CN115061960B - 一种wiegand信号自适应处理方法及系统 - Google Patents

一种wiegand信号自适应处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种wiegand信号自适应处理方法及系统，涉及通讯技术领域，其中，方法包括：在二线制中使用wiegand协议，通过对数据拆分的方法建立wiegand信号数学模型，将信号拆分为逻辑信息和时序信息；通过均值滤波算法观测和锁定信号中的时序参量，实现时序信息的自适应处理；通过wiegand信号数学模型及所述时序参量，实现逻辑信息的自适应处理。本发明实现了时序参量的自适应配置，无需人为干预地解决了因时序产生的设备兼容性问题，使得wiegand协议传输的数据可以实现数据格式私有化，不再局限于国际标准格式，解决了wiegand数据的保密性问题，且可以在两线制中实现通信双方对总线的抢占和调度。

Description

一种wiegand信号自适应处理方法及系统
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，更具体的讲是一种wiegand信号自适应处理方法及系统。
背景技术
Wiegand(韦根)协议是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议，适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片等。在通信时序上，wiegand协议并没有定义通讯的比特率。因此现有的技术方案，在处理其时序的技术上，只是使用较为模糊的延时策略，有的设备因为实时性的问题无法正确处理其时序，导致设备兼容性不好。此外，现有的技术方案中存在韦根26，韦根34等数据格式，都是基于国际标准的来做实现。在使用wiegand协议传输数据时，仅仅考虑了单种数据格式的wiegand信号的接收与发送，不支持私有数据格式的传输控制，对于某些需要较强保密性的行业来说其安全性存在不足。再者，现有的技术方案，无法使用两线制同时完成半双工通信。
发明内容
本发明提供一种wiegand信号自适应处理方法及系统，目的在于解决现有技术中存在的上述问题。
本发明采用如下技术方案：
一种wiegand信号自适应处理方法，包括以下步骤：
(1)在二线制中使用wiegand协议，通过对数据拆分的方法建立wiegand信号数学模型，将信号拆分为逻辑信息和时序信息；
(2)借助于wiegand信号数学模型，通过均值滤波算法观测和锁定信号中的时序参量，实现时序信息的自适应处理；
(3)借助于wiegand信号数学模型及所述时序参量，实现总线状态的控制以达到逻辑信息的自适应处理的目的。
进一步，所述wiegand信号数学模型具体是：在二线制中，使用其中一线作为信号逻辑0端，另外一线作为逻辑1端；将wiegand信号拆分为逻辑信息和时序信息，且逻辑信息根据信号输入端直接获取，时序信息通过将逻辑0端的信号与逻辑1端的信号进行叠加合成变换后的信号获取。
进一步，所述步骤(2)的具体内容是：
(2.1)在总线空闲的情况下，检测信号的下降沿中断是否产生；若否，则重复该步骤；若是，执行步骤(2.2)；
(2.2)启动计时器；
(2.3)检测信号的上升沿中断是否产生；若是，则记录低电平脉冲宽度tm；
(2.4)检测是否满足t/tm>(Tap/Tam+β)，其中，t表示计数器当前数值；Tap、Tam为wiegand信号数学模型通过均值滤波算法学习后获得并更新的参量；β为设定好的常量参数；若是，则关闭计时器并清零计数器，然后执行步骤(2.1)；若否，则执行步骤(2.5)；
(2.5)检测信号的下降沿中断是否产生；若否，则执行步骤(2.4)；若是，则记录位周期tp，并将计数器清零，然后执行步骤(2.3)。
具体地，所述步骤(2.4)中，获得和更新参量Tap、参量Tam的具体内容是：
(a)在总线空闲时，检测位周期tp，低电平脉冲宽度tm是否有记录；若是，则执行步骤(b)，计算参量Tam和参量Tap；若否，则执行步骤(d)；
(b)以参量Tam为例，将捕获的若干位周期tm，记为时间集合{Tm}，且{tm(n-1),tmn,tm(n+1)}∈时间集合{Tm}；
然后利用如下公式计算tmn＇：
tmn＇＝(tm(n-1)+tm(n+1))/4+tmn/2；
再通过如下公式求均值，得到参量Tam：
Figure GDA0004145349500000031
同理，计算得到参量Tap；
(c)更新参量Tam和参量Tap：
(d)结束。
进一步，所述步骤(3)的具体内容是：
(3.1)在总线空闲的情况下，检测状态机状态是否切换；若否，则重
复该步骤；若是，执行步骤(3.2)；
(3.2)检测状态机当前是否为接收态，若是，则执行步骤(3.3),若否，则检测状态机当前是否为发送态：若是，则执行步骤(3.4)；若否，则
总线异常，复位系统后，执行步骤(3.1)；
(3.3)检测产生的中断事件，记录对应的逻辑；检测状态机是否切换为总线空闲态，若否，则重复执行该步骤；若是，则执行步骤(3.1)；
(3.4)检测产生的计数器事件，将逻辑依次移位到总线.检测状态机是否切换为总线空闲态，若否，则重复执行该步骤；若是，则执行步骤(3.1)。
一种wiegand信号自适应处理系统，包括wiegand信号IO处理模块、软件计数器模块、滤波器、STATUS状态机和CONFIG配置模块；所述wiegand信号IO处理模块，用二线制接收wiegand信号；所述STATUS状态机与wiegand信号IO处理模块相连接，用于确认该系统的当前工作状态；所述CONFIG配置模块、软件计数器模块、滤波器与wiegand信号IO处理模块相连接，用于使用上述wiegand信号自适应处理方法对wiegand信号进行处理，通过观察和锁定wiegand信号中的时序参量，实现wiegand信号的自适应处理。
进一步，还包括与wiegand信号IO处理模块相连接的FIFO缓冲区、校验模块和消息链表模块，用于存储和校验wiegand信号的原始数据。
由上述对本发明结构的描述可知，本发明具有如下优点：
为了解决因通信时序而产生的设备兼容性问题，本发明通过建立数学模型，结合滤波算法，实现了对不同wiegand信号的时序参量的观测与锁定，实现了时序参量的自适应配置，无需人为干预地解决了因时序产生的设备兼容性问题。
通过本发明公开的一种wiegand信号自适应处理方法，使得wiegand协议传输的数据可以实现数据格式私有化，不再局限于国际标准格式，解决了wiegand数据的保密性问题。
此外，得益于本发明公开的一种wiegand信号自适应处理方法，在使用二线制wiegand信号通信时，可以在无需利用其它冲突检测协议的情况下区分总线状态。并且总线状态对应用层软件是完全透明的，因此使用者在无需任何干预下即可实现通信双方对总线的抢占和调度。
附图说明
图1为本发明中，wiegand信号合成前在逻辑0端、逻辑1端的信号电压的时序图。
图2为图1所示wiegand信号合成后的信号电压的时序图。
图3为合成后的信号电压的简化时序图。
图4为本发明中，观测和采集时序的流程图。
图5为本发明中，处理时序参量的流程图。
图6为本发明中，处理逻辑信息的流程图。
图7为一种wiegand信号自适应处理系统的结构框图。
图8为本发明中，wiegand总线状态调度的流程图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
一种wiegand信号自适应处理方法，包括以下步骤：
(1)在二线制中使用wiegand协议，通过对数据拆分的方法建立wiegand信号数学模型，将信号拆分为逻辑信息和时序信息。
本发明所用wiegand信号数学模型主要特点如下：
在二线制中，使用其中一线作为信号逻辑0端，另外一线作为逻辑1端。通过对消息拆分的方法建立其数学模型，将wiegand信号拆分为逻辑信息和时序信息。其中，逻辑信息根据信号输入端直接获取；而时序信息通过将逻辑0端的信号与逻辑1端的信号进行叠加合成变换后的信号获取，具体如下：
Vc＝V0+V1-Vcc
其中，vc表示合成后的信号电压，V0表示合成前逻辑0端的信号电压，V1表示合成前逻辑1端的信号电压，Vcc表示总线的上拉电压。
如图1和图2所示可以看出，当且仅当总线有数据交互时，合成后的信号电压才会有低电压脉冲产生。
如图3所示，为了简化，忽略总线上的电容效应，并使用低电平脉冲宽度tm和位周期tp来描述每一个低电压脉冲。
由于不同设备在不同的状态下不同逻辑端口下高、低电平脉冲宽度都处于动态变化中，但采用上述图3所示的方式，使用低电平脉冲宽度tm和位周期tp来处理时序，这样的好处是：当低电平脉冲下降沿脉冲产生时清零开始计数，中间无需计算即可获取离散tm和tp的值，因为它们都是从同一原点开始计数。因此，使用tm和tp来处理时序，相当于直接处理高、低电平脉冲宽度，而且可以滤除高、低电平脉冲宽度的扰动，使其不造成任何影响。
(2)借助于wiegand信号数学模型，通过均值滤波算法观测和锁定信号中的时序参量，实现时序信息的自适应处理。
在通信双方中，当有一个通信设备主动发起通信后，另一个通信设备将使用均值滤波算法(均值滤波器)对低电平脉冲宽度tm和位周期tp进行观测和锁定。获取时序参量的唯一好处在于使得高、低电平脉冲宽度尽可能地精确。否则在双方半双工数据交互中，数据的吞吐率会很低。原因在于现有技术中的二线制wiegand没有任何流控制手段，当发送方发送数据后，接收方只能依靠延时检测总线来检测发送方是否完成了一次数据。而发送方在发送完数据后，也需要等待一段时间使得接收方确定数据传输完成。而获取对方时序参量后，即可利用更精确，更短的延时来传输数据，这有利于提高单位时间数据的吞吐量。
假设，将捕获的若干位周期tm，记为时间集合{Tm}，且{tm(n-1),tmn,tm(n+1)}∈时间集合{Tm}；
然后利用如下公式计算tmn＇：
tmn＇＝(tm(n-1)+tm(n+1))/4+tmn/2；
再通过如下公式求均值，得到参量Tam：
Figure GDA0004145349500000061
同理，计算得到参量Tap：
Figure GDA0004145349500000071
利用得到的参量Tam和参量Tap来实现对时序参量的观测和锁定。
如图4所示，观测和采集时序的具体步骤如下：
(2.1)在总线空闲的情况下，检测信号的下降沿中断是否产生；若否，则重复该步骤；若是，执行步骤(2.2)。
(2.2)启动计时器。
(2.3)检测信号的上升沿中断是否产生；若是，则记录低电平脉冲宽度tm。
(2.4)检测是否满足t/tm>(Tap/Tam+β)，其中，t表示计时器当前数值；Tap、Tam为wiegand信号数学模型通过均值滤波算法学习后获得并更新的参量；β为设定好的常量参数；若是，则关闭并清零计时器，然后执行步骤(2.1)；若否，则执行步骤(2.5)。
表达式t/tm>(Tap/Tam+β)的含义是：若存在一个位周期tp，使得表达式成立，则可以推断当前所传输的比特位是本次wiegand(韦根)数据的最后一个比特。
(2.5)检测信号的下降沿中断是否产生；若否，则执行步骤(2.4)；若是，则记录位周期tp，并计时器清零，然后执行步骤(2.3)。
而参量Tam和参量Tap的更新发生在总线空闲时，具体步骤如图5所示：
(2.6)在总线空闲时，检测低电平脉冲宽度tm和位周期tp；若是，则执行步骤(2.7)；若否，则执行步骤(2.9)。
(2.7)使用均值滤波算法处理wiegand信号。
(2.8)根据处理结果，更新配置。其中的配置主要指的就是参量Tam和参量Tap。
(2.9)结束。
(3)借助于wiegand信号数学模型及所述时序参量，实现逻辑信息的自适应处理。如图6所示，其具体包括以下步骤：
(3.1)在总线空闲的情况下，检测状态机状态是否切换；若否，则重
复该步骤；若是，执行步骤(3.2)；
(3.2)检测状态机当前是否为接收态，若是，则执行步骤(3.3),若否，则检测状态机当前是否为发送态：若是，则执行步骤(3.4)；若否，则
总线异常，复位系统后，执行步骤(3.1)；
(3.3)检测产生的中断事件，记录对应的逻辑；检测状态机是否切换为总线空闲态，若否，则重复执行该步骤；若是，则执行步骤(3.1)。
(3.4)检测产生的计数器事件，将逻辑依次移位到总线.检测状态机是否切换为总线空闲态，若否，则重复执行该步骤；若是，则执行步骤(3.1)。
如图7所示，本发明还公开保护一种wiegand信号自适应处理系统，其主要包括wiegand信号IO处理模块、计时器、滤波器、STATUS状态机、CONFIG配置模块、FIFO缓冲区、校验模块和消息链表模块。
其中，上述wiegand信号IO处理模块，用二线制接收wiegand信号。
上述STATUS状态机与wiegand信号IO处理模块相连接，用于确认该系统的当前工作状态。
上述CONFIG配置模块、计时器、滤波器与wiegand信号IO处理模块相连接，通过使用上述wiegand信号自适应处理方法对wiegand信号进行处理，通过观察和锁定wiegand信号中的时序参量，实现wiegand信号的自适应处理。
上述FIFO缓冲区、校验模块、消息链表模块均与wiegand信号IO处理模块相连接，其中FIFO缓冲区，用于存储wiegand信号的原始数据；校验模块用于校验wiegand信号的原始数据。
在使用二线制wiegan通信时，因为现有技术方案中缺乏流控制手段，因此使用二线制wiegand通信时，通信方向只能A到B或B到A并不能实现A和B相互通信。而本发明得益于上述wiegand信号自适应处理方法，可以在无需利用其它冲突检测协议的情况下区分总线状态。并且总线状态对应用层软件是完全透明的，因此使用者在无需任何干预下即可实现通信双方对总线的抢占和调度，具体如图8所示。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (3)

1.一种wiegand信号自适应处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在二线制中使用wiegand协议，通过对数据拆分的方法建立wiegand信号数学模型，将信号拆分为逻辑信息和时序信息；所述wiegand信号数学模型具体是：在二线制中，使用其中一线作为信号逻辑0端，另外一线作为逻辑1端；将wiegand信号拆分为逻辑信息和时序信息，且逻辑信息根据信号输入端直接获取，时序信息通过将逻辑0端的信号与逻辑1端的信号进行叠加合成变换后的信号获取；
(2)借助于wiegand信号数学模型，通过均值滤波算法观测和锁定信号中的时序参量，实现时序信息的自适应处理；具体是：
(2.1)在总线空闲的情况下，检测信号的下降沿中断是否产生；若否，则重复该步骤；若是，则处理开始，执行步骤(2.2)；
(2.2)启动计时器；
(2.3)检测信号的上升沿中断是否产生；若是，则记录低电平脉冲宽度tm；
(2.4)检测是否满足t/tm>(Tap/Tam+β)，其中，t表示计数器当前数值；Tap、Tam为wiegand信号数学模型通过均值滤波算法学习后获得并更新的参量；β为设定好的常量参数；若是，则处理结束，关闭计时器并清零计数器，然后执行步骤(2.1)；若否，则处理继续，执行步骤(2.5)；其中，获得和更新参量Tap、参量Tam的具体内容是：
(a)在总线空闲时，检测位周期tp，低电平脉冲宽度tm是否有记录；若是，则执行步骤(b)，计算参量Tam和参量Tap；若否，则执行步骤(d)；
(b)以参量Tam为例，将捕获的若干位周期tm，记为时间集合{Tm}，且{tm(n-1),tmn,tm(n+1)}∈时间集合{Tm}；
然后利用如下公式计算tmn＇：
tmn＇＝(tm(n-1)+tm(n+1))/4+tmn/2；
再通过如下公式求均值，得到参量Tam：
Figure FDA0004145349490000021
同理，计算得到参量Tap；
(c)更新参量Tam和参量Tap：
(d)结束
(2.5)检测信号的下降沿中断是否产生；若否，则执行步骤(2.4)；若是，则记录位周期tp，并将计数器清零，然后执行步骤(2.3)；
(3)借助于wiegand信号数学模型及所述时序参量，实现总线状态的控制，以达到逻辑信息的自适应处理的目的；具体是：
(3.1)在总线空闲的情况下，检测状态机状态是否切换；若否，则重复该步骤；若是，执行步骤(3.2)；
(3.2)检测状态机当前状态是否为接收态，若是，则执行步骤(3.3),若否，则检测状态机是否为发送态：若是，则执行步骤(3.4)；若否，则总线异常，复位系统后，执行步骤(3.1)；
(3.3)检测产生的中断事件，记录对应的逻辑；检测状态机是否切换为总线空闲态，若否，则重复执行该步骤；若是，则执行步骤(3.1)；
(3.4)检测产生的计数器事件，将逻辑依次移位到总线.检测状态机是否切换为总线空闲态，若否，则重复执行该步骤；若是，则执行步骤(3.1)。
2.一种wiegand信号自适应处理系统，其特征在于：包括wiegand信号IO处理模块、计时器、滤波器、STATUS状态机和CONFIG配置模块；所述wiegand信号IO处理模块，用二线制接收wiegand信号；所述STATUS状态机与wiegand信号IO处理模块相连接，用于确认该系统的当前工作状态；所述CONFIG配置模块、计时器、滤波器与wiegand信号IO处理模块相连接，用于使用如权利要求1所述的wiegand信号自适应处理方法对wiegand信号进行处理，通过观察和锁定wiegand信号中的时序参量，实现wiegand信号的自适应处理。
3.根据权利要求2所述的一种wiegand信号自适应处理系统，其特征在于：还包括与wiegand信号IO处理模块相连接的FIFO缓冲区、校验模块和消息链表模块，用于存储和校验wiegand信号的原始数据。
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