CN104168070B - 一种基于脉宽调制的数据传输方法及语音报警火灾探测器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于脉宽调制的数据传输方法及语音报警火灾探测器，主控MCU与语音IC单I/O线连接，包括如下步骤：数据转换：主控MCU将数据包中的校验位、命令码编码为二进制数据；或者，主控MCU先将数据包中的命令码生成二进制命令位，再根据二进制命令位添加校验位，将数据包编码为二进制数据；脉宽调制：将二进制数据按比特位依次调制成一一对应的脉冲单元：当比特位为0时，将其转换为脉冲宽度为T1的脉冲单元；当比特位为1时，将其转换为脉冲宽度为T2的脉冲单元;脉冲信号发送：主控MCU将脉冲单元形成脉冲间隔为T3的脉冲信号，将其通过单线发送至语音IC；数据接收：语音IC获取脉冲信号，根据脉冲宽度还原数据包。

Description

一种基于脉宽调制的数据传输方法及语音报警火灾探测器

技术领域

本申请涉及消防领域中的通信方法，具体涉及一种语音报警火灾探测器中数据传输。

背景技术

现今社会科技发展日新月异，人们的生活水平也日益提高，对生活的质量和安全也要求越来越高。越来越多的天灾人祸危及到人们的财产和生命的安全，其中火灾占居非常大的比重。

消防行业中不仅越来越多的产品使用到千家万户以及各种共公场所，这些产品通过提前预警、联动控制对火灾现场进行灭火以及通告和指示人们逃生，尽量降低人员伤亡和财产损失。常用的消防产品有：消防火灾联动控制器、点型探测器、独立式家用探测器。

其中，独立式家用探测器是专为家庭安装使用而设计的，我们国家也有相应的独立式探测器标准，但目前国家并未强制性要求家庭安装。国际上很多国家是强制性要求家庭安装火灾探测器的，如：日本、美国等。独立式家用探测器采用蜂鸣器报警方式的居多，但也有些国家采用语音报警方式，如：日本。日本并对独立式语音探测器有相关的标准。

语音报警火灾探测器主要包括主控MCU和语音IC，目前，主控MCU与语音IC的通信方式为两线通信或三线通信，由于主控MCU的I/O端口数目固定，当需要语音探测器实现低电压检测、电源控制、烟雾检测以及发出正确的报警时，常因主控MCU的I/O端口缺少而不能实现其他功能。

发明内容

由于语音探测器的主控MCU I/O端口数目固定，因主控MCU的I/O端口缺少而不能实现其他功能的问题，本申请提供一种基于脉宽调制的数据传输方法及语音报警火灾探测器。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于脉宽调制的数据传输方法，主控MCU与语音IC单I/O线连接，包括如下步骤：

数据转换：主控MCU将数据包中的校验位、命令码编码为二进制数据；或者，主控MCU先将数据包中的命令码生成二进制命令位，再根据二进制命令位生成校验位，将数据包编码为二进制数据；

脉宽调制：将二进制数据按比特位依次调制成一一对应的脉冲单元：

当比特位为0时，将其转换为脉冲宽度为T1的脉冲单元；

当比特位为1时，将其转换为脉冲宽度为T2的脉冲单元；

脉冲信号发送：主控MCU将脉冲单元形成脉冲间隔为T3的脉冲信号，将其通过单线发送至语音IC；

数据接收：语音IC获取脉冲信号，根据脉冲宽度还原数据包。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种语音报警火灾探测器，包括主控MCU与语音IC，主控MCU和语音IC二者单I/O线连接，采用上述的基于脉宽调制的数据传输方法，进行数据传输。

本申请的有益效果是：本申请提供一种基于脉宽调制的数据传输方法，由于主控MCU与语音IC采用单线通信，主控MCU将待发送的数据包转换为脉冲信号，将其通过单线发送至语音IC，语音IC获取该脉冲信号，根据脉冲宽度还原数据包，另外，本申请还提供一种语音报警火灾探测器，由于主控MCU和语音IC二者单I/O线连接，与传统的主控MCU与语音IC之间采用两线通信或三线通信相比，单线通信节省了主控MCU的I/O端口。

附图说明

图1为实施例一的语音报警火灾探测器的结构示意图；

图2为实施例一的语音报警火灾探测器单线通信流程图；

图3为实施例一的语音报警火灾探测器的主控MCU通信流程图；

图4为实施例一的语音报警火灾探测器的语音IC通信流程图；

图5为实施例一的语音报警火灾探测器传输数据包的帧格式图；

图6为实施例一的语音报警火灾探测器的语音IC执行C1命令的时序图；

图7为实施例一的语音报警火灾探测器的语音IC执行C2命令的时序图；

图8为实施例一的语音报警火灾探测器的语音IC执行C3命令的时序图；

图9为实施例二的语音报警火灾探测器传输数据包的帧格式图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本例提供一种语音报警火灾探测器，包括主控MCU1、语音IC2、电源3、功放IC4、光指示电路5和蜂鸣器6；其中，主控MUC1提供有两个I/O端口，一个I/O端口用于控制电源3，另一个I/O端口用于与语音IC2通信；语音IC2提供有五个I/O端口，分别为：通讯口21、使能信号输出口22、声音信号输出口23、光指示信号输出口24和测试信号输出口25；通讯口21工作于双向方式下，当语音IC2接收数据时，其工作在输入方式，当语音IC2发送应答时，其工作在输出方式。

本例中，语音报警火灾探测器主控MCU1和语音IC2二者单I/O线连接；主控MCU1将数据包中的校验位、命令码编码为二进制数据，将二进制数据按比特位依次调制成一一对应的脉冲单元；其中，比特位为0时，将其转换为脉冲宽度为T1的脉冲单元,比特位为1时，将其转换为脉冲宽度为T2的脉冲单元；将脉冲单元形成脉冲间隔为T3的脉冲信号，将其通过单I/O线发送至语音IC2；语音IC2获取脉冲信号，根据脉冲宽度还原数据包。

具体的，主控MCU1与语音IC2的单线通信方法包括如下步骤，流程图如图2所示：

S1：数据转换：主控MCU1将数据包转换为二进制数据。

本步骤中，主控MCU1将数据包中的校验位、命令码编码为二进制数据，其中，校验位为海明码校验位。

S2：脉宽调制：主控MCU1按位将二进制数据调制成脉冲单元。

本步骤中，主控MCU1将S1步骤中的二进制数据按比特位依次调制成一一对应的脉冲单元：

当比特位为0时，将其调制成脉冲宽度为T1的脉冲单元；

当比特位为1时，将其调制成脉冲宽度为T2的脉冲单元。

S3：脉冲信号发送：主控MCU1将脉冲单元调制成脉冲信号并发送。

本步骤中，主控MCU1将S2步骤中的脉冲单元形成脉冲间隔为T3的脉冲信号，将其通过单线发送至语音IC2。

S4：数据接收：语音IC2获取脉冲信号，并将其还原为数据包。

本步骤中，语音IC2获取脉冲信号，根据脉冲宽度还原数据包。

进一步，主控MCU1的具体工作过程包括如下步骤,流程图如图3所示。

S101：主控MCU1启动语音IC2和电源3。

待语音IC2和电源3稳定后，进入如下步骤。

S102：主控MCU1发送起始位。

起始位为脉冲宽度为T4的脉冲单元，保证语音IC2退出异常接收态进入新数据帧的起始位接收态。

S103：主控MCU1发送脉冲信号。

S104：主控MCU1获取应答信号，判断应答信号是否有效。

应答信号是由语音IC2发出的，如果应答信号有效，表明主控MCU1发送的数据包是有效的，主控MCU1不再重新发送该数据包，该工作过程结束；如应答信号无效，表明主控MCU1发送的数据包无效或者语音IC2接收数据失败，主控MCU1返回S102-S104步，继续重新发送该数据包；进一步，针对同一个数据包，主控MCU1根据重新获取的应答信号为异常应答信号发送该数据包，如果主控MCU1根据异常应答信号发送该数据包的次数大于3，主控MCU1发送数据包的过过程结束。

进一步，语音IC2的具体工作过程包括如下步骤，流程图如图4所示。

S201：语音IC2等待起始位。

S202：语音IC2获取脉冲信号并将其还原数据包。

本步骤中，语音IC2根据脉冲宽度还原数据包，具体为：语音IC2依次检测脉冲信号的脉冲单元，若语音IC2检测脉冲单元的脉冲宽度为T1时，则将其识别为二进制数据0，若语音IC2检测脉冲单元的脉冲宽度为T2时，则将其识别为二进制数据1，依次类推，最终将脉冲信号还原为原始发送的数据包。

S203：语音IC2检测获取的数据包是否有效，并向主控MCU1发送应答信号。

其中，应答信号为脉冲宽度为T5的脉冲单元，具体包括有效应答信号和异常应答信号，本步骤中，语音IC2根据海明码校验位校验数据包是否有效，如果数据包有效，语音IC2向主控MCU1发送有效应答信号，同时语音IC2执行命令码输出相应的声音提示和/或光提示；如果数据包无效，表明主控MCU1发送的数据包错误或者语音IC2接收数据包失败，则语音IC2向主控MCU1发送异常应答信号，然后重新返回S201-S203步，重新接收数据包；进一步，针对同一个数据包，语音IC2根据数据包无效重新接收该数据包并发送异常应答信号，如果根据数据包无效发送异常应答信号的次数大于3，语音IC2接收数据包的过程结束。

主控MCU1与语音IC2通过上述步骤进行单线通信，而且，单线通信中基于脉冲形式传输数据包，脉冲信号中的脉冲宽度和脉冲间隔是预先设定的，具体为：T1为预设宽度，T2＝4*T1，T3＝T1，T4＝10*T1，T5长度由命令码的执行时间决定，进一步，应答位T5又分为T6、T7和T8，T7长度由命令码的执行时间决定，T6＝T8<＝T1。

通信过程中，采用海明码校验位对命令码进行编码，通讯口21上的数据包帧格式如图5所示，其中，无数据通讯时，通讯口21为低电平，通讯时，主控MCU1先输出1位起始位，接着输出数据位和检验位，数据位按照高位在先，低位在后的方式输出，最后输出1位应答位，主控MCU1相应I/O端口与语音IC2相应I/O端口的工作模式如下表所示：

本例的命令码采用8位二进制数据表示，并预先设置于主控MCU中，命令码描述如下表所示：

命令码	命令描述
		C1	火警2：单交输出火警音、光指示及使能信号
C2	火警3：单次输出火警光指示，不输出火警音及使能信号
		C3	传感器故障1：单次输出传感器故障声，光指示及使能信号
C4	传感器故障2：单次输出传感器故障对应的光指示信号，不输出光指示及使能信号
		C5	低电压故障1：单次输出低电压故障声、光指示及使能信号
C6	低电压故障2：单次输出低电压故障对应的光指示信号，不输出故障音及使能信号
		C7	正常1：单次输出正常声、光指示信号及使能信号
C8	正常2：单次输出正常光指示信号，不输出正常音及使能信号
		C9	系统故障：单次输出系统故障对应的光指示信号，无故障音及使能信号输出
C10	传感器故障3：单次输出传感器故障声、光指示及使能信号
		C11	低电压故障3：单次输出低电压故障声、光指示及使能信号
C12	测试：测试信号输出口给出五个脉冲信号

为保证命令码出错后语音IC2不会发生误动作，上述命令码的定义原则为：

1)设置的命令码的码距不小于3。

具体为：设命令码为Cx，x∈N+，命令码距要求：(x,y∈N₊,且x≠y)；设A的二进制表示为A＝A₇A₆A₅A₄A₃A₂A₁A₀；

A0+A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7≥3。

2)采用海明码校验。

由于本例的命令码采用8位信息位表示，根据海明码校验原理，可得出海明码校验位是4位，海明码编码及校验方式为本领域技术人员所熟知的，不作赘述。

另外，本例还规定了主控MCU1与语音IC2通信过程中满足以下约束条件：

1)语音IC2收到上述通讯命令之外的命令时，语音IC2不动作，即应答位T7部分不给出低电平，同时无任何声、光、使能信号输出；

2)语音IC2收到上述通讯命令开始执行后，在当前命令执行完成前，不接收和处理新命令；当前命令执行完成后，再接收和处理新命令；

3)语音IC2收到不完整的数据帧时，应具有一定退出机制(如超时退出等)，即退出当前的接收过程，重新开始新的接收过程；

4)MCU1给出新数据帧之前，先给出大于2ms低电平(空闲时间)，再给出起始位，保证语音IC2退出异常接收态进入新数据帧的起始位接收态。

以命令C1、命令C2和命令C3为例描述语音IC2执行命令码的过程,其他通讯命令不作赘述。

1)命令C1(火警2)

主控MCU1输出：命令码＝C1；

语音IC2输出：接收到正确命令后，应答位T7部分＝0；

语音IC2功能：单次输出火警声、光指示及使能信号，具体时序如图6所示。

2)命令C2(火警3)

MCU1输出：命令码＝C2；

语音IC2输出：接收到正确命令后，应答位T7部分＝0；

语音IC2功能：单次输出火警光指示，不输出火警音及使能信号，具体时序如图7所示。

3)命令C3(传感器故障1)

MCU1输出：命令码＝C3；

语音IC2输出：接收到正确命令后，应答位T7部分＝0；

语音IC2功能：单次输出传感器故障声、光指示及使能信号，具体时序如图8所示。

图6-图8中的t1，t2，t3，t4，t5，t8分别表示为：t1为光指示亮的时间，时间长短由具体命令决定；t2为光指示灭的时间，时间长短由具体命令决定；t3为报警机械音响的时间，时间长短由具体命令决定；t4为静音的时间，时间长短由具体命令决定；t5为报警语音时间，时间长短由具体命令决定及语音内容决定；t8使用后确保语音IC与功放IC工作稳定的时间，具体由语音IC与功放IC的性能决定。

实施例二：

实施例一的主控MCU1是将数据包中的海明码校验位和命令码编码为二进制数据，而本例中，采用主控MCU1先将数据包中的命令码生成二进制命令位，再根据二进制命令位生成校验位，最终将数据包编码为二进制数据，本例的校验位是奇偶校验位，具体为偶校验位。

本例采用偶校验位对命令码进行编码，通信过程中，本例的通讯口21上的数据包帧格式如图9所示，其中，无数据通讯时，通讯口21为低电平，通讯时，主控MCU1先输出1位起始位，接着输出8位数据位，再输出1位偶检验位，数据位按照高位在先，低位在后的方式输出，最后输出1位应答位。除主控MCU1输出的数据包的帧格式不同外，本例的主控MCU1的其他工作方式与实施例一的主控MCU1工作方式类同，不作赘述，同样的，除语音IC2校验数据包是否有效的方式不同外，本例的语音IC2的其他工作方式与实施例一的语音IC2工作方式类同，不作赘述。

本例的命令码定义原则也采用命令码之间的码距大于等于3，其码距的设置方式请参考实施例一，本例的主控MCU1与语音IC2通信之间的约束条件与实施例一的约束条件类同，不作赘述，本例的语音IC2执行命令码的过程与实施例一的语音IC2执行命令码的过程类同，不作赘述。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，而且本发明的数据传输方法可以应用在任何类似本申请的通信控制中，不仅仅限于本申请的语音报警火灾探测器，也不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (11)

1.一种基于脉宽调制的数据传输方法，应用于语音报警火灾探测器，其特征在于，主控MCU与语音IC单I/O线连接，包括如下步骤：

数据转换：所述主控MCU将数据包中的校验位、命令码编码为二进制数据；或者，所述主控MCU先将数据包中的命令码生成二进制命令位，再根据所述二进制命令位生成校验位，将所述数据包编码为二进制数据；所述命令码的码距大于等于3；

脉宽调制：将所述二进制数据按比特位依次调制成一一对应的脉冲单元：

当所述比特位为0时，将其转换为脉冲宽度为T1的脉冲单元；

当所述比特位为1时，将其转换为脉冲宽度为T2的脉冲单元；

脉冲信号发送：主控MCU将所述脉冲单元形成脉冲间隔为T3的脉冲信号，将其通过单线发送至语音IC；

数据接收：语音IC获取所述脉冲信号，根据脉冲宽度还原所述数据包；

所述语音IC检测获取的所述数据包是否有效，并向所述主控MCU发送应答信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括命令执行：所述语音IC识别所述数据包，采用校验位校验所述数据包是否有效，如果所述数据包有效，执行所述命令码并输出相应的声音提示和/或光提示。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主控MCU将所述脉冲信号发送至语音IC之前，还包括主控MCU发送起始位，所述起始位为脉冲宽度为T4的脉冲单元。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述语音IC识别所述数据包的具体步骤包括：

所述语音IC依次检测所述脉冲信号的脉冲单元，若语音IC检测所述脉冲单元的脉冲宽度为T1时，识别其为二进制数据0，若语音IC检测所述脉冲单元的脉冲宽度为T2时，识别其为二进制数据1。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述语音IC采用校验位校验所述数据包是否有效之后，还包括，所述语音IC根据校验结果向所述主控MCU发送应答信号。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述应答信号包括有效应答信号和异常应答信号，所述语音IC向所述主控MCU发送应答信号，包括步骤：

若所述数据包有效，所述语音IC向所述主控MCU发送有效应答信号；

若所述数据包无效，所述语音IC向所述主控MCU发送异常应答信号，并重新接收所述数据包。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主控MCU将脉冲信号发送至语音IC之后，包括步骤：

获取语音IC发送的应答信号，并判断所述应答信号是有效应答信号还是异常应答信号；

若所述应答信号为异常应答信号，所述主控MCU重新发送所述数据包。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述应答信号为脉冲宽度为T5的脉冲单元。

9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述T1为预设宽度，T2＝4*T1，T3＝T1，T4＝10*T1，T5由所述命令码的执行时间决定。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述校验位为海明码校验位或奇偶校验位。

11.一种语音报警火灾探测器，包括主控MCU与语音IC，其特征在于，所述主控MCU和语音IC二者单I/O线连接，采用如权利要求1-10任一项所述的基于脉宽调制的数据传输方法，进行数据传输。