CN220962395U - 一种芯片系统、测试系统以及智能传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芯片系统、测试系统以及智能传感系统，所述芯片系统用于实现终端设备以及微控制器之间的通讯，所述终端设备与所述芯片系统连接，所述芯片系统与所述微控制器连接，所述微控制器包括互相连接的主功能模块以及异步通信模块；所述芯片系统包括硬件滤波单元以及软件滤波单元，所述终端设备与所述芯片系统之间的物理距离超过五米，所述终端设备与所述硬件滤波单元连接，所述硬件滤波单元与所述软件滤波单元连接，所述软件滤波单元与所述微控制器的主功能模块连接，所述硬件滤波单元与所述微控制器的异步通信模块连接。本方案可以使微控制器与芯片解决方案互相适配的过程更加便捷，工程师投入到研发工作的时间显著减少。

Description

一种芯片系统、测试系统以及智能传感系统

技术领域

本实用新型涉及智能监测领域，尤其涉及一种芯片系统、测试系统以及智能传感系统。

背景技术

在智能监测领域，相关传感装置的种类和参数指标各不相同，给工程师的研发工作带来了一定影响。具体而言，部分客户对传感装置的功耗情况有明确要求；为了匹配客户的功耗要求，需要工程师增加研发工作的时间，搭建与此类传感装置的微控制器互相适配的芯片解决方案，进而达成减少功耗的目标。

综上，有必要对现有技术进行改进，使微控制器与芯片解决方案互相适配的过程更加便捷，工程师投入到研发工作的时间显著减少。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：如何设计出一种智能监测领域的解决方案，可以使微控制器与芯片解决方案互相适配的过程更加便捷，工程师投入到研发工作的时间显著减少。

本实用新型提出一种芯片系统、测试系统以及智能传感系统，解决了上述问题，所述芯片系统根据软件滤波单元参与程度的不同形成两种方案，第一种常规方案终端设备发出的信号可以经过硬件滤波单元传输到异步通信模块来实现先解析后滤波，第二种低功耗方案终端设备发出的信号可以经过硬件滤波单元传输到软件滤波单元进行解析以及初步滤波后，再由微控制器来实现进一步滤波，第二种方案的功耗低于第一种方案。因此，在客户对功耗要求严格时，工程师应用本方案可以短时间内，分别测试两种方案的参数指标，若两种参数指标均符合功耗要求则选择常规滤波方案，若常规滤波方案的参数指标不符合功耗要求则选择低功耗滤波方案，即可以使微控制器与芯片解决方案互相适配的过程更加便捷，工程师投入到研发工作的时间显著减少。

第一方面，本实用新型实施例提出一种芯片系统，所述芯片系统用于实现终端设备以及微控制器之间的通讯，所述终端设备与所述芯片系统连接，所述芯片系统与所述微控制器连接，所述微控制器包括互相连接的主功能模块以及异步通信模块；所述芯片系统包括硬件滤波单元以及软件滤波单元，所述终端设备与所述芯片系统之间的物理距离超过五米，所述终端设备与所述硬件滤波单元连接，所述硬件滤波单元与所述软件滤波单元连接，所述软件滤波单元与所述微控制器的主功能模块连接，所述硬件滤波单元与所述微控制器的异步通信模块连接。

其进一步的技术方案为，所述硬件滤波单元包括消隐比较单元，所述终端设备将信号传递给所述硬件滤波单元，所述硬件滤波单元通过所述消隐比较单元进行信号处理后将信号传递给所述软件滤波单元或者将信号传递给所述微控制器的异步通信模块。

其进一步的技术方案为，所述硬件滤波单元还包括信号电压缓存模块、可调电位模块，所述终端设备与所述信号电压缓存模块连接，所述信号电压缓存模块与所述可调电位模块连接，所述可调电位模块与所述消隐比较单元连接，所述消隐比较单元与所述软件滤波单元连接；所述终端设备与所述消隐比较单元连接，所述消隐比较单元与所述微控制器的异步通信模块连接。

其进一步的技术方案为，所述信号电压缓存模块为信号电压缓存电路。其进一步的技术方案为，所述可调电位模块为可调电位器。其进一步的技术方案为，所述消隐比较单元为消隐比较器。

第二方面，本实用新型实施例还提出一种测试系统，所述测试系统包括信号发送设备以及终端感应装置，所述终端感应装置内部设有微控制器，所述测试系统还包括如第一方面所述的芯片系统；所述信号发送设备与所述芯片系统之间通过通信线实现有线连接，所述芯片系统与所述终端感应装置的微控制器连接。

第三方面，本实用新型实施例还提出一种智能传感系统，所述智能传感系统包括终端设备以及传感装置，所述传感装置内部设有微控制器，所述传感装置内部还设有如第一方面所述的芯片系统；所述终端设备与所述传感装置之间的物理距离超过一百米，所述终端设备与所述传感装置的芯片系统之间通过通信线实现有线连接，所述传感装置的芯片系统与所述传感装置的微控制器连接；所述终端设备位于第一区域，所述传感装置位于第二区域，所述通信线经过干扰区域，所述干扰区域位于所述第一区域以及所述第二区域之间。

现有技术中，部分客户对传感装置的功耗情况有明确要求；为了匹配客户的功耗要求，需要工程师增加研发工作的时间，搭建与此类传感装置的微控制器互相适配的芯片解决方案，进而达成减少功耗的目标。

本实用新型解决了上述问题，所述芯片系统根据软件滤波单元参与程度的不同形成两种方案，第一种常规方案终端设备发出的信号可以经过硬件滤波单元传输到异步通信模块来实现先解析后滤波，第二种低功耗方案终端设备发出的信号可以经过硬件滤波单元传输到软件滤波单元进行解析以及初步滤波后，再由微控制器来实现进一步滤波，第二种方案的功耗低于第一种方案。

因此，在客户对功耗要求严格时，工程师应用本方案可以短时间内，分别测试两种方案的参数指标，若两种参数指标均符合功耗要求则选择常规滤波方案，若常规滤波方案的参数指标不符合功耗要求则选择低功耗滤波方案，即可以使微控制器与芯片解决方案互相适配的过程更加便捷，工程师投入到研发工作的时间显著减少。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提出的一种芯片系统的框图。

图2为本实用新型实施例提出的一种测试系统的框图。

图3为本实用新型实施例提出的一种智能传感系统的框图。

图4为本实用新型实施例提出的一种芯片系统的波形图。

图5为本实用新型实施例提出的一种芯片系统的另一波形图。

附图标记

芯片系统1、终端设备2、微控制器3、主功能模块3a、异步通信模块3b、硬件滤波单元11、软件滤波单元12、消隐比较单元1a、可调电位模块1b、信号电压缓存模块1c、测试系统10、信号发送设备20、终端感应装置30、传感装置4、第一区域51、第二区域52、干扰区域53。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

实施例

参见图1-图5，为本实用新型实施例提出的一种芯片系统1，所述芯片系统1用于实现终端设备2以及微控制器3之间的通讯，所述终端设备2与所述芯片系统1连接，所述芯片系统1与所述微控制器3连接，所述微控制器3包括互相连接的主功能模块3a以及异步通信模块3b；所述芯片系统1包括硬件滤波单元11以及软件滤波单元12，所述终端设备2与所述芯片系统1之间的物理距离超过五米，所述终端设备2与所述硬件滤波单元11连接，所述硬件滤波单元11与所述软件滤波单元12连接，所述软件滤波单元12与所述微控制器3的主功能模块3a连接，所述硬件滤波单元11与所述微控制器3的异步通信模块3b连接。其中，所述软件滤波单元12具备解析功能也具备滤波功能，所述异步通信模块3b具备解析功能，所述主功能模块3a具备滤波功能。

上述方案中，所述终端设备2与所述芯片系统1之间的物理距离超过五米，在物理具体相隔较远的情况下，所述终端设备2与所述芯片系统1之间信号传递会受到干扰，这种干扰可以通过所述软件滤波单元12先解析后滤波来解决，也可以通过所述微控制器3的异步通信模块3b来解析之后主功能模块3a来滤波。所述硬件滤波单元11的参数可以由微控制器3设置，所述软件滤波单元12的参数也可以由微控制器3设置。

上述方案的有益效果为，在客户对功耗要求严格时，工程师应用本方案可以短时间内，分别测试两种方案的参数指标，若两种参数指标均符合功耗要求则选择常规滤波方案，若常规滤波方案的参数指标不符合功耗要求则选择低功耗滤波方案，即可以使微控制器与芯片解决方案互相适配的过程更加便捷，工程师投入到研发工作的时间显著减少。

进一步地，该芯片系统1的所述硬件滤波单元11包括消隐比较单元1a，所述终端设备2将信号传递给所述硬件滤波单元11，所述硬件滤波单元11通过所述消隐比较单元1a进行信号处理后将信号传递给所述软件滤波单元12或者将信号传递给所述微控制器3的异步通信模块3b。其技术效果为，与现有技术相比所述消隐比较单元1a作用下的输出波形可实现理想效果。

进一步地，该芯片系统1的所述硬件滤波单元11还包括信号电压缓存模块1c、可调电位模块1b，所述终端设备2与所述电压缓存电路连接，所述电压缓存电路与所述可调电位模块1b连接，所述可调电位模块1b与所述消隐比较单元1a连接，所述消隐比较单元1a与所述软件滤波单元12连接；所述终端设备2与所述消隐比较单元1a连接，所述消隐比较单元1a与所述微控制器3的异步通信模块3b连接。具体参见图2，所述终端设备2与所述芯片系统1之间通过通信线实现有线连接，所述终端设备2发出的信号经过传输与干扰之后，所述信号首先通过信号电压缓存模块1c，此时如果在干扰之下存在长时间的通信电压漂移，电压也会跟随一起升高或者降低，这样极大改善了因受到干扰而带来的参考电压与总线电压不能正确匹配情况，通过电压缓存后，再通过一个64档可调电位器去分压，就可以形成一个稳定的参考电压，作为消隐比较单元1a的参考电压。

在终端设备与微控制器互相通信的过程中，需要涉及长距离通信的场景，容易出现严重的信号干扰，存在工模和差模干扰信号耦合进入通信线中，导致微控制器无法正常完成信号采集和识别工作；为了消除上述信号干扰，需要频繁唤醒微控制器去完成滤波工作，导致整体研发方案的功耗增加。参见图4，这是一个长距离通信线振铃比较严重的信号图，通过图中的虚线可以看出，由于干扰的存在，高低电平跳变的振铃信号已经出现了电压重叠，如果选用现有常规技术，会导致输出异常；而本申请中，所述硬件滤波单元11的消隐比较单元1a，使得电平反转后会延时消隐时间窗的时间后再检测，消隐时间窗时间可以配置成振铃的第一个周期，可以消除高低电平跳变出现的电压重叠，其中该硬件滤波器的消隐时间配置范围为50ns-2ms。具体参见图4，第一行显示通信线振铃的原始波形，第二行显示现有技术的输出波形效果不理想，第三行显示本申请方案的输出波形可实现理想效果。

进一步地，该芯片系统1的所述信号电压缓存模块1c为信号电压缓存电路。进一步地，该芯片系统1的所述可调电位模块1b为可调电位器。进一步地，该芯片系统1的所述消隐比较单元1a为消隐比较器。其中，所述信号电压缓存电路的具体实现方式，为本领域技术人员所知晓；所述消隐比较器可以为PI C24F芯片的子模块，亦为本领域技术人员所知晓。参见图5，在长线通信中，还会出现通信线上的电压因为受到干扰导致的整体变大或者变小的情况，此时的比较器的参考电压不能使用固定电压值，否则可能会出现误判，这个时候参考电压可以通过使用通信线最高电压按照比例分压的方式；例如，此时的通信线高电压漂移50％的比例，如果使用固定参考电压，则可能会误判，如果使用通过通信线电压分压而来的参考电压，参考电压也会跟随漂移50％的比例。

上述方案中，终端设备2发出的通信波形经过硬件滤波单元11在硬件层面的初步滤波后，来到软件滤波单元12的软件算法滤波层面，从算法上可使用提高采样率的方法去采集更多的数据点，实现更精细地还原波形。软件滤波单元12最高可以设置使用2MHz的采样率去采样滤波，每次最大采样次数为512个，可配置触发信号为上升沿触发和下降沿触发，或者连续采样个数触发，作为异步通信的同步信号。例如在普通的通用异步通信中，19200bps的通信格式，每一位的数据宽度为52微秒，滤波器可以设置每隔一微秒去采样一次消隐比较单元1a输出的信号，采样52个信号之后，可以得到1bit数据共52个，滤波器判断52个数据中，零和一的数量，当零或者一占比超过预设比例以上，例如百分之七十，就可以认为当前的数据为零或者一。软件滤波单元12最大可配置逻辑判断完成二十次后，以中断的方式通知微控制器3来读取累计的判断结果，微控制器3只需要读取，如此一来可以进一步节省微控制器3的功耗。

具体参见图2，本实用新型实施例还提出一种测试系统10，所述测试系统10包括信号发送设备20以及终端感应装置30，所述终端感应装置30内部设有微控制器3，所述测试系统10还包括如上述任意实施例所述的芯片系统1；所述信号发送设备20与所述芯片系统1之间通过通信线实现有线连接，所述芯片系统1与所述终端感应装置30的微控制器3连接。其技术效果为，在客户对功耗要求严格时，工程师应用本测试系统可以短时间内，分别测试两种方案的参数指标，若两种参数指标均符合功耗要求则选择常规滤波方案，若常规滤波方案的参数指标不符合功耗要求则选择低功耗滤波方案，也就是可以快速测试出适合所述微控制器的芯片解决方案。

具体参见图3，本实用新型实施例还提出一种智能传感系统，所述智能传感系统包括终端设备2以及传感装置4，所述传感装置4内部设有微控制器3，所述传感装置4内部还设有如上述任意实施例所述的芯片系统1；所述终端设备2与所述传感装置4之间的物理距离超过一百米，所述终端设备2与所述传感装置4的芯片系统1之间通过通信线实现有线连接，所述传感装置4的芯片系统1与所述传感装置4的微控制器3连接；所述终端设备2位于第一区域51，所述传感装置4位于第二区域52，所述通信线经过干扰区域53，所述干扰区域53位于所述第一区域51以及所述第二区域52之间。其技术效果为，在所述干扰区域内发生信号干扰的情况下，可以设置不同的芯片解决方案来优化智能传感系统的微控制器的功耗，与现有技术相比更加灵活。

综上所述，本申请的所述芯片系统根据软件滤波单元参与程度的不同形成两种方案，第一种常规方案终端设备发出的信号可以经过硬件滤波单元传输到异步通信模块来实现先解析后滤波，第二种低功耗方案终端设备发出的信号可以经过硬件滤波单元传输到软件滤波单元进行解析以及初步滤波后，再由微控制器来实现进一步滤波，第二种方案的功耗低于第一种方案。因此，在客户对功耗要求严格时，工程师应用本方案可以短时间内，分别测试两种方案的参数指标，若两种参数指标均符合功耗要求则选择常规滤波方案，若常规滤波方案的参数指标不符合功耗要求则选择低功耗滤波方案，即可以使微控制器与芯片解决方案互相适配的过程更加便捷，工程师投入到研发工作的时间显著减少。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种芯片系统，其特征在于，所述芯片系统用于实现终端设备以及微控制器之间的通讯，所述终端设备与所述芯片系统连接，所述芯片系统与所述微控制器连接，所述微控制器包括互相连接的主功能模块以及异步通信模块；所述芯片系统包括硬件滤波单元以及软件滤波单元，所述终端设备与所述芯片系统之间的物理距离超过五米，所述终端设备与所述硬件滤波单元连接，所述硬件滤波单元与所述软件滤波单元连接，所述软件滤波单元与所述微控制器的主功能模块连接，所述硬件滤波单元与所述微控制器的异步通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的芯片系统，其特征在于：

所述硬件滤波单元包括消隐比较单元，所述终端设备将信号传递给所述硬件滤波单元，所述硬件滤波单元通过所述消隐比较单元进行信号处理后将信号传递给所述软件滤波单元或者将信号传递给所述微控制器的异步通信模块。

3.根据权利要求2所述的芯片系统，其特征在于：

所述硬件滤波单元还包括信号电压缓存模块、可调电位模块，所述终端设备与所述信号电压缓存模块连接，所述信号电压缓存模块与所述可调电位模块连接，所述可调电位模块与所述消隐比较单元连接，所述消隐比较单元与所述软件滤波单元连接；所述终端设备与所述消隐比较单元连接，所述消隐比较单元与所述微控制器的异步通信模块连接。

4.根据权利要求3所述的芯片系统，其特征在于：

所述信号电压缓存模块为信号电压缓存电路。

5.根据权利要求3所述的芯片系统，其特征在于：

所述可调电位模块为可调电位器。

6.根据权利要求3所述的芯片系统，其特征在于：

所述消隐比较单元为消隐比较器。

7.一种测试系统，其特征在于，所述测试系统包括信号发送设备以及终端感应装置，所述终端感应装置内部设有微控制器，所述测试系统还包括如权利要求1-6所述的芯片系统；所述信号发送设备与所述芯片系统之间通过通信线实现有线连接，所述芯片系统与所述终端感应装置的微控制器连接。

8.一种智能传感系统，其特征在于，所述智能传感系统包括终端设备以及传感装置，所述传感装置内部设有微控制器，所述传感装置内部还设有如权利要求1-6所述的芯片系统；所述终端设备与所述传感装置之间的物理距离超过一百米，所述终端设备与所述传感装置的芯片系统之间通过通信线实现有线连接，所述传感装置的芯片系统与所述传感装置的微控制器连接；所述终端设备位于第一区域，所述传感装置位于第二区域，所述通信线经过干扰区域，所述干扰区域位于所述第一区域以及所述第二区域之间。