CN113098809B - 一种软件自适应解码方法、装置及无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线充电技术领域，具体公开了一种软件自适应解码方法，其中，包括：获取无线充电接收端的数据包；判断是否检测到所述数据包的引导码；若检测到所述数据包的引导码，则根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围；根据所述新的比特判断阈值范围依次对所述数据包的包头、数据和校验码进行接收判断并进行解析处理；输出所述数据包的解析结果。本发明还公开了一种软件自适应解码装置及无线充电系统。本发明提供的软件自适应解码方法能够在面对不同的接收端时，可动态调整解码参数，提高对不同接收端的解包率，从而提高同一发送端对不同类型接收端的兼容性。

Description

一种软件自适应解码方法、装置及无线充电系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种软件自适应解码方法、软件自适应解码装置及无线充电系统。

背景技术

电磁感应无线充电过程中，发送端（TX）和接收端（RX）需要数据通信以确保充电过程正常，QI（无线充电标准）标准定义收、发双方以调幅方式单向进行数据通信，即接收端（RX）将数据包以调幅方式调制到能量传输载波频率上，发送端（TX）对调幅信号包络从载波频率上解调、解码操作后获得数据包内容。

QI标准定义的通信协议中数据包格式如下：每个数据包包含引导码（Preamble）、包头（Header）、数据（Message）、校验码（Checksum），具体格式如图1所示。

每个比特位周期频率f_clk为2KHz±4%，即t_clk=0.5ms±4%。在信号传输时，在t_CLK的0.5ms时间内，代表Bit“0”的信号维持电平状态不变，代表Bit“1”的信号会有一次翻转，具体格式如图2所示。

QI协议规定，接收端（RX）发送的数据包中的引导码（Preamble）由11~25位的“1”组成，包头（Header）、校验码（Checksum）均为单字节数据，数据（Message）可由单字节或多字节组成，具体字节数取决于包头（Header）的定义。每个字节由11位比特位组成，分别为起始位、数据位、奇偶校验位、停止位，具体格式如图3所示。

QI协议规定，只有在满足以下四个条件时，发送端（TX）才认为正确接收到了数据包：1）发送端已检测到至少4bit引导码（Preamble），后面紧跟一个起始位；2）发送端未在组成数据包的任何字节（包括Header，Message和Checksum）中检测到奇偶校验错误；3）发送端检测到Checksum字节的停止位；4）发送端确定Checksum字节是正确的。

现有无线充电发送端的MCU解调解码实现方案主要有两种，一种将解调、解码功能以硬件实现方式设计到MCU芯片内部，定义为无线充发送端专用MCU。另一种使用通用MCU，通过MCU软件解码结合外部解调电路模块的方式来实现解调、解码。对比两种主流方案，其中无线充专用MCU的方案的优势为解调解码性能相对稳定，缺点是芯片成本高且不通用，方案设计灵活性不强。而通用MCU方案优势在于MCU芯片价格便宜，市场上兼容或通用的MCU很多，易选择，方案设计灵活性要高很多，缺点在于解调模块为外部模拟解调，易受到多种环境因素的干扰（如负载切换、位置移动、温度变化、磁场变化等）影响而造成解调解码不成功，从而引起收、发双方通信失败，而导致充电异常中断。

因此，如何提供一种能够兼容不同接收端的解码方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种软件自适应解码方法、软件自适应解码装置及无线充电系统，解决相关技术中存在的解码方法无法兼容不同接收端的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种软件自适应解码方法，其中，包括：

获取无线充电接收端的数据包；

判断是否检测到所述数据包的引导码；

若检测到所述数据包的引导码，则根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围；

根据所述新的比特判断阈值范围依次对所述数据包的包头、数据和校验码进行接收判断并进行解析处理；

输出所述数据包的解析结果。

进一步地，所述判断是否检测到所述数据包的引导码，包括：

判断是否连续检测到4个比特位1；

若连接检测到4个比特位1，则判定检测到所述数据包的引导码。

进一步地，所述判断是否连续检测到4个比特位1，包括：

预设初始比特判断阈值范围；

捕捉并记录所述数据包的每一个电平的脉宽；

将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述初始比特判断阈值范围进行比较；

若连续4个电平的脉宽均在所述初始比特判断阈值范围内，则判定连接检测到4个比特1。

进一步地，所述初始比特判断阈值范围根据电平长度不同包括：短电平范围、半周期电平范围、一周期电平范围和长电平范围。

进一步地，所述将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述初始比特判断阈值范围进行比较，包括：

将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述半周期电平范围进行比较，其中所述半周期电平范围包括150μs ~350μs。

进一步地，所述根据所述引导码的有效位脉宽确定比特判断阈值范围，包括：

提取所述引导码的有效位脉宽；

对所述引导码的有效位脉宽计算其均值，得到均值脉宽；

将所述均值脉宽加上预设余量得到新的比特判断阈值范围。

进一步地，所述将所述均值脉宽加上预设余量得到新的比特判断阈值范围，包括：

将所述均值脉宽加上预设余量作为新的阈值节点；

根据新的阈值节点确定新的比特判断阈值范围，其中所述新的比特判断阈值范围包括新的短电平范围、新的半周期电平范围、新的一周期电平范围和新的长电平范围。

作为本发明的另一个方面，提供一种软件自适应解码装置，其中，包括：

获取模块，用于获取无线充电接收端的数据包；

判断模块，用于判断是否检测到所述数据包的引导码；

确定模块，用于若检测到所述数据包的引导码，则根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围；

解析处理模块，用于根据所述新的比特判断阈值范围依次对所述数据包的包头、数据和校验码进行接收判断并进行解析处理；

输出模块，用于输出所述数据包的解析结果。

作为本发明的另一个方面，提供一种无线充电系统，其中，包括：无线充电发送端和无线充电接收端，所述无线充电发送端和无线充电接收端耦合连接，所述无线充电发送端包括前文所述的软件自适应解码装置，

所述无线充电接收端能够向所述无线充电接收端发送数据包；

所述无线充电发送端的软件自适应解码装置能够对所述数据包进行解码。

进一步地，所述软件自适应解码装置包括MCU。

本发明提供的软件自适应解码方法，通过对每个数据包均根据比特判断阈值范围进行解析判断处理，因而能够在面对不同的接收端时，可动态调整解码参数，提高对不同接收端的解包率，从而提高同一发送端对不同类型接收端的兼容性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为数据包的格式示意图。

图2为比特位编码格式示意图。

图3为异步串行单个字节码格式示意图。

图4为本发明提供的无线充电系统的结构框图。

图5为本发明提供的电平类型划分示意图。

图6为本发明提供的软件自适应解码方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

针对现有技术中无法实现对不同接收端进行兼容的解码问题，作为本发明的一种实施例，提供一种无线充电系统，如图4所示，包括：无线充电发送端和无线充电接收端，所述无线充电发送端和无线充电接收端耦合连接，所述无线充电发送端包括软件自适应解码装置，

所述无线充电接收端能够向所述无线充电接收端发送数据包；

所述无线充电发送端的软件自适应解码装置能够对所述数据包进行解码。

具体地，在本发明实施例中，所述软件自适应解码装置包括MCU。

应当理解的是，所述软件自适应解码装置可以为嵌入在所述MCU中的软件。

具体地，所述无线充电系统还包括：全桥电路、LC谐振电路、外部模拟解调电路以及供电电源模块等。其中与数据通信相关的主要为解调电路以及MCU内部的软件自适应解码装置。解调电路比较通用且一致，不同厂家方案均采用相同或类似的解调电路模块。

另外，本发明实施例中解码实现的硬件部分需要用到MCU的TIMER（定时器）外设模块中CAPTURE（捕获）功能，以此对解调模块之后的解码输入方波信号进行捕获并解析判断，由于TIMER的CAPTURE功能具有自动计算捕获信号的脉宽长度的能力，精度高且稳定，误差在百纳秒级，完全能够满足本方案的实现。而常规的方案都是使用MCU的GPIO（通用输入输出接口）中断来实现脉宽检测的，使用本发明实施例较GPIO方案能得到更精确的解码输入信号的脉宽计量值，便于获得精确的信号脉冲宽度，提高比特位宽判断的准确率。

首先，对于本发明实施例中所采用的解码原理进行说明。

由于QI协议定义比特位频率为2KHz。对于Bit“1”，理论上一个周期=半周期高电平+半周期低电平组成，即高电平脉宽或低电平脉宽均为250us；对于Bit“0”，理论上一个周期内为全高电平或全低电平，即高电平脉宽或低电平均为500us。

通过QI协议中所规定的标准Bit“0”电平脉宽，设定一组脉宽阈值节点T1~T4。然后经由阈值节点把不同长度的电平进行归类，划分出过短电平Short、半周期电平Half、一周期电平Full、过长电平Long这四种电平类型。

如图5所示，为通过阈值节点对不同长度的电平进行归类的示意图。

在图5中的电平类型中，Half代表半个Bit“1”，Full代表一个Bit“0”，其标准长度分别为250μs和500μs，Short代表过短的电平，Long代表过长的电平。

通过实际测试，统计定出一组较为通用的阈值节点T1~T4，作为无线充发送端（TX）软件解码的初始阈值，这些阈值节点一般也是以标准长度“250μs和500μs”加上一定余量得到的。假设{T1 =150μs，T2 = 350μs，T3 = 650μs，T4 = 800μs }，那么小于150μs的就代表short电平，150~350μs范围内的代表半个Bit“1”，350~650μs范围内的代表一个Bit“0”，650~800μs范围内的代表过长电平，超过800μs的就认为没有信号。

对于理想信号，按上述阈值配置设置，可以准确判断出每个Bit“0”和Bit“1”，也就是能准确解出整个通信数据包。而实际情况中，由于不同接收端（RX）的解调电路参数设计不同、线圈特性不同、工作负载状态不同、工作环境不同均会对通信包络信号的质量产生影响，会恶化通信包络，再经过发送端（TX）模拟解调电路后，比特位的高低电频脉宽会发生畸变。比如Bit “1”的高低电平脉宽会出现例如125us+375us这种情况，此时再用上述阈值就无法解出这个Bit “1”。对于噪声毛刺和Bit“0”的处理也会遇到相同的问题。

根据QI标准通信协议定义的数据包格式以及Bit“0”和Bit“1”编码的特点，通过测量判断当前数据包的引导码Preamble中比特位宽的长度，即可确定该数据后面其它字节比特位的特性。QI协议规定接收端（RX）发送的Preamble必须满足11~25bits的要求，而发送端（TX）只需要检测到其中的4bits以上就可以认为检测到了Preamble。而对于后面Header、Message、Checksum字节，只要有1bit数据错误就会导致整个包错误，对比特检测的准确度要求很高。因此，在本发明实施例中可以利用发送端（TX）对Preamble检测的宽容度来进行比特检测的阈值校准。

作为所述MCU中软件自适应解码装置的具体实现，在本实施例中提供了一种软件自适应解码方法，图6是根据本发明实施例提供的软件自适应解码方法的流程图，如图6所示，包括：

S110、获取无线充电接收端的数据包；

应当理解的是，所述无线充电接收端向所述无线充电发送端发送数据包，通过前文所述的硬件电路结构接收所述数据包，然后获取数据包的电平信号。

S120、判断是否检测到所述数据包的引导码；

具体地，所述判断是否检测到所述数据包的引导码，包括：

判断是否连续检测到4个比特位1；

若连接检测到4个比特位1，则判定检测到所述数据包的引导码。

进一步具体地，所述判断是否连续检测到4个比特位1，包括：

预设初始比特判断阈值范围；

捕捉并记录所述数据包的每一个电平的脉宽；

将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述初始比特判断阈值范围进行比较；

若连续4个电平的脉宽均在所述初始比特判断阈值范围内，则判定连接检测到4个比特1。

需要说明的是，所述初始比特判断阈值范围根据电平长度不同包括：短电平范围、半周期电平范围、一周期电平范围和长电平范围。

应当理解的是，发送端（TX）控制程序中已经给定初始阈值节点T1~T4，这组初始阈值节点构成初始比特判断阈值范围，如前文所述，短电平范围为[0,T1)，半周期电平范围为[T1,T2)，一周期电平范围为[T2,T3)，长电平范围为[T3,T4)。

具体地，所述将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述初始比特判断阈值范围进行比较，包括：

将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述半周期电平范围进行比较，其中所述半周期电平范围包括150μs ~350μs。

应当理解的是，在本发明实施例中，以半周期电平范围150μs ~350μs为例。

S130、若检测到所述数据包的引导码，则根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围；

在本发明实施例中，所述根据所述引导码的有效位脉宽确定比特判断阈值范围，包括：

提取所述引导码的有效位脉宽；

对所述引导码的有效位脉宽计算其均值，得到均值脉宽；

将所述均值脉宽加上预设余量得到新的比特判断阈值范围。

进一步具体地，所述将所述均值脉宽加上预设余量得到新的比特判断阈值范围，包括：

将所述均值脉宽加上预设余量作为新的阈值节点；

根据新的阈值节点确定新的比特判断阈值范围，其中所述新的比特判断阈值范围包括新的短电平范围、新的半周期电平范围、新的一周期电平范围和新的长电平范围。

需要说明的是，如前文所述，首先发送端（TX）控制程序中已经给定初始阈值节点T1~T4，先利用这组初始阈值进行解码，即利用TIMER模块的CAPTURE功能捕获并记录每一个电平的脉宽，如果检测到Preamble，则对检测到的该Preamble的有效位的脉宽进行提取并进行均值处理得到均值Vaverage，然后就以Vaverage作为Half电平的判断基准，再加上相应余量Δ（Δ的取值以经验值为主要依据）后得到Half电平的有效阈值范围[T1,T2) =[Vaverage - Δ, Vaverage + Δ)，同时可得Full电平的有效阈值范围[T2,T3) =[Vaverage + Δ, 2*（Vaverage + Δ）)，Short电平的有效阈值范围[0,T1) = [Vaverage- Δ)，Long电平的有效阈值范围[T3,T4) = [2*（Vaverage + Δ）, 3*（Vaverage + Δ）)。

应当理解的是，此处新的短电平范围为[0,T1) = [Vaverage - Δ)，新的半周期电平范围为[T1,T2) = [Vaverage - Δ, Vaverage + Δ)，新的一周期电平范围为[T2,T3) = [Vaverage + Δ, 2*（Vaverage + Δ）)，新的长电平范围为[T3,T4) = [2*（Vaverage + Δ）, 3*（Vaverage + Δ）)。

S140、根据所述新的比特判断阈值范围依次对所述数据包的包头、数据和校验码进行接收判断并进行解析处理；

在得到上述新的比特判断阈值范围后，再对照QI标准协议，对后续的Header、Message、Checksum数据进行接收判断并进一步协议解析。在整个充电过程中，每次数据包接收均作相同处理。

S150、输出所述数据包的解析结果。

本发明实施例提供的软件自适应解码方法，通过对每个数据包均根据比特判断阈值范围进行解析判断处理，因而能够在面对不同的接收端时，可动态调整解码参数，提高对不同接收端的解包率，从而提高同一发送端对不同类型接收端的兼容性。

作为本发明的另一实施例，提供一种软件自适应解码装置，其中，包括：

获取模块，用于获取无线充电接收端的数据包；

判断模块，用于判断是否检测到所述数据包的引导码；

确定模块，用于若检测到所述数据包的引导码，则根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围；

解析处理模块，用于根据所述新的比特判断阈值范围依次对所述数据包的包头、数据和校验码进行接收判断并进行解析处理；

输出模块，用于输出所述数据包的解析结果。

关于本发明提供的软件自适应解码装置的具体工作原理可以参照前文的描述，此处不再赘述。

综上，本发明提供的软件自适应解码方法及装置具有动态调整比特位判断阈值的特点，可以兼容更多的接收端，确保通信稳定，充电正常。另外通过动态调整比特位判断阈值，自适应同一接收端因负载切换等原因引起的包络信号质量变差问题，且利用通用MCU的TIMER捕获模式可精确获得通信编码的位宽。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种软件自适应解码方法，其特征在于，包括：

获取无线充电接收端的数据包；

判断是否检测到所述数据包的引导码；

若检测到所述数据包的引导码，则根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围；

根据所述新的比特判断阈值范围依次对所述数据包的包头、数据和校验码进行接收判断并进行解析处理；

输出所述数据包的解析结果；

所述根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围，包括：

提取所述引导码的有效位脉宽；

对所述引导码的有效位脉宽计算其均值，得到均值脉宽；

将所述均值脉宽加上预设余量得到新的比特判断阈值范围；

所述将所述均值脉宽加上预设余量得到新的比特判断阈值范围，包括：

将所述均值脉宽加上预设余量作为新的阈值节点；

根据新的阈值节点确定新的比特判断阈值范围，其中所述新的比特判断阈值范围包括新的短电平范围、新的半周期电平范围、新的一周期电平范围和新的长电平范围。

2.根据权利要求1所述的软件自适应解码方法，其特征在于，所述判断是否检测到所述数据包的引导码，包括：

判断是否连续检测到4个比特位1；

若连接检测到4个比特位1，则判定检测到所述数据包的引导码。

3.根据权利要求2所述的软件自适应解码方法，其特征在于，所述判断是否连续检测到4个比特位1，包括：

预设初始比特判断阈值范围；

捕捉并记录所述数据包的每一个电平的脉宽；

将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述初始比特判断阈值范围进行比较；

若连续4个电平的脉宽均在所述初始比特判断阈值范围内，则判定连接检测到4个比特1。

4.根据权利要求3所述的软件自适应解码方法，其特征在于，所述初始比特判断阈值范围根据电平长度不同包括：短电平范围、半周期电平范围、一周期电平范围和长电平范围。

5.根据权利要求4所述的软件自适应解码方法，其特征在于，所述将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述初始比特判断阈值范围进行比较，包括：

将捕捉到的每一个电平的脉宽均与所述半周期电平范围进行比较，其中所述半周期电平范围包括150μs ~350μs。

6.一种软件自适应解码装置，用于实现权利要求1至5中任意一项所述的软件自适应解码方法，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取无线充电接收端的数据包；

判断模块，用于判断是否检测到所述数据包的引导码；

确定模块，用于若检测到所述数据包的引导码，则根据所述引导码的有效位脉宽确定新的比特判断阈值范围；

解析处理模块，用于根据所述新的比特判断阈值范围依次对所述数据包的包头、数据和校验码进行接收判断并进行解析处理；

输出模块，用于输出所述数据包的解析结果。

7.一种无线充电系统，其特征在于，包括：无线充电发送端和无线充电接收端，所述无线充电发送端和无线充电接收端耦合连接，所述无线充电发送端包括权利要求6所述的软件自适应解码装置，

所述无线充电接收端能够向所述无线充电发送端发送数据包；

所述无线充电发送端的软件自适应解码装置能够对所述数据包进行解码。

8.根据权利要求7所述的无线充电系统，其特征在于，所述软件自适应解码装置包括MCU。