一种基于脉宽等长机制的FSK解调方法与流程

本发明涉及数字信息传输领域，特别是一种基于脉宽等长机制的fsk解调方法。

背景技术：

fsk(frequency-shiftkeying，频移键控)是利用载波频率变化来传递数字信息的一种数字调制技术。具有实现容易，抗噪声与抗衰减的性能好等特点。在电力载波通讯中到了广泛的应用。如民用智能电表抄表系统，电网中远动信息收发，矿井系统中的遥测遥控传输等。

fsk最常用的方法是将二进制数1和0，分别调制为f1与f2两个频率不同的双频fsk系统。被调制的频率相对电网频率高出许多。fsk系统中，“调制”相对简单，“解调”比较复杂。

fsk信号的解调方式有模拟解调方式与数字解调方式。模拟解调方式中，有参考差分fsk解调和全差分fsk解调。参考差分fsk解调是将fsk载波信号控制偏置电流对电容充电，根据电容上充电电压与参考电压通过比较器判决数据是1还是0。全差分fsk解调是利用不同偏置电流对不同的电容进行充电，根据电容上充电电压差值的大小通过比较器判决数据是1还是0。模拟解调电路容易漂移，是其主要缺点。数字解调方式通常有过零点检测、正交相乘等，过零点检测解调方式适用于非常低速率的应用，通讯速率较低。正交相乘解调方式较为复杂的乘法器以与高阶数字滤波器，成本较高，电路也较复杂。另外fsk解调电路还可以采用锁相环pll的方式实现，包括模拟pll和数字pll。这类解调电路同样有诸多缺点，功耗较大，电路复杂，成本较高。

随着智能电网概念的普及，“智能”电器越来越多。智能电器的首要特点是可通讯。因fsk通讯方式无需增设额外的通讯线路，逐成为智能电器可通讯之首选。且智能电网、智能电器相互之间的通讯速率往往较低。

现有的fsk调制与解调方式有多种方法，其中解调方式有相干解调方式和非相干解调等方式，但多不限定对“0”与“1”的调制宽度。这给以高速单片机或dsp为主要控制器件的智能电器的fsk通讯，带了极大的不便，或增加了电路的复杂性，或降低了解码的成功率。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种成本低、大幅度简化了fsk的“硬件调制发送耦合”电路、避免了数字解调电路的复杂性，克服了模拟解调电路时漂的影响、同时提高了解调的快速性、具有极高的抗干扰能力的基于脉宽等长机制的fsk解调方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种基于脉宽等长机制的fsk解调方法，步骤包括：

1)设置码元个体脉冲最大宽度限定值，设置一桢，即一个字节的最小宽度时限、最大宽度时限，之后执行步骤2)；

2)设置下降沿捕获中断开启，设置并清空二个数据缓冲区，设置指向第一数据缓冲区的指针为数据缓冲区首地址，清零累加时间数据，之后执行步骤3)；

3)下降沿捕获中断后，将捕获时间数据保存至指针指向的地址，指针加一，并累加时间数据，之后执行步骤4)；

4)当本次捕获时间数据大于个体脉冲最大宽度限定值，则执行步骤2)，否则执行步骤5)；

5)当累加时间数据在一桢最小宽度时限与最大宽度时限之间，则建立完成接收一桢标志so，否则等待下一次中断，之后执行步骤6)；

6)主程序检测so标志，当so＝1时，将第一数据缓冲区里的数据，转移到二数据缓冲区，并清空第一数据缓冲区，之后执行步骤7)；

7)主程序对第二数据缓冲区以逐个t为单位进行计算，设置解码字节ud＝00h，解码次数＝8，设置指针指向从第二数据缓冲区首地址a0，之后执行步骤8)；

8)累加指针地址里的时间数据，直到等于大于t，此时的地址记号为a1，之后执行步骤9)；

9)在a0到a1地址中，设符合“0”码元时限的个数n，符合“1”码元时限的个数m，当n≥m，则解码结果为“0”；否则，解码结果为“1”，将解码结果赋值ud的最高位后，ud循环右移一位，指针地址+1记号为a0，累加器清零，之后执行步骤10)；

10)当解码次数减1不为零时，返回步骤8，当解码次数减1为零时，完成一桢解码。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、为了大幅度降低成本，在低速fsk通讯场合，常采用高速单片机、dsp为核心元件进行调制与解调，可大幅度简化fsk调制发送电路与fsk信号接收电路。

2、调制方，高速单片机或dsp，采用定时中断、查表等方式，对待调制字节采用t0脉冲n个数或t1脉冲m个数或不同的组合形式进行调制，直接通过端口发送，从而大幅度简化了fsk的“硬件调制发送耦合”电路。

3、接收方，高速单片机或dsp，采用边沿捕获、外部触发中断等方式，直接获取码元宽度时间值及个数。fsk信号由程序进行解调还原，从而避免了数字解调电路的复杂性，克服了模拟解调电路时漂的影响。

4、fsk信号解调还原，依据脉宽等长机制，查找总宽度内最接近标称值的码元序列，在该序列中，只要有1个码元与标称值的码元相吻合，即可解调出二进制位值，从而大大降低了解调的复杂性，同时提高了解调的快速性。

5、本方法具有极高的抗干扰能力。

6、作为智能电器的主控制器，高速单片机或dsp在完成主要监控任务的同时，可兼顾fsk的调制与解调任务，大幅度降低总体成本。

综上所述，本发明基于脉宽等长机制的的fsk调制与解调方法，调制方法简单，解调可靠性高，抗干扰能力强，快速性好，可广泛使用于智能电器等多种场合。

附图说明

图1是本发明基于脉宽等长机制的fsk调制方法原理图。

图2是本发明基于脉宽等长机制的fsk调制方法的流程图。

图3是本发明基于脉宽等长机制的fsk解调方法的流程图。

图4是本发明基于脉宽等长机制的fsk调制方法抗干扰原理图解之一。

图5是本发明基于脉宽等长机制的fsk调制方法抗干扰原理图解之二。

具体实施方式

下面根据说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的解释。

如图1所示，对“0”进行调制，采用的码元宽度t0＝11.25us，码元个数n＝9，调制频率f0约等于88.88khz，总的调制时间t等于101.25us；对“1”进行调制，采用的码元宽度t0＝10.125us，码元个数m＝10，调制频率f0约等于98.76khz，总的调制时间t等于101.25us。调制中心频率约为93.56khz。fsk有效数据速率可达9.8kbit/s。

一种基于脉宽等长机制的fsk调制方法，步骤包括：

1、定时器初始化

1)取出一个待调制发送的字节，设置“字节循环次数a”为8位(次)；

2)判断待调制发送字节的最低位，当最低位为“0”时，设置定时器中断“位循环次数b”为9次，定时中断常数为11.25us；当最低位为“1”时，设置定时器中断“位循环次数b”为10次，定时中断常数为10.125us；

3)开放定时器中断，输出端口置高电平，启动定时器定时。

2、定时中断(如图2所示)

1)将输出端口取反，之后执行步骤2)；

2)位循环次数b减去1后判断是否为零，如果不为零执行步骤3)；如果为零，建立ob标志，执行步骤4)；

3)重置定时常数，退出中断；

4)字节循环次数a减去1后判断是否为零，如果不为零执行步骤5)；如果为零执行步骤6)；

5)待调制的字节右移1位，之后执行步骤7)；

6)ov＝1，建立调制字节发送完成标志，供主程序查询。

7)判断最高位是否为1，如果不是1执行步骤8)；是1执行步骤9)；

8)设置位循环次数b＝9，定时器时间常数t＝11.25us，之后执行步骤10)；

9)设置位循环次数b＝10，定时器时间常数t＝10.125us，之后执行步骤10)；

10)退出中断。

一种基于脉宽等长机制的fsk解调方法，步骤包括：

1、数据捕获

1)设置下降沿捕获中断开启，设置向数据指针指向第一数据缓冲区的首地址，开启一个定时器，清零累加时间数据；

2)下降沿捕获中断后捕获定时器的当前时间值数据，减去上次的捕获数据得到本次捕获的真值，保存至第一数据缓冲区，数据指针加1，捕获时间累加和加上本次捕获的真值。

3)判断捕获时间累加和，是否大于等于一个字节的时间宽度(如101.25us×8位)。小于时，等待下一次捕获中断，执行步骤2)；大于时，清零捕获时间累加和，建立完成接收一桢标志so并进行数据备份。

2、数据备份

将第一数据缓冲区里的数据，备份至第二数据缓冲区，同时清空第一数据缓冲区。

3、数据解调(如图3所示，针对第二数据缓冲区)

1)解调初始化包括：设置解码次数q＝8，默认解码字节ud＝00，指针指向数组首地址a0，时间数据累加和t清零，设置码元“0”的宽度值，设置码元“1”的宽度值，设置位宽度时间值t＝101.25us，之后执行步骤2)；

2)逐个累加指针地址里的时间数据，直到等于大于t，此时的指针地址记号为a1，之后执行步骤3)；

3)令第二数据指针指向地址a0，在a0到a1地址段中，对码元个体时间值进行计算准备，之后执行步骤4)；

4)计算码元“0”的个数n，之后执行步骤5)；

5)计算码元“1”的个数m，之后执行步骤6)；

6)判断n是否大于等于m，大于等于是，执行步骤8)；否则执行步骤7)；

7)解码结果为“1”，置位解码字节最高位，之后执行步骤8)；

8)解码字节左移1位，之后执行步骤9)；

9)将解码次数q减去1后判断是否为零。如果不为零，执行步骤10)；如果为零，执行步骤11)；

10)时间数据累加和t清零，数据指针地址更新a1为a0，执行步骤2)；

11)完成一桢解码，解码结束。

如图4所示，尽管码元个数不变，但码元个体宽度时间值受到了严重干扰。在一个等长调制脉t0(t0＝t)的宽度内，只要码元p1或p2符合标称值宽度，即可解调出“0”；在一个等长调制脉t1(t1＝t)的宽度内，只要码元p1符合标称值宽度，即可解调出“1”。

如图5所示，码元个体宽度时间值受到严重干扰，码元个数也方式了变化。但在t0(t0＝t)，的宽度内，码元p1及p4符合“0”要求，故计数值n＝2；码元p5符合“1”要求，故计数值m＝1。因n大于m，可解调出“0”。在t1(t1＝t)，的宽度内，码元p1及p4符合“1”要求，故计数值m＝2；码元p5符合“0”要求，故计数值n＝1。因n小于m，可解调出“1”。