CN111314018A - 波特率自适应调节处理系统及方法、信息数据处理终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于波特率调节技术领域，公开了一种波特率自适应调节处理系统及方法、信息数据处理终端，定时查询通讯状态寄存器，是否有通讯异常标志；定义一个变量定时自增，正常通讯时清零，当变量超过阈值时结合前述的通讯异常标志功能判断；波特率测量；测量值与设置值比较；计算离测量值最接近的可设置波特率及对应的寄存器值；错误提醒，终止，出现此系统、方法无法修复的通讯异常，不再进行通讯异常检测。本发明细化通讯故障类别，为故障的排除提供更多指导信息；实现波特率的自适应调节，只要总线上波形较好，则可忽略收发波特率是否匹配，因为接收方可自动调节至匹配。

Description

波特率自适应调节处理系统及方法、信息数据处理终端

技术领域

本发明属于波特率调节技术领域，尤其涉及一种波特率自适应调节处理系统及方法、信息数据处理终端。

背景技术

目前，最接近的现有技术：波特率表示每秒钟传送的码元符号的个数，是衡量数据传送速率的指标，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。

在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。波特率是传输通道频宽的指标。

现有技术一公开了一种物联网电器波特率调节方法、装置及空调。该方法包括：采集多个脉冲信号，测量所述脉冲信号的宽度；根据所述宽度对所述脉冲信号进行处理，得到最小宽度，并根据所述最小宽度获得所述脉冲信号的波特率；按照所述脉冲信号的波特率调节自身的波特率。本方法通过对信号发送装置发送的脉冲信号处理得到最小宽度，并按照通过最小宽度得到的脉冲信号的波特率调节自身的波特率，实现了物联网电器对不同波特率脉冲信号的自适应，进而实现了对传输数据的无丢失接收。

现有技术二公开了一种自适应波特率的信号接收方法，步骤：S1、建立接收方接收的每段高/低电平信号获得脉冲个数与发送方的发送波特率关系表；S2、发送方发送数据；S3、接收方接收信号，获取每段持续时间内高/低电平的脉冲个数；同时对接收到的数据帧长度进行计数；S4、对脉冲个数进行近似处理，查表得到对应发送方的发送波特率可能值的最小值，对所有的最小值进行比较并保留最大值为暂时发送波特率；S5、根据发送波特率和发送方的数据帧格式，确定接收方接收数据帧的总长度；S6、判断接收到数据帧的长度是否达到总长度，若是，接收完成，将S4中的最大值作为发送波特率，对之前获取的各个脉冲个数进行计算，得到发送方的数据帧；否则返回S3。

现有技术三涉及一种自适应波特率RS485通讯协议，包括时钟检测模块、数据接收模块、综合处理单元、数据发送模块、与标准RS485总线连接的RS485收发器；所述RS485收发器与时钟检测模块、数据接收模块和数据发送模块连接，综合处理单元与数据接收模块和数据发送模块连接，时钟检测模块与数据接收模块、数据发送模块连接。本发明可使RS485系统总线上的主设备根据不同任务的时间要求和数据量，对不同总线设备设置以不同的波特率完成数据传输，而总线上的从设备根据主设备要求的波特率与主设备完成通讯。

综上所述，通讯对波特率的要求较高。现有技术一-现有技术三都有少量的容许误差，在用户层协议也有大量的纠错处理。但如果通讯双方波特率误差较大(通常为±3％)，则不可避免的通讯异常。如果通讯对波特率匹配的依赖减少，接收方能自适应调节波特率。把这作为产品的内置功能，则能避免很多潜在问题，节省开发、测试和售后时间成本。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的通讯双方波特率误差较大，则不可避免的通讯异常。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种波特率自适应调节处理系统及方法、信息数据处理终端。

本发明是这样实现的，一种波特率自适应调节处理方法，所述波特率自适应调节处理方法包括以下步骤：

第一步，定时查询通讯状态寄存器，是否有通讯异常标志；定义一个变量定时自增，正常通讯时清零，当变量超过阈值时结合前述的通讯异常标志功能判断；如果无异常，则继续通讯异常检测，如果有，转入第二步；

第二步，波特率测量，转入第三步；

第三步，测量值与设置值比较，如果测量值与设置值误差大于1％则转入第四步，否则转入第五步；

第四步，计算离测量值最接近的可设置波特率及对应的寄存器值，更新设置，转入第一步；

第五步，错误提醒，终止，出现此系统、方法无法修复的通讯异常，不再进行通讯异常检测。

进一步，所述第三步波特率测量具体包括：

(1)设置引脚为边沿触发方式，启动定时计数器，初始化两个变量min，max为0；

(2)如果min，max为0则修改为计数值，清掉计数值；

(3)判断计数值是否小于min或者大于max；

计数值不小于min或者不小于max，则判断计数值max是否大于N*min，计数值max大于N*min，则关闭定时计数器，禁止中断，根据min计算波特率；计数值max不大于N*min，则返回如果min，max为0则修改为计数值，清掉计数值；

判断计数值小于min或者大于max，则更新min或max为计数值。

进一步，所述波特率自适应调节处理方法的通讯异常检测利用校验位错误和帧错误，有任一个出现则启动波特率测量。

进一步，所述波特率自适应调节处理方法的波特率测量，设置引脚为边沿触发方式，上升沿、下降沿均能触发，进入中断处理函数；初始化两个变量min、max为0，启动定时计数器，最小时基t，尽量提高测量精度；中断函数中，如果min、max为0，则直接设置为计数值；否则，设置min为min和计数值的较小值，设置max为max和计数值的较大值；如果max或者计数值大于N*min，则关闭定时计数器，禁止中断，根据min计算波特率：

波特率测量过程中，不断更新min、max直至max大于15倍min或计数值大于20倍min；max大于15倍min，即某两次中断之间时间间隔大于目前最短时间间隔的15倍，或者说有连续15个及以上相同数据位，认为通讯异常，进行错误提醒；同理，若计数值大于20倍min，说明距最后一次电平跳变已超过20个及以上的位时间，认为一包数据包接收或者发送完成。

进一步，所述波特率自适应调节处理方法的波特率设置，判断波特率测量值与设置值是否相同，如果相同则进行错误提醒；否则设置波特率为测量值，重新开始错误检测->波特率测量->波特率设置。

进一步，所述波特率自适应调节处理方法的错误提醒，提醒条件有：通讯异常检测中的几种异常，波特率测量中max大于15倍min时的数据位异常，波特率测量值与实际值匹配的非波特率异常；提醒方式自行选择、设定，结合硬件、外设考虑。

进一步，所述波特率自适应调节处理方法还包括：

(1)对于CAN协议，每5个连续相同位后插入一个相反位，max的阈值倍率为6；

(2)对于多机通讯中，多个数据包的每个MCU测量所有数据包波特率并自行调节为其中的最小值，直至通过通讯异常检测；

(3)不修改硬件实现自适应调节波特率，选择一个默认配置；主机：如果待设置波特率不为默认配置或者波特率更改，则使用默认配置把包含新配置的命令包发送出去，等待响应，接收到响应后以新配置发送正常通讯数据从机：设置为默认配置，如果接收到命令包则回复命令响应，再将配置更新为命令包里的配置，否则回复正常通讯数据；如果数十毫秒接收不到有效数据，则改为默认配置等待命令包。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述波特率自适应调节处理方法的波特率自适应调节处理系统，所述波特率自适应调节处理系统包括：

微控制模块，用于实现对错误检测模块、波特率测量模块、波特率调节模块主体的控制；

故障显示模块，用于LED、数码管或其它外设显示更多的故障信息，方便后续排查；

数据收发器，用于实现数据总线、通讯发送；

微控制模块包括：

错误检测模块，用于实现检测是否有通讯故障发生，如果有，才启动波特率测量模块；正常通讯时为节省资源不进行波特率测量；

波特率测量模块，用于通过后面给出的算法间接测量引入外部中断输入引脚的通讯数据的波特率；

波特率调节模块，用于根据测量结果与已设置的波特率对比，如果差别较大，则计算与输入波形更匹配的新波特率，计算对应的寄存器值，更新设置。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述波特率自适应调节处理方法的信息数据处理终端。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的波特率自适应调节处理方法。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明解决了以下技术问题：识别通讯故障是否为波特率不匹配导致；在出现波特率不匹配故障后接收方测量接收数据波特率并据此调节自身波特率。

本发明通过收发器内置的状态寄存器中的标志位(校验错误标志、帧错误标志、数据覆盖标志…)判断通讯故障的原因；通过把通信数据引入外部中断引脚，使能引脚为边沿触发测量通信波特率(收发)；通过逻辑处理让接收方在波特率不匹配时能自行调节至匹配，及波特率匹配后正常通讯，而不进行异常检测以外的无用操作；利用主板的外设(LCD、LED、数码管、蜂鸣器…)提示更多的通讯故障信息。本发明细化通讯故障类别，为故障的排除提供更多指导信息；实现波特率的自适应调节，只要总线上波形较好，则可忽略收发波特率是否匹配，因为接收方可自动调节至匹配。

表1，本发明与现有技术一-现有技术三对比

附图说明

图1是本发明实施例提供的波特率自适应调节处理系统的结构示意图；

图中：1、微控制模块；1-1、错误检测模块；1-2、波特率测量模块；1-3、波特率调节模块；2、故障显示模块；3、数据收发器。

图2是本发明实施例提供的波特率自适应调节处理方法流程图。

图3是本发明实施例提供的波特率自适应调节处理方法实现流程图。

图4是本发明实施例提供的波特率测量模块的信息处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种波特率自适应调节处理系统及方法、信息数据处理终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的波特率自适应调节处理系统包括：

微控制模块1，用于实现对错误检测模块、波特率测量模块、波特率调节模块主体的控制。

故障显示模块2，用于LED、数码管或其它外设显示更多的故障信息，方便后续排查。

数据收发器3，用于实现数据总线、通讯发送。

微控制模块1包括：

错误检测模块1-1，用于实现检测是否有通讯故障发生，如果有，才启动波特率测量模块；正常通讯时为节省资源不进行波特率测量。

波特率测量模块1-2，用于通过后面给出的算法间接测量引入外部中断输入引脚的通讯数据的波特率。

波特率调节模块1-3，用于根据测量结果与已设置的波特率对比，如果差别较大，则计算与输入波形更匹配的新波特率，计算对应的寄存器值，更新设置。

如图2所示，本发明实施例提供的波特率自适应调节处理方法包括以下步骤：

S201：通讯异常检测，定时查询通讯状态寄存器，看其中是否有通讯异常标志。定义一个变量定时自增，正常通讯时清零，当变量超过阈值时结合前述的通讯异常标志功能判断。如果无异常，则继续通讯异常检测，如果有，转入S202；

S202：波特率测量，转入S203；

S203：测量值与设置值比较。异步通讯中，不同协议对波特率精度的要求都不相同，不会也不能要求收发波特率完全相同。如果测量值与设置值误差大于1％则转入S204，否则转入S205；

S204：波特率修改。计算离测量值最接近的可设置波特率(通常并不能设置任意整数波特率)及对应的寄存器值。更新设置，转入S201；

S205：错误提醒，终止，出现此系统、方法无法修复的通讯异常，不再进行通讯异常检测。

在本发明的有序实施例中，步骤S203具体包括：

设置引脚为边沿触发方式，启动定时计数器，初始化两个变量min，max为0；

如果min，max为0则修改为计数值，清掉计数值；

判断计数值是否小于min或者大于max；

计数值不小于min或者不小于max，则判断计数值max是否大于N*min，计数值max大于N*min，则关闭定时计数器，禁止中断，根据min计算波特率；计数值max不大于N*min，则返回如果min，max为0则修改为计数值，清掉计数值；

判断计数值小于min或者大于max，则更新min或max为计数值。

下面结合附图3-附图4对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1：

本发明实施例提供的波特率自适应调节处理方法主要步骤分为：通讯异常检测，波特率测量，波特率设置，错误提醒。要求硬件上把通讯的发送、接收引脚分别引入外部中断输入，并提供错误提醒的外设(LCD\LED\数码管\蜂鸣器)。

通讯异常检测，可以利用到的主要为校验位错误(校验位采样不满足预设的位校验方式)和帧错误(内外波特率不匹配或者在停止位采样到逻辑0)。一旦有任一个出现则启动波特率测量。

波特率测量，设置引脚为边沿触发方式，上升沿、下降沿均能触发，进入中断处理函数。初始化两个变量min、max为0，启动定时计数器(最小时基t，尽量提高测量精度)。中断函数中，如果min、max为0，则直接设置为计数值；否则，设置min为min和计数值的较小值，设置max为max和计数值的较大值。如果max或者计数值大于N*min，则关闭定时计数器，禁止中断，根据min计算波特率：

此处N取值可更改，假设。即，波特率测量过程中，不断更新min、max直至max大于15倍min或计数值大于20倍min。max大于15倍min，即某两次中断之间时间间隔大于目前最短时间间隔的15倍，或者说有连续15个及以上相同数据位，基本可认为通讯异常，进行错误提醒；同理，若计数值大于20倍min，说明距最后一次电平跳变已超过20个及以上的位时间，基本可认为一包数据包接收或者发送完成。

此时的min就是数据包中两次电平跳变最短时间间隔，及位时间，据此可计算波特率。

波特率设置，判断波特率测量值与设置值是否相同，如果相同则进行错误提醒(步骤的前提为通讯异常，但此处排出波特率不匹配)；否则设置波特率为测量值，重新开始错误检测->波特率测量->波特率设置等步骤。

错误提醒，提醒条件有：通讯异常检测中的几种异常，波特率测量中max大于15倍min时的数据位异常，波特率测量值与实际值匹配的非波特率异常。提醒方式自行选择、设定，结合硬件、外设考虑。

实施例2：

本发明实施例提供的波特率自适应调节处理方法包括以下步骤：

(1)对于CAN协议，每5个连续相同位后插入一个相反位，max的阈值倍率可设为6，计数值的阈值倍率稍大，也可以使用此测量方法，但前置的错误检测方法需要更改。

(2)对于多机通讯中，多个数据包可能有多种波特率，可以要求每个MCU测量所有数据包波特率并自行调节为其中的最小值，直至通过通讯异常检测。

(3)如果不修改硬件也可以用纯软件协议的方式实现自适应调节波特率。但要求发送方和接收方实现同一个协议：选择一个默认配置(9600，n，8，1------9600波特率，无校验，8位数据位，1位停止位)。主机：如果待设置波特率不为默认配置或者波特率更改，则使用默认配置把包含新配置的命令包发送出去，等待响应，接收到响应后以新配置发送正常通讯数据从机：设置为默认配置，如果接收到命令包则回复命令响应，再将配置更新为命令包里的配置，否则回复正常通讯数据。如果长时间(数十毫秒)接收不到有效数据，则改为默认配置等待命令包。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波特率自适应调节处理方法，其特征在于，所述波特率自适应调节处理方法包括以下步骤：

第一步，定时查询通讯状态寄存器，是否有通讯异常标志；定义一个变量定时自增，正常通讯时清零，当变量超过阈值时结合前述的通讯异常标志功能判断；如果无异常，则继续通讯异常检测，如果有，转入第二步；

第二步，波特率测量，转入第三步；

第三步，测量值与设置值比较，如果测量值与设置值误差大于1％则转入第四步，否则转入第五步；

第四步，计算离测量值最接近的可设置波特率及对应的寄存器值，更新设置，转入第一步；

第五步，错误提醒，终止，出现此系统、方法无法修复的通讯异常，不再进行通讯异常检测。

2.如权利要求1所述的波特率自适应调节处理方法，其特征在于，所述第三步波特率测量具体包括：

(1)设置引脚为边沿触发方式，启动定时计数器，初始化两个变量min，max为0；

(2)如果min，max为0则修改为计数值，清掉计数值；

(3)判断计数值是否小于min或者大于max；

计数值不小于min或者不小于max，则判断计数值max是否大于N*min，计数值max大于N*min，则关闭定时计数器，禁止中断，根据min计算波特率；计数值max不大于N*min，则返回如果min，max为0则修改为计数值，清掉计数值；

判断计数值小于min或者大于max，则更新min或max为计数值。

3.如权利要求1所述的波特率自适应调节处理方法，其特征在于，所述波特率自适应调节处理方法的通讯异常检测利用校验位错误和帧错误，有任一个出现则启动波特率测量。

4.如权利要求1所述的波特率自适应调节处理方法，其特征在于，所述波特率自适应调节处理方法的波特率测量，设置引脚为边沿触发方式，上升沿、下降沿均能触发，进入中断处理函数；初始化两个变量min、max为0，启动定时计数器，最小时基t，尽量提高测量精度；中断函数中，如果min、max为0，则直接设置为计数值；否则，设置min为min和计数值的较小值，设置max为max和计数值的较大值；如果max或者计数值大于N*min，则关闭定时计数器，禁止中断，根据min计算波特率：

波特率测量过程中，不断更新min、max直至max大于15倍min或计数值大于20倍min；max大于15倍min，即某两次中断之间时间间隔大于目前最短时间间隔的15倍，或者说有连续15个及以上相同数据位，认为通讯异常，进行错误提醒；同理，若计数值大于20倍min，说明距最后一次电平跳变已超过20个及以上的位时间，认为一包数据包接收或者发送完成。

5.如权利要求1所述的波特率自适应调节处理方法，其特征在于，所述波特率自适应调节处理方法的波特率设置，判断波特率测量值与设置值是否相同，如果相同则进行错误提醒；否则设置波特率为测量值，重新开始错误检测->波特率测量->波特率设置。

6.如权利要求1所述的波特率自适应调节处理方法，其特征在于，所述波特率自适应调节处理方法的错误提醒，提醒条件有：通讯异常检测中的几种异常，波特率测量中max大于15倍min时的数据位异常，波特率测量值与实际值匹配的非波特率异常；提醒方式自行选择、设定，结合硬件、外设考虑。

7.如权利要求1所述的波特率自适应调节处理方法，其特征在于，所述波特率自适应调节处理方法还包括：

(1)对于CAN协议，每5个连续相同位后插入一个相反位，max的阈值倍率为6；

(2)对于多机通讯中，多个数据包的每个MCU测量所有数据包波特率并自行调节为其中的最小值，直至通过通讯异常检测；

(3)不修改硬件实现自适应调节波特率，选择一个默认配置；主机：如果待设置波特率不为默认配置或者波特率更改，则使用默认配置把包含新配置的命令包发送出去，等待响应，接收到响应后以新配置发送正常通讯数据从机：设置为默认配置，如果接收到命令包则回复命令响应，再将配置更新为命令包里的配置，否则回复正常通讯数据；如果数十毫秒接收不到有效数据，则改为默认配置等待命令包。

8.一种实施权利要求1～7任意一项所述波特率自适应调节处理方法的波特率自适应调节处理系统，其特征在于，所述波特率自适应调节处理系统包括：

微控制模块，用于实现对错误检测模块、波特率测量模块、波特率调节模块主体的控制；

故障显示模块，用于LED、数码管或其它外设显示更多的故障信息，方便后续排查；

数据收发器，用于实现数据总线、通讯发送；

微控制模块包括：

错误检测模块，用于实现检测是否有通讯故障发生，如果有，才启动波特率测量模块；正常通讯时为节省资源不进行波特率测量；

波特率测量模块，用于通过后面给出的算法间接测量引入外部中断输入引脚的通讯数据的波特率；

波特率调节模块，用于根据测量结果与已设置的波特率对比，如果差别较大，则计算与输入波形更匹配的新波特率，计算对应的寄存器值，更新设置。

9.一种实现权利要求1～7任意一项所述波特率自适应调节处理方法的信息数据处理终端。

10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～7任意一项所述的波特率自适应调节处理方法。

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