CN110750061B - 一种增强离散信号传输可靠性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强离散信号传输可靠性的方法，该方法首先搭建主控电路和离散信号输出、采集电路，然后设定电压偏离上限和离散信号输出电压参数，之后在使能离散信号高电平输出时计算接收端电压，并根据电压偏离来进行输出电压调整，最后进行离散信号输出电压参数存储，供下次上电使用。本发明方法可保证接收端接收到的高电平电压接近期望电压，从而避免由于电压靠近阈值边缘而导致的传输错误问题，增强离散信号传输可靠性。

Description

一种增强离散信号传输可靠性的方法
技术领域
本发明属于信号传输技术领域，涉及一种增强离散信号传输可靠性的方法。
背景技术
离散信号指使用时域非连续量进行表示的信号，在实际应用中是通常采用地和高电平分别表示"0"、"1"进行指令和状态传输。在不同设备间传输离散信号时，为保证发送端发出的离散信号被接收端可靠识别，需要确保接收端接收到的高电平在一定阈值范围内。而考虑到电缆对信号的衰减，为了避免接收端高电平低于阈值，现有的方法通常是在增大接收端阈值范围的同时，使用较高电压的高电平信号以减小衰减比例，但这增加了接收端器件选型的难度，且该方法无法确认接收端接收到的高电平电压是否处于阈值边缘。在电缆较长或电缆阻抗较大时，该方法无法进行自适应调节。如果传输信号的高电平电压已经处于接收端阈值边缘，则会明显增加传输错误率，进而导致系统更为严重的功能甚至安全性问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对现有离散信号传输方法存在的诸多问题，提供一种增强离散信号传输可靠性的方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种增强离散信号传输可靠性的方法，其特点是包括以下步骤：
步骤1：搭建主控电路。即搭建一个具有存储功能的控制电路，其在调整离散信号输出电压、控制离散信号输出切换的同时可控制采集电路进行双路电压采集和计算。
步骤2：搭建离散信号输出、采集电路。其中离散信号输出电路由输出电压调整电路和"0""1"输出切换电路构成，输出电压调整电路用于调整离散信号输出的高电平电压，"0""1"输出切换电路用于切换离散信号输出低、高电平状态；离散信号采集电路由双路模数转换电路和两个电压采集回路构成，其中一个电压采集回路在发送端设备内部，由离散信号输出点到模数转换电路的通路构成，该回路在模数转换电路端无负载电阻，采集电压记为U1，另一个采集回路始于电缆内部，由电缆内近接收端的离散信号传输线到发送设备内模数转换电路的通路构成，该回路在模数转换电路端有负载电阻RL2，采集电压记为U2。在电缆内部，离散信号传输线和U2对应采集回路传输线使用的线缆型号和长度均一致。
步骤3：设定电压偏离上限和离散信号输出电压参数。电压偏离上限，即限定的接收端实际电压与期望电压之间的差值上限，大于该上限时需要进行输出电压调整。设定离散信号输出电压参数，即在主控电路内部，对应离散信号输出电压调整电路，设定的与离散信号输出电压相关的参数，该参数存储在主控电路内，主控电路可根据当前电路运行情况进行调整、存储，并在下次上电时自动读取并恢复最后一次调整后的电压值。
步骤4：使能离散信号高电平输出、计算接收端电压。在发送端设备需要输出高电平离散信号时，主控电路首先根据设定的离散信号输出电压值控制输出电压调整电路输出指定电压，然后控制"0""1"输出切换电路输出"1"，即输出高电平；计算接收端电压，即计算步骤2中U2对应的回路与离散信号传输线交叉点的电压，记为UL，UL计算公式为：
Figure BDA0002239012230000021
其中
Figure BDA0002239012230000022
c＝-(U1+U2)
其中RL1为接收端设备内部离散信号等效负载。
步骤5：判断电压偏离、进行输出电压调整。取接收端允许的高电平输入上限和输入下限的中心点为期望电压，如果UL与期望电压的偏离大于步骤3设定的电压偏离上限，则通过输出电压调整电路对离散信号输出电压进行相应调整，然后根据步骤4的公式重新计算UL，直至UL与期望电压的偏离小于电压偏离上限。
步骤6：离散信号输出电压参数存储。将步骤5最终设定电压的相关参数存储在主控电路内，在下次上电时主控电路会自动读取并恢复最后一次调整后的电压值。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的增强离散信号传输可靠性的方法，可保证接收端接收到的高电平电压接近期望电压，从而避免由于电压靠近阈值边缘而导致的传输错误问题，增强离散信号传输可靠性。
附图说明
图1是本发明一种增强离散信号传输可靠性的方法的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1，本发明一种增强离散信号传输可靠性的方法的具体实施步骤如下：
步骤1：搭建主控电路。使用单片机、DSP或FPGA等芯片搭建一个具有存储功能的控制电路，其在调整离散信号输出电压、控制离散信号输出切换的同时可控制采集电路进行双路电压采集和计算。
步骤2：搭建离散信号输出、采集电路。其中离散信号输出电路由输出电压调整电路和"0""1"输出切换电路构成，输出电压调整电路用于调整离散信号输出的高电平电压，"0""1"输出切换电路用于切换离散信号输出低、高电平状态；离散信号采集电路由双路ADC芯片和两个电压采集回路构成，其中一个电压采集回路在发送端设备内部，由离散信号输出点到模数转换电路的通路构成，该回路在模数转换电路端无负载电阻，采集电压记为U1，另一个采集回路始于电缆内部，由电缆内近接收端的离散信号传输线到发送设备内模数转换电路的通路构成，该回路在模数转换电路端有负载电阻RL2，采集电压记为U2。在电缆内部，离散信号传输线和U2对应采集回路传输线使用的线缆型号和长度均一致，将离散信号传输线电阻记为R1，U2对应采集回路传输线电阻记为R2，由于线缆型号和长度一致，因此R1＝R2。
步骤3：设定电压偏离上限和离散信号输出电压参数。电压偏离上限，即限定的接收端实际电压与期望电压之间的差值上限，记为ΔUL，max，大于该上限时需要进行输出电压调整。设定离散信号输出电压参数，即在主控电路内部，对应离散信号输出电压调整电路，设定的与离散信号输出电压相关的参数，该参数存储在主控电路内，主控电路可根据当前电路运行情况进行调整、存储，并在下次上电时自动读取并恢复最后一次调整后的电压值。
步骤4：使能离散信号高电平输出、计算接收端电压。在发送端设备需要输出高电平离散信号时，主控电路首先根据设定的离散信号输出电压值控制输出电压调整电路输出指定电压，然后控制"0""1"输出切换电路输出"1"，即输出高电平；计算接收端电压，即计算步骤2中U2对应的回路与离散信号传输线交叉点的电压，记为UL。并使用RL1表示接收端设备内部离散信号信号等效负载。
由于ADC芯片输入阻抗很高，因此可以认为经过R2的电流全部流过RL2，得到公式：
Figure BDA0002239012230000041
由于经过RL1和RL2的电流全部流过R1，因此有公式：
Figure BDA0002239012230000042
根据公式(1)，得到：
Figure BDA0002239012230000051
由于R1＝R2，因此可将公式(3)代入公式(2)，得到
Figure BDA0002239012230000052
即：
Figure BDA0002239012230000053
公式(5)为关于UL的一元二次方程，由于
Figure BDA0002239012230000054
且UL≥0，因此：
Figure BDA0002239012230000055
其中
Figure BDA0002239012230000056
c＝-(U1+U2)
步骤5：判断电压偏离、进行输出电压调整。取接收端允许的高电平输入上限和输入下限的中心点为期望电压UL，ref，如果|UL-UL，ref|＞ΔUL，max，则通过输出电压调整电路对离散信号输出电压进行相应调整，然后根据步骤4的公式重新计算UL，直至|UL-UL，ref|≤ΔUL，max。
步骤6：离散信号输出电压参数存储。将步骤5最终设定电压的相关参数存储在主控电路内，在下次上电时主控电路会自动读取并恢复最后一次调整后的电压值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种增强离散信号传输可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：搭建主控电路；
步骤2：搭建离散信号输出、采集电路；
步骤3：设定电压偏离上限和离散信号输出电压参数；
步骤4：使能离散信号高电平输出、计算接收端电压；
步骤5：判断电压偏离、进行输出电压调整；
步骤6：离散信号输出电压参数存储；
所述步骤1中，主控电路为具有存储功能的控制电路，其在调整离散信号输出电压、控制离散信号输出切换的同时控制采集电路进行双路电压采集和计算；
所述步骤2中，离散信号输出电路由输出电压调整电路和"0"、"1"输出切换电路构成，输出电压调整电路用于调整离散信号输出的高电平电压，"0"、"1"输出切换电路用于切换离散信号输出低、高电平状态；离散信号采集电路由双路模数转换电路和两个电压采集回路构成，其中一个电压采集回路在发送端设备内部，由离散信号输出点到模数转换电路的通路构成，该回路在模数转换电路端无负载电阻，采集电压记为U1，另一个采集回路始于电缆内部，由电缆内近接收端的离散信号传输线到发送设备内模数转换电路的通路构成，该回路在模数转换电路端有负载电阻RL2，采集电压记为U2；
所述步骤2中，在电缆内部，离散信号传输线和U2对应采集回路传输线使用的线缆型号和长度均一致；
所述步骤3中，电压偏离上限为限定的接收端实际电压与期望电压之间的差值上限，大于该上限时需要进行输出电压调整；设定离散信号输出电压参数，即在主控电路内部，对应离散信号输出电压调整电路，设定的与离散信号输出电压相关的参数，该参数存储在主控电路内，主控电路根据当前电路运行情况进行调整、存储，并在下次上电时自动读取并恢复最后一次调整后的电压值；
所述步骤4中，在发送端设备输出高电平离散信号时，主控电路首先根据设定的离散信号输出电压值控制输出电压调整电路输出指定电压，然后控制"0"、"1"输出切换电路输出"1"，即输出高电平；计算接收端电压，即计算步骤2中U2对应的回路与离散信号传输线交叉点的电压，记为UL，UL计算公式为：
Figure FDA0003775183380000021
其中
Figure FDA0003775183380000022
c＝-(U1+U2)
其中RL1为接收端设备内部离散信号等效负载。
2.如权利要求1所述的增强离散信号传输可靠性的方法，其特征在于，所述步骤5中，取接收端允许的高电平输入上限和输入下限的中心点为期望电压，如果UL与期望电压的偏离大于步骤3设定的电压偏离上限，则通过输出电压调整电路对离散信号输出电压进行相应调整，然后根据步骤4的公式重新计算UL，直至UL与期望电压的偏离小于电压偏离上限。
3.如权利要求2所述的增强离散信号传输可靠性的方法，其特征在于，所述步骤6中，将步骤5最终设定电压的相关参数存储在主控电路内，在下次上电时主控电路自动读取并恢复最后一次调整后的电压值。
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