

1.一种基于脉宽等长机制的FSK调制方法，其特征在于步骤包括：
1）取出一个待调制发送的字节，设置“字节循环次数A”为8位/次，之后执行步骤2）；
2）当最低位为“0”时，设置定时器中断“位循环次数B”为9次，设置定时中断常数为11.25us；当最低位为“1”时，设置定时器中断“位循环次数”为10次，设置定时中断常数为10.125us，之后执行步骤3）；
3）将发送端口置高电平后，启动定时器，之后执行步骤4）；
4）定时器中断后取反电平信号，将“位循环次数B”减1，并判断当B-1=0时，建立OB标志，所述的OB标志表示一个“位”调制发送完成，之后执行步骤5），否则当B-1≠0时，重新启动定时器定时，并逐个脉冲码元发送；
5）主程序判断到OB=1时，将“字节循环次数A”减1，并判断当A-1≠0时，将待调制发送的字节循环右移一次，返回到步骤2），当A-1=0时，关闭定时器，完成一个字节的调制发送。
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