CN104408835A - 一种应用于pos终端有线音频通信中的抗干扰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，所述抗干扰装置设置于POS终端的接收端；所述抗干扰装置包括：音频信号输入端、直流隔离电路、高频滤波电路、施密特触发器单元、微控制器单元。本发明通过在POS机的接收端进行双重抗干扰设计，能大幅提高通信的稳定性；手机端传送的音频信号经过具备施密特功能的硬件电路的滤波、放大、抗干扰处理能够有效的将干扰幅度较低的干扰脉冲有效的过滤，再通过微控制器单元的信号处理，将音频信号中出现的干扰幅度较大的干扰脉冲进行滤波处理，还原有效信号；从而使POS终端实现了抗干扰功能，降低了手机端音频口的干扰对POS终端接收信号造成的影响，POS终端工作更加稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及刷卡支付装置通信技术,更具体地说,本发明涉及一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置。
背景技术
移动POS机与智能终端（例如手机、平板电脑）通过有线音频接口进行通信，因其通用性强、成本低、操作简单而备受商家的亲睐。然而，现有的手机或其他智能终端的音频接口输出的音频信号小，且容易受到来自设备、传输线及外界的噪声干扰，特别是音质较差的手机产生的噪声干扰将使POS机接收端性能受到很大影响，严重的将导致POS机与智能终端无法正常通信。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置。
本发明所采用的技术方案是一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置：所述抗干扰装置设置于POS终端的接收端；
所述抗干扰装置包括：
音频信号输入端、直流隔离电路、高频滤波电路、施密特触发器单元、微控制器单元；
所述音频信号输入端，其用于接收一待处理的音频信号并输出所述待处理的音频信号至直流隔离电路；
所述直流隔离电路，其用于将所述待处理的音频信号进行直流隔离得到一待高频滤波的音频信号，并将所述待高频滤波的音频信号提供到高频滤波电路；
所述高频滤波电路，其用于将所述待高频滤波的音频信号进行高频滤波得到一待滤除低频干扰脉冲的音频信号，并将所述待滤除低频干扰脉冲的音频信号提供到施密特触发器单元的输入端；
所述施密特触发器单元，其用于根据预设的上阀值电压和下阀值电压对所述待滤除低频干扰脉冲的音频信号进行波形整形，得到滤除低频干扰脉冲的方波信号；
所述微控制器单元，其用于获取所述方波信号中的翻转电平脉宽值，将其与预置的干扰脉宽值进行比较，根据比较结果，对翻转电平脉宽值进行处理，滤除所述施密特触发器单元输入端信号中脉冲幅度超出所述施密特触发器单元预设阀值的干扰信号。
优选的，所述施密特触发器单元包括：直流电压叠加电路、上下阀值电压给定电路、上阀值比较器、下阀值比较器、基本RS触发器电路；
所述直流电压叠加电路，其用于将所述待滤除低频干扰脉冲的音频信号进行电压叠加后分别提供给所述上阀值比较器的反相输入端和所述下阀值比较器的同相输入端；
所述上下阀值电压给定电路，其用于提供预设的上阀值电压和下阀值电压，并将所述上阀值电压提供给所述上阀值比较器的同相输入端、所述下阀值电压提供给所述下阀值比较器的反相输入端；
所述上阀值比较器，其用于将所述经电压叠加的待滤除低频干扰脉冲的音频信号与所述上阀值电压进行比较后输出一高电平或低电平的数字音频信号，并将输出的结果送至所述基本RS触发器电路的一个输入端；
所述下阀值比较器，其用于将所述经电压叠加的待滤除低频干扰脉冲的音频信号与所述下阀值电压进行比较后输出一高电平或低电平的数字音频信号，并将输出的结果送至所述基本RS触发器电路的另一个输入端；
所述基本RS触发器电路根据其两个输入端的两路数字音频信号的电平状态来控制输出一方波信号。
优选的，所述预置的干扰脉宽值包括窄干扰脉宽值和宽干扰脉宽值；
所述微控制器单元获取所述方波信号中的翻转电平脉宽值，若翻转电平脉宽值小于所述窄干扰脉宽值，则将其视为干扰脉冲滤除，脉宽值计入翻转前的状态；若翻转电平脉宽值大于所述窄干扰脉宽值小于所述宽干扰脉宽值，将此脉冲记录为不确定状态，在接收完一个字节后，通过字节中的校验位纠正不确定状态的比特值；在出现两个及以上的位为不确定为时，标记为解码错误，采用重传机制对错误的数据包进行重新发送。
优选的，所述微控制器单元通过定时器捕获功能获取所述方波信号中的翻转电平脉宽值。
优选的，所述直流隔离单元包括第一电容，所述第一电容与音频信号输入端串联。
优选的，所述高频滤波单元包括第二电容，所述第二电容并联在所述直流隔离单元的输出端与接地电位之间。
所述直流电压叠加电路包括第一分压电阻、第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻依次串联接在电源和地之间；所述第二分压电阻的一端接地，其另一端与所述高频滤波单元的输出端连接。
优选的，所述上下阀值电压给定电路包括第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻，所述第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻依次串联接在电源和地之间；所述第四分压电阻为上下阀值电压调整电阻，所述第三分压电阻、第四分压电阻的连接端作为上阀值电压输出端与所述上阀值比较器的同相输入端连接；所述第四分压电阻、第五分压电阻的连接端作为下阀值电压输出端与所述下阀值比较器的同相输入端连接。
优选的，所述基本RS触发器电路包括第一与非门和第二与非门，所述第一与非门和第二与非门的输入端、输出端交叉连接。
本发明的有益效果是：
本发明通过在POS机的接收端进行双重抗干扰设计，能大幅提高通信的稳定性；手机端传送的音频信号经过具备施密特功能的硬件电路的滤波、放大、抗干扰处理能够有效的将干扰幅度较低的干扰脉冲有效的过滤，再通过微控制器单元的信号处理，将音频信号中出现的干扰幅度较大的干扰脉冲进行滤波处理，还原有效信号；从而使POS终端实现了抗干扰功能，降低了手机端音频口的干扰对POS终端接收信号造成的影响，POS终端工作更加稳定可靠。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1为本发明一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置结构示意图；
图2为本发明所述施密特触发器单元一具体实施例结构示意图；
图3为F2F调制波中比特0和比特1的波形示意图；
图4为施密特触发器单元的输入信号波形和输出信号波形对照示意图；
图5为窄干扰脉冲生成示意图；
图6为宽干扰脉冲生成示意图；
图7为本发明所述微控制器单元的信号处理流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，抗干扰装置设置于POS终端的接收端；图1为本发明一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置结构示意图，如图1所示，本发明一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置包括：音频信号输入端10、直流隔离电路11、高频滤波电路12、施密特触发器单元13、微控制器单元14。
图2为本发明所述施密特触发器单元一具体实施例结构示意图，如图2所示， 施密特触发器单元13包括：直流电压叠加电路130、上下阀值电压给定电路131、上阀值比较器OP1、下阀值比较器OP2、基本RS触发器电路132。
音频信号输入端10连接直流隔离单元11中的第一电容C1，高频滤波单元12中的第二电容C2并联在直流隔离单元11的输出端与接地电位之间。
直流电压叠加电路130由第一分压电阻R1、第二分压电阻R2依次串联接在电源VCC和地之间，电源VCC处设置有滤波单元133，滤波单元由两个滤波电容C9、C10组成；第二分压电阻R2的一端接地，其另一端与高频滤波单元12的输出端连接。
高频滤波单元12的输出端经与第二分压电阻R2的另一端连接后，分别与上阀值比较器OP1的反相输入端和下阀值比较器OP2的同相输入端连接。
上下阀值电压给定电路131由第三分压电阻R3、第四分压电阻R4、第五分压电阻R5依次串联接在电源VCC与地之间，第四分压电阻R4为上下阀值电压调整电阻，第三分压电阻R3与第四分压电阻R4的连接端作为上阀值电压输出端与上阀值比较器OP1的同相输入端连接，上阀值电压输出端与接地电位之间并联有两个滤波电容C3、C4；第四分压电阻R4与第五分压电阻R5的连接端作为下阀值电压输出端与下阀值比较器OP2的反相输入端连接，下阀值电压输出端与接地电位之间并联有两个滤波电容C5、C6。
上阀值比较器OP1的输出端和下阀值比较器OP2的输出端与基本RS触发器电路132的两个输入端连接，在上阀值比较器OP1的输出端和下阀值比较器OP2的输出端与接地电位之间分别设置有滤波电容C7、C8。
基本RS触发器电路132包括第一与非门D1和第二与非门D2，第一与非门D1和第二与非门D2的输入端、输出端交叉连接。
音频信号输入端10接收一待处理的音频信号并输出该待处理的音频信号至直流隔离电路11，该直流隔离电路11对该待处理的音频信号进行直流隔离得到一待高频滤波的音频信号，该待高频滤波的音频信号被提供到高频滤波电路12，高频滤波电路12滤除高频信号后得到一待滤除低频干扰脉冲的音频信号送入直流电压叠加电路130，该直流电压叠加电路130对该待滤除低频干扰脉冲的音频信号进行电压叠加后分别输入到上阀值比较器、下阀值比较器，两路比较器电路则对输入的电压叠加音频信号与上下阀值电压给定电路131上的固定电压进行比较后输出两路高电平或低电平的数字音频信号，此两路数字音频信号送至基本RS触发器电路132，基本RS触发器电路132通过两路数字音频信号的电平状态来控制输出高低电平信号，即得到滤除干扰脉冲的数字音频信号，该数字音频信号为方波信号，滤除干扰脉冲的方波信号被传送给微控制器单元14。
为进一步说明本发明中具备施密特功能的施密特触发器单元的电路工作原理，下面以经F2F(frequency/double frequency)调制方式的音频信号为例，说明在本发明应用于POS终端有线音频通信中对接收到的音频信号进行滤波处理的过程。图3为F2F调制波中比特0和比特1的波形示意图，如图3所示，F2F调制方式下，频率为2.2kHz的半个周期波形表示比特‘0’，频率为4.4kHz的全周期波形表示比特‘1’。
在本实施例中，将直流电压叠加电路130中的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2阻值设置为相等，因此在静态时，施密特触发器单元13输入端的输入信号Ui=VCC×(1/2)。上下阀值电压给定电路由三个分压电阻R3、R4、R5串联在电源与地之间，因此下阀值电压U1，上阀值电压U2电压恒定，U1= VCC×(R5÷(R3+R4+R5))，U2= VCC×((R5+R4)÷(R3+R4+R5))。其中第三分压电阻R3,第五分压电阻R5阻值相等, 第四分压电阻R4≠0，所以在静态时，R5/( R3+R4+R5) < 1/2 < (R5+R4)÷(R3+R4+R5)，即U1<Ui<U2，通过改变第四分压电阻R4的阻值可以调整上阀值U2和下阀值U1。在动态时，交流输入信号与VCC×(1/2)电压叠加，则可能出现Ui<U1或者Ui>U2的情况。
出现这三种情况时，上阀值比较器OP1的输出Ua、下阀值比较器OP2的输出Ub、基本RS触发器电路132 的输出的电平状态分别如下：
1.当Ui<U1时，Ua为L，Ub为H，则Uo输出为H；
2.当Ui>U2时，Ua为H，Ub为L，则Uo输出为L；
3.当U1<Ui<U2时，Ua为H，Ub为H:
若Qn状态为L，则Qn+1输出为L，即Uo保持不变；
若Qn状态为H，则Qn+1输出为H，即Uo保持不变；
即当施密特触发器单元13的输入信号Ui在上阀值U2和下阀值U1的电压范围内时，施密特触发器单元13的输出信号Uo保持原来的电平状态不变；当输入信号Ui低于下阀值U1时，输出信号Uo为低电平；当输入信号Ui高于上阀值U2时，输出信号Uo为高电平。
图4为施密特触发器单元的输入信号波形和输出信号波形对照示意图，如图4所示，如果施密特触发器单元13的输入信号Ui在施密特触发器单元13的上阀值电压U2和下阀值电压U1形成的滞后区范围内，将会被施密特触发器单元13忽略，即起到滤除杂波，抵抗干扰的效果，经施密特触发器单元13滤波处理得到的稳定的方波信号被传送给微控制器单元14。
图5为窄干扰脉冲生成示意图，图6为宽干扰脉冲生成示意图，如图5和图6所示，上述施密特触发器单元13能够有效的将干扰幅度较低的干扰脉冲有效的过滤，然而当出现脉冲幅度超出施密特触发电路预设阀值的干扰，施密特触发器单元13无法将其滤除。
图7为本发明所述微控制器单元的信号处理流程示意图，如图7所示，微控制器单元14用于获取方波信号中的翻转电平脉宽值，将其与预置的干扰脉宽值进行比较，根据比较结果，对翻转电平脉宽值进行处理，滤除所述施密特触发器单元13输入端信号中脉冲幅度超出施密特触发器单元13预设阀值的干扰信号。
在本实施例中微控制器单元14数据接收采用定时器捕获功能获取方波信号中的翻转电平脉宽值，当有数据到来，即检测到一个方波的边沿，定时器产生一个中断，通过寄存器可以获取方波宽度值，将获取的方波宽度值与预置的干扰脉宽值进行比较。
预置的干扰脉宽值包括窄干扰脉宽值和宽干扰脉宽值；在本实施例中窄干扰脉宽值为0脉宽的15%（即1脉冲周期的15%），宽干扰脉宽值为0脉宽的35%。
如果获取的方波宽度值小于0脉宽的15%（即小于1脉冲周期的15%），则认为是干扰脉冲，对于干扰脉冲的翻转可以直接忽略，把脉宽值计入翻转前的状态中。
在电平状态中出现较宽的翻转电平时，即如果获取的方波宽度值大于窄干扰脉宽值（即大于0脉宽的15%）同时小于宽干扰脉宽值（即小于0脉宽的35%），无法立即判断出是否为干扰脉冲，可以将此脉冲记录为不确定状态，然后在接收完一个字节后，通过字节中的检验位来纠正这个不确定状态的比特值，在本实施例中，数据帧格式置有纵向冗余校验字符（LRC），结合一帧数据的LRC校验字节来校验整包数据，从而确保数据的正确性。对于一个字节内出现两个及以上的位是不确定位时无法纠正，标记为解码错误；当出现解码错误时，采用重传机制对错误的数据包重新发送。
通过微控制器单元14对方波信号的处理将脉冲幅度超出施密特触发电路预设阀值的干扰进行滤波处理，还原有效信号。
本发明通过双重抗干扰设计，降低手机端音频口的干扰对POS终端接收信号造成的影响，使POS终端实现了抗干扰功能，工作更加稳定可靠。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：所述抗干扰装置设置于POS终端的接收端；
所述抗干扰装置包括：
音频信号输入端、直流隔离电路、高频滤波电路、施密特触发器单元、微控制器单元；
所述音频信号输入端，其用于接收一待处理的音频信号并输出所述待处理的音频信号至直流隔离电路；
所述直流隔离电路，其用于将所述待处理的音频信号进行直流隔离得到一待高频滤波的音频信号，并将所述待高频滤波的音频信号提供到高频滤波电路；
所述高频滤波电路，其用于将所述待高频滤波的音频信号进行高频滤波得到一待滤除低频干扰脉冲的音频信号，并将所述待滤除低频干扰脉冲的音频信号提供到施密特触发器单元的输入端；
所述施密特触发器单元，其用于根据预设的上阀值电压和下阀值电压对所述待滤除低频干扰脉冲的音频信号进行波形整形，得到滤除低频干扰脉冲的方波信号；
所述微控制器单元，其用于获取所述方波信号中的翻转电平脉宽值，将其与预置的干扰脉宽值进行比较，根据比较结果，对翻转电平脉宽值进行处理，滤除所述施密特触发器单元输入端信号中脉冲幅度超出所述施密特触发器单元预设阀值的干扰信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：所述施密特触发器单元包括：直流电压叠加电路、上下阀值电压给定电路、上阀值比较器、下阀值比较器、基本RS触发器电路；
所述直流电压叠加电路，其用于将所述待滤除低频干扰脉冲的音频信号进行电压叠加后分别提供给所述上阀值比较器的反相输入端和所述下阀值比较器的同相输入端；
所述上下阀值电压给定电路，其用于提供预设的上阀值电压和下阀值电压，并将所述上阀值电压提供给所述上阀值比较器的同相输入端、所述下阀值电压提供给所述下阀值比较器的反相输入端；
所述上阀值比较器，其用于将所述经电压叠加的待滤除低频干扰脉冲的音频信号与所述上阀值电压进行比较后输出一高电平或低电平的数字音频信号，并将输出的结果送至所述基本RS触发器电路的一个输入端；
所述下阀值比较器，其用于将所述经电压叠加的待滤除低频干扰脉冲的音频信号与所述下阀值电压进行比较后输出一高电平或低电平的数字音频信号，并将输出的结果送至所述基本RS触发器电路的另一个输入端；
所述基本RS触发器电路根据其两个输入端的两路数字音频信号的电平状态来控制输出一方波信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：
所述预置的干扰脉宽值包括窄干扰脉宽值和宽干扰脉宽值；
所述微控制器单元获取所述方波信号中的翻转电平脉宽值，若翻转电平脉宽值小于所述窄干扰脉宽值，则将其视为干扰脉冲滤除，脉宽值计入翻转前的状态；若翻转电平脉宽值大于所述窄干扰脉宽值小于所述宽干扰脉宽值，将此脉冲记录为不确定状态，在接收完一个字节后，通过字节中的校验位纠正不确定状态的比特值；在出现两个及以上的位为不确定为时，标记为解码错误，采用重传机制对错误的数据包进行重新发送。
4.根据权利要求3所述的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：所述微控制器单元通过定时器捕获功能获取所述方波信号中的翻转电平脉宽值。
5.根据权利要求1或2所述的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：所述直流隔离单元包括第一电容，所述第一电容与音频信号输入端串联。
6.根据权利要求1或2所述的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：所述高频滤波单元包括第二电容，所述第二电容并联在所述直流隔离单元的输出端与接地电位之间。
7.根据权利要求2所示的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：所述直流电压叠加电路包括第一分压电阻、第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻依次串联接在电源和地之间；所述第二分压电阻的一端接地，其另一端与所述高频滤波单元的输出端连接。
8.根据权利要求2所示的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于：所述上下阀值电压给定电路包括第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻，所述第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻依次串联接在电源和地之间；所述第四分压电阻为上下阀值电压调整电阻，所述第三分压电阻、第四分压电阻的连接端作为上阀值电压输出端与所述上阀值比较器的同相输入端连接；所述第四分压电阻、第五分压电阻的连接端作为下阀值电压输出端与所述下阀值比较器的同相输入端连接。
9.根据权利要求2所述的一种应用于POS终端有线音频通信中的抗干扰装置，其特征在于，所述基本RS触发器电路包括第一与非门和第二与非门，所述第一与非门和第二与非门的输入端、输出端交叉连接。
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Denomination of invention: An anti-interference device applied in wired audio communication of POS terminals Effective date of registration: 20231123 Granted publication date: 20180112 Pledgee: Shenzhen hi tech investment small loan Co.,Ltd. Pledgor: SHENZHEN YILIAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067222 |