CN106303823B - 外围传感器接口信号到音频信号的转换 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及外围传感器接口系统，其包括PSI5控制器和音频转换器，所述音频转换器被配置来从所述PSI5控制器接收信号并将所述接收的信号转换成音频信号。

Description

外围传感器接口信号到音频信号的转换
技术领域
本发明涉及用于汽车传感器应用的外围传感器接口(PSI5)。
背景技术
外围传感器接口(PSI5)技术表示在汽车安全应用中数据传输的标准(参见www.psi5.org)。最初为安全气囊应用设计的最新规范涵盖像引擎管理和车辆动力学的附加应用领域。汽车系统或部件使用用于在外围传感器/致动器和控制单元之间通信的PSI5接口。PSI5基于双线电缆将传感器或致动器连接到控制单元。电缆可用于传感器或致动器的电源和数据通信两者。
该控制器的应用在汽车RNC(道路噪声补偿)项目。RNC算法对来自驱动和耦合的轴的加速度值有效。加速度用使用PSI5接口作为通信、诊断和电源电压的传感器测量。控制器收集所有这些加速度数据并且将它们直接且数字地传送到数字信号处理器，而无任何精确度和其它变换的损失。然后该DSP将计算RNC信号以降低在车厢中的噪声水平。
另一个汽车应用可为从前保险杠的PSI5雷达传感器得到雷达信息。这些传感器经由PSI5接口连接到处理单元，其中数字信号处理器计算在车辆前方和行人或任何物体之间的距离。
但是，由常规PSI5控制器提供的数据的用途非常有限，因为目前任何常规PSI5控制器输出仅适于直接控制一些装置(例如，在车辆中的安全气囊)的启动的数据格式。因此，本发明的一个目的是提供用于使用由PSI5控制器以与现有技术相比更灵活的方式响应于传感器数据供应的数据的装置。
发明内容
上述目的通过外围传感器接口(PSI5)系统解决，所述系统包括PSI5控制器和被配置来从PSI5控制器接收信号并将接收的信号转换成音频信号的音频转换器。与现有技术相反，本发明的PSI5系统(例如)允许将警告和其它信息直接输出到配备有PSI5传感器技术的车辆的驾驶员。存在于由PSI5控制器产生的信号中的信息因此可比现有技术更灵活使用。
具体地，PSI5系统可包括传感器，其被配置来将传感器信号供应到PSI5控制器，并且PSI5控制器可被配置来基于传感器信号供应由音频转换器接收的信号。例如，压力或加速度传感器检测特定事件和关于对PSI5控制器的检测的信号信息，所述PSI5控制器作为响应产生特定信号。例如，特定事件可为在车辆的某个预定距离内的行人突然靠近。特定信号可通过音频转换器被依次转换成音频信号，所述音频信号可被输出到车辆的驾驶员或乘客，其中PSI5系统借助于音频装置安装。
本发明的PSI5系统还可包括数字信号处理器(DSP)，其被配置用于处理音频信号并将处理后的音频信号供应到安装在车辆中的音频装置。具体地，DSP可被配置来实现由音频转换器提供的音频信号的噪声减少和/或回声补偿。音频转换器可以包括高速控制器和时分复用(TDM)桥。具体地，音频转换器可被配置来缩放输入的传感器数据并对其进行滤波。例如，通过这种预处理，由传感器提供的信息可以正确地适合于随后通过DSP的处理。因此，传感器可以被其它传感器交换，而不需要交换从音频转换器接收数据的任何处理装置。
根据特定实施方案，高速控制器和TDM桥在单个微芯片上集成。PSI5控制器可在同一单微芯片上集成。更一般地，PSI5控制器和音频转换器可在单个微芯片上集成，从而提供成本降低和紧凑配置的优点。实际上，本文还提供在其上PSI5控制器和音频转换器集成或其上高速控制器和TDM桥以及PSI5控制器集成的微芯片。
上述目的还通过用于将声音消息输出到车辆的驾驶员和乘客的方法解决，其中外围传感器接口(PSI5)系统被安装在车辆中，PSI系统包括传感器、PSI5控制器和音频转换器，所述方法包括以下步骤
通过传感器检测事件(例如，其可为某一预定的事件，如在车辆的某个预定距离内的行人突然靠近)；
将响应于事件检测的传感器信号从传感器供应到PSI5控制器；
响应于接收所述传感器信号，将来自所述PSI5控制器的信号供应到所述音频转换器；
通过音频转换器，(例如)借助于时分复用(TDM)桥将从PSI5控制器接收的信号转换成音频信号；以及
将所述音频信号输出到所述驾驶员或乘客。
根据所述方法的实施方案，音频信号通过音频转换器输出到数字信号处理器(DSP)，其通过噪声减少和/或回声补偿提高音频信号的质量并因此在噪声减少和/或回声补偿后将增强的音频信号从DSP供应到安装在车辆中用于输出声音消息的音频装置。
将参考附图描述本发明的另外的特征和优点。在本说明书中，对附图做出参考，附图是用来图示本发明的优选实施方案。应当理解，此类实施方案并不表示本发明的全部范围。
附图说明
图1图示在传感器和接收器之间PSI5数据传输的基本方案。
图2图示包括具有PSI5接收器和多个传感器的电子控制单元的控制系统的示例。
图3图示包括音频转换器的PSI5技术的两个示例性配置。
图4示出包括音频转换器的本发明PSI5系统的示例。
具体实施方式
本发明涉及PSI5技术，并且可结合传感器和PSI5接口之间的数据传输的标准方案实施。根据本发明，由PSI5接口/控制器提供的数据被转换成可被输出到配备有PSI5技术的车辆的驾驶员的音频数据。
安装在车辆(例如，汽车)中的PSI5可基于双线电缆将传感器或致动器连接到接收器。电缆可用于传感器或致动器的电源和数据通信两者。图1图示数据传输的基本方案。接收器1和传感器2借助于双绞线电缆3彼此连接。传感器2可为碰撞传感器，如加速度传感器或压力传感器。对于双向通信，特定的同步脉冲模式被用于向传感器(例如在菊链总线情况下寻址的传感器)和总线装置的配置传送命令。传感器2在预定义时隙内用电流调制的数据响应。
如图2所示，控制系统可包括电子控制单元(ECU)4和外围传感器2。ECU包括通过PSI5接口6彼此连接的PSI5接收器1和微控制器5。接收器1可为ASI收发器，其将预调节的电压提供到传感器2，并且读入由外围传感器提供的传送的传感器数据。上面的示例示出了用于传感器1和传感器2的点对点连接和用于传感器3和传感器4的两种不同总线配置。
原则上，可实施曼彻斯特编码的数字数据传输。ECU可通过调节电压传送所谓“同步脉冲”。传感器2在预定义时隙内用电流调制的数据响应。或者，数据可以被异步传送，其中数据字在指定的时间间隔内发送。在这种情况下不需要同步脉冲。
可结合本发明的上述配置实施方案实施。本发明配置的两个示例在图3中示出。根据图3的上行，PSI5控制器10和传感器20通过PSI5总线11彼此连接。PSI5控制器10经由数据连接12连接到音频转换器30。音频转换器30经由音频总线13连接到数字信号处理器(DSP)40。在图3的下行示出的示例与上行所示的示例不同之处在于PSI5控制器10和音频转换器30在单个单元50(例如，单微芯片)中的集成。音频转换器30被配置来将由PSI5控制器10供应的信号转换成可被DSP 40处理的音频信号(例如，24位192kHz)。
DSP 40可以包括高速控制器和时分复用(TDM)桥。如果音频转换器输出模拟音频信号，DSP 40可以包括模拟到数字转换器。但是，可能优选的是音频转换器输出数字音频信号。在任何情况下，数字音频信号可以由DSP 40处理，以便获得增强的数字音频信号。增强指的是噪声减少和/或回声补偿。增强的数字音频信号可被DSP40的数字到模拟转换器转换，以获得可由安装在车辆上的音频装置输出的增强的模拟音频信号。因此，由PSI5控制器10从传感器20接收的传感器数据致使通过PSI5控制器10产生PSI5数据，并且该PSI5数据通过音频转换器30被转换成音频数据并另外处理用于通过音频DSP 40输出。由此，车辆的驾驶员可被给出响应于例如指示某一安全问题的具体预定类型的传感器数据的声音警告。例如，当在其中安装PSI5系统的车辆的前方与在车辆外的行人或任何物体之间的距离(其由适当的传感器检测)确定低于某一预定阈值时，可输出警告。该预定阈值可为车辆速度的函数。
本发明PSI5系统的一个具体示例在图4中示出。传感器120经由PSI5接口101以异步模式将传感器数据发送到PSI5控制器110。根据PSI5标准，异步意指传感器将以其自己的采样速率自动地将其数据发送到PSI5控制器。不需要PSI5控制器在该应用产生所谓的同步脉冲并且总是保证传感器的最大传输速率。在该示例中，PSI5控制器110为ELMOS 521.44控制器。该PSI5控制器经由通用异步收发器(UART)102实现的串行接口连接到高速控制器130。
PSI5控制器自动地(其中波特率为约8M比特/秒)发送所接收的传感器数据。另外，PSI5控制器的内部寄存器的初始化数据也将通过该连接被发送。高速控制器130为STM32F4控制器，其为基于
Figure BDA0000994107810000051
的微处理器，并且将接收这些高速数据流、解码协议并提取传感器数据信息。此外，控制器处理诊断任务，如对地短路、短接电源、电缆断路等。高速控制器130经由同步串行数据链路103连接到TDM桥140。同步串行数据链路103可通过串行外围接口(SPI)总线(其中将只传送传感器的数据)实现。在所示的示例中，TDM桥140是Altera现场可编程门阵列(FPGA)cyclone，其包括埋置存储器、外部存储器接口和时钟管理电路。Altera FPGA cyclone接收来自高速控制器的输入数据、将数据存储到它的内部数据缓冲器中并且将数据信号传送到随后的信号处理单元。在FPGA中，还可能缩放输入的传感器数据并对其进行滤波以使这些类型的信息适于随后的信号处理。
该“预处理”的一个特别的优点可在以下可能性中看出，传感器可以被任何其它类型的传感器交换，而随后的信号处理可保持不变。
音频信号经由TDM音频接口104被供应到DSP 150。在所示的示例中，DSP 150为Analog Device AD21469。DSP可容易地接收和处理传感器数据作为同步数据流，而没有任何对诊断任务等额外的工作。例如，可在无需任何调试的情况下使用DSP的内部音频框架来处理加速计的传感器数据。
根据另选的实施方案，TDM桥140和DSP 150或TDM桥140、DSP 150和PSI5控制器110被集成在单个微芯片上。
所有前述实施方案不旨在作为限制，而是作为说明本发明的特征和优点的示例。应当理解，一些或所有上述特征还可以不同的方式组合。

Claims (9)

1.一种外围传感器接口PSI5系统，其包括
PSI5控制器；和
传感器，其被配置来将包括传感器数据的传感器信号供应到所述PSI5控制器；
被配置来从所述PSI5控制器接收包括传感器数据的信号并将所接收的信号转换成音频信号的音频转换器，其中所述PSI5控制器被配置来响应于所述传感器信号的接收供应由所述音频转换器接收的所述信号；
其中，所述音频转换器包括高速控制器和用于缩放传感器信号并对所述传感器信号进行滤波的时分复用TDM桥。
2.根据权利要求1所述的PSI5系统，其还包括数字信号处理器DSP，所述DSP被配置来处理所述音频信号并将处理后的音频信号供应到安装在车辆中的音频装置。
3.根据权利要求2所述的PSI5系统，其中所述DSP被配置来针对噪声减少和/或回声补偿处理所述音频信号。
4.根据权利要求1所述的PSI5系统，其中所述高速控制器和所述TDM桥在单个微芯片上集成。
5.根据权利要求4所述的PSI5系统，其中所述PSI5控制器在所述单个微芯片上集成。
6.根据权利要求1所述的PSI5系统，其中所述PSI5控制器和所述音频转换器在单个微芯片上集成。
7.根据权利要求1所述的PSI5系统，其中所述传感器为压力传感器或加速度传感器。
8.一种用于将声音消息输出到车辆的驾驶员或乘客的方法，其中外围传感器接口PSI5系统被安装在所述车辆中，所述PSI系统包括传感器、PSI5控制器和音频转换器，所述方法包括以下步骤
通过所述传感器检测事件；
将响应于事件的检测的包括传感器数据的传感器信号供应到所述PSI5控制器；
响应于接收所述传感器信号，将来自所述PSI5控制器的包括传感器数据的信号供应到所述音频转换器；
借助于所述音频转换器的控制器和时分复用TDM桥，通过所述音频转换器将从所述PSI5控制器接收的所述信号转换成音频信号；
通过所述TDM桥缩放传感器信号并对所述传感器信号进行滤波；以及
将所述音频信号输出到所述驾驶员或乘客。
9.根据权利要求8所述的方法，其还包括
将所述音频信号从所述音频转换器供应到数字信号处理器DSP；
由所述DSP通过噪声减少和/或回声补偿提高所述音频信号的质量；
在噪声减少和/或回声补偿后将所述音频信号从所述DSP供应到安装在所述车辆中的音频装置以供输出。
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