一種基于脈寬等長機制的FSK解調方法與流程

本發(fā)明涉及數字信息傳輸領域，特別是一種基于脈寬等長機制的fsk解調方法。

背景技術：

fsk(frequency-shiftkeying，頻移鍵控)是利用載波頻率變化來傳遞數字信息的一種數字調制技術。具有實現容易，抗噪聲與抗衰減的性能好等特點。在電力載波通訊中到了廣泛的應用。如民用智能電表抄表系統(tǒng)，電網中遠動信息收發(fā)，礦井系統(tǒng)中的遙測遙控傳輸等。

fsk最常用的方法是將二進制數1和0，分別調制為f1與f2兩個頻率不同的雙頻fsk系統(tǒng)。被調制的頻率相對電網頻率高出許多。fsk系統(tǒng)中，“調制”相對簡單，“解調”比較復雜。

fsk信號的解調方式有模擬解調方式與數字解調方式。模擬解調方式中，有參考差分fsk解調和全差分fsk解調。參考差分fsk解調是將fsk載波信號控制偏置電流對電容充電，根據電容上充電電壓與參考電壓通過比較器判決數據是1還是0。全差分fsk解調是利用不同偏置電流對不同的電容進行充電，根據電容上充電電壓差值的大小通過比較器判決數據是1還是0。模擬解調電路容易漂移，是其主要缺點。數字解調方式通常有過零點檢測、正交相乘等，過零點檢測解調方式適用于非常低速率的應用，通訊速率較低。正交相乘解調方式較為復雜的乘法器以與高階數字濾波器，成本較高，電路也較復雜。另外fsk解調電路還可以采用鎖相環(huán)pll的方式實現，包括模擬pll和數字pll。這類解調電路同樣有諸多缺點，功耗較大，電路復雜，成本較高。

隨著智能電網概念的普及，“智能”電器越來越多。智能電器的首要特點是可通訊。因fsk通訊方式無需增設額外的通訊線路，逐成為智能電器可通訊之首選。且智能電網、智能電器相互之間的通訊速率往往較低。

現有的fsk調制與解調方式有多種方法，其中解調方式有相干解調方式和非相干解調等方式，但多不限定對“0”與“1”的調制寬度。這給以高速單片機或dsp為主要控制器件的智能電器的fsk通訊，帶了極大的不便，或增加了電路的復雜性，或降低了解碼的成功率。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、大幅度簡化了fsk的“硬件調制發(fā)送耦合”電路、避免了數字解調電路的復雜性，克服了模擬解調電路時漂的影響、同時提高了解調的快速性、具有極高的抗干擾能力的基于脈寬等長機制的fsk解調方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案。

一種基于脈寬等長機制的fsk解調方法，步驟包括：

1)設置碼元個體脈沖最大寬度限定值，設置一楨，即一個字節(jié)的最小寬度時限、最大寬度時限，之后執(zhí)行步驟2)；

2)設置下降沿捕獲中斷開啟，設置并清空二個數據緩沖區(qū)，設置指向第一數據緩沖區(qū)的指針為數據緩沖區(qū)首地址，清零累加時間數據，之后執(zhí)行步驟3)；

3)下降沿捕獲中斷后，將捕獲時間數據保存至指針指向的地址，指針加一，并累加時間數據，之后執(zhí)行步驟4)；

4)當本次捕獲時間數據大于個體脈沖最大寬度限定值，則執(zhí)行步驟2)，否則執(zhí)行步驟5)；

5)當累加時間數據在一楨最小寬度時限與最大寬度時限之間，則建立完成接收一楨標志so，否則等待下一次中斷，之后執(zhí)行步驟6)；

6)主程序檢測so標志，當so＝1時，將第一數據緩沖區(qū)里的數據，轉移到二數據緩沖區(qū)，并清空第一數據緩沖區(qū)，之后執(zhí)行步驟7)；

7)主程序對第二數據緩沖區(qū)以逐個t為單位進行計算，設置解碼字節(jié)ud＝00h，解碼次數＝8，設置指針指向從第二數據緩沖區(qū)首地址a0，之后執(zhí)行步驟8)；

8)累加指針地址里的時間數據，直到等于大于t，此時的地址記號為a1，之后執(zhí)行步驟9)；

9)在a0到a1地址中，設符合“0”碼元時限的個數n，符合“1”碼元時限的個數m，當n≥m，則解碼結果為“0”；否則，解碼結果為“1”，將解碼結果賦值ud的最高位后，ud循環(huán)右移一位，指針地址+1記號為a0，累加器清零，之后執(zhí)行步驟10)；

10)當解碼次數減1不為零時，返回步驟8，當解碼次數減1為零時，完成一楨解碼。

采用上述技術方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、為了大幅度降低成本，在低速fsk通訊場合，常采用高速單片機、dsp為核心元件進行調制與解調，可大幅度簡化fsk調制發(fā)送電路與fsk信號接收電路。

2、調制方，高速單片機或dsp，采用定時中斷、查表等方式，對待調制字節(jié)采用t0脈沖n個數或t1脈沖m個數或不同的組合形式進行調制，直接通過端口發(fā)送，從而大幅度簡化了fsk的“硬件調制發(fā)送耦合”電路。

3、接收方，高速單片機或dsp，采用邊沿捕獲、外部觸發(fā)中斷等方式，直接獲取碼元寬度時間值及個數。fsk信號由程序進行解調還原，從而避免了數字解調電路的復雜性，克服了模擬解調電路時漂的影響。

4、fsk信號解調還原，依據脈寬等長機制，查找總寬度內最接近標稱值的碼元序列，在該序列中，只要有1個碼元與標稱值的碼元相吻合，即可解調出二進制位值，從而大大降低了解調的復雜性，同時提高了解調的快速性。

5、本方法具有極高的抗干擾能力。

6、作為智能電器的主控制器，高速單片機或dsp在完成主要監(jiān)控任務的同時，可兼顧fsk的調制與解調任務，大幅度降低總體成本。

綜上所述，本發(fā)明基于脈寬等長機制的的fsk調制與解調方法，調制方法簡單，解調可靠性高，抗干擾能力強，快速性好，可廣泛使用于智能電器等多種場合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于脈寬等長機制的fsk調制方法原理圖。

圖2是本發(fā)明基于脈寬等長機制的fsk調制方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明基于脈寬等長機制的fsk解調方法的流程圖。

圖4是本發(fā)明基于脈寬等長機制的fsk調制方法抗干擾原理圖解之一。

圖5是本發(fā)明基于脈寬等長機制的fsk調制方法抗干擾原理圖解之二。

具體實施方式

下面根據說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的解釋。

如圖1所示，對“0”進行調制，采用的碼元寬度t0＝11.25us，碼元個數n＝9，調制頻率f0約等于88.88khz，總的調制時間t等于101.25us；對“1”進行調制，采用的碼元寬度t0＝10.125us，碼元個數m＝10，調制頻率f0約等于98.76khz，總的調制時間t等于101.25us。調制中心頻率約為93.56khz。fsk有效數據速率可達9.8kbit/s。

一種基于脈寬等長機制的fsk調制方法，步驟包括：

1、定時器初始化

1)取出一個待調制發(fā)送的字節(jié)，設置“字節(jié)循環(huán)次數a”為8位(次)；

2)判斷待調制發(fā)送字節(jié)的最低位，當最低位為“0”時，設置定時器中斷“位循環(huán)次數b”為9次，定時中斷常數為11.25us；當最低位為“1”時，設置定時器中斷“位循環(huán)次數b”為10次，定時中斷常數為10.125us；

3)開放定時器中斷，輸出端口置高電平，啟動定時器定時。

2、定時中斷(如圖2所示)

1)將輸出端口取反，之后執(zhí)行步驟2)；

2)位循環(huán)次數b減去1后判斷是否為零，如果不為零執(zhí)行步驟3)；如果為零，建立ob標志，執(zhí)行步驟4)；

3)重置定時常數，退出中斷；

4)字節(jié)循環(huán)次數a減去1后判斷是否為零，如果不為零執(zhí)行步驟5)；如果為零執(zhí)行步驟6)；

5)待調制的字節(jié)右移1位，之后執(zhí)行步驟7)；

6)ov＝1，建立調制字節(jié)發(fā)送完成標志，供主程序查詢。

7)判斷最高位是否為1，如果不是1執(zhí)行步驟8)；是1執(zhí)行步驟9)；

8)設置位循環(huán)次數b＝9，定時器時間常數t＝11.25us，之后執(zhí)行步驟10)；

9)設置位循環(huán)次數b＝10，定時器時間常數t＝10.125us，之后執(zhí)行步驟10)；

10)退出中斷。

一種基于脈寬等長機制的fsk解調方法，步驟包括：

1、數據捕獲

1)設置下降沿捕獲中斷開啟，設置向數據指針指向第一數據緩沖區(qū)的首地址，開啟一個定時器，清零累加時間數據；

2)下降沿捕獲中斷后捕獲定時器的當前時間值數據，減去上次的捕獲數據得到本次捕獲的真值，保存至第一數據緩沖區(qū)，數據指針加1，捕獲時間累加和加上本次捕獲的真值。

3)判斷捕獲時間累加和，是否大于等于一個字節(jié)的時間寬度(如101.25us×8位)。小于時，等待下一次捕獲中斷，執(zhí)行步驟2)；大于時，清零捕獲時間累加和，建立完成接收一楨標志so并進行數據備份。

2、數據備份

將第一數據緩沖區(qū)里的數據，備份至第二數據緩沖區(qū)，同時清空第一數據緩沖區(qū)。

3、數據解調(如圖3所示，針對第二數據緩沖區(qū))

1)解調初始化包括：設置解碼次數q＝8，默認解碼字節(jié)ud＝00，指針指向數組首地址a0，時間數據累加和t清零，設置碼元“0”的寬度值，設置碼元“1”的寬度值，設置位寬度時間值t＝101.25us，之后執(zhí)行步驟2)；

2)逐個累加指針地址里的時間數據，直到等于大于t，此時的指針地址記號為a1，之后執(zhí)行步驟3)；

3)令第二數據指針指向地址a0，在a0到a1地址段中，對碼元個體時間值進行計算準備，之后執(zhí)行步驟4)；

4)計算碼元“0”的個數n，之后執(zhí)行步驟5)；

5)計算碼元“1”的個數m，之后執(zhí)行步驟6)；

6)判斷n是否大于等于m，大于等于是，執(zhí)行步驟8)；否則執(zhí)行步驟7)；

7)解碼結果為“1”，置位解碼字節(jié)最高位，之后執(zhí)行步驟8)；

8)解碼字節(jié)左移1位，之后執(zhí)行步驟9)；

9)將解碼次數q減去1后判斷是否為零。如果不為零，執(zhí)行步驟10)；如果為零，執(zhí)行步驟11)；

10)時間數據累加和t清零，數據指針地址更新a1為a0，執(zhí)行步驟2)；

11)完成一楨解碼，解碼結束。

如圖4所示，盡管碼元個數不變，但碼元個體寬度時間值受到了嚴重干擾。在一個等長調制脈t0(t0＝t)的寬度內，只要碼元p1或p2符合標稱值寬度，即可解調出“0”；在一個等長調制脈t1(t1＝t)的寬度內，只要碼元p1符合標稱值寬度，即可解調出“1”。

如圖5所示，碼元個體寬度時間值受到嚴重干擾，碼元個數也方式了變化。但在t0(t0＝t)，的寬度內，碼元p1及p4符合“0”要求，故計數值n＝2；碼元p5符合“1”要求，故計數值m＝1。因n大于m，可解調出“0”。在t1(t1＝t)，的寬度內，碼元p1及p4符合“1”要求，故計數值m＝2；碼元p5符合“0”要求，故計數值n＝1。因n小于m，可解調出“1”。