一種調(diào)制解調(diào)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器僅由內(nèi)置ADC的單片機與無源模擬調(diào)理電路組成，外圍電路精簡。并且，模擬信號與數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換過程由內(nèi)置ADC的單片機完成，且在調(diào)制解調(diào)過程中不需要模擬信號的正弦波波形到方波波形的轉(zhuǎn)換，也就不需要在所述內(nèi)置ADC的單片機外圍設(shè)置對應(yīng)的有源模擬調(diào)理電路，極大地減少了調(diào)制解調(diào)器的外圍電路，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。同時，ADC采樣模塊、信號的調(diào)制解調(diào)電路都集成在一塊內(nèi)置ADC的單片機上，不需要外設(shè)其他單片機進(jìn)行信號的鏈路層解析等工作，因而本發(fā)明提供的調(diào)制解調(diào)器也具有較高的集成度。
【專利說明】
—種調(diào)制解調(diào)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)現(xiàn)場總線通信領(lǐng)域，特別是涉及一種調(diào)制解調(diào)器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場總線技術(shù)是以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊為主要內(nèi)容，廣泛運用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的綜合技術(shù)。自70年代誕生至今，由于它在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運行成本，增強系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，得到大范圍的推廣。HART總線主要用于解決控制設(shè)備和智能儀表之間相互通信的問題，其兼容傳統(tǒng)的4-20mA的電流環(huán)信號傳輸，通常應(yīng)用于現(xiàn)場的工業(yè)控制設(shè)備中。
[0003]目前，HART總線通信的實現(xiàn)，需要依靠通用單片機處理HART物理層信號，用另一塊微控制器處理HART鏈路層信號。具體的，在智能儀表向現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備發(fā)送信號時(該信號為一種波形為正弦波的模擬信號)，首先需要將其轉(zhuǎn)換為變頻方波信號，再將轉(zhuǎn)換后的方波信號輸入單片機進(jìn)行解調(diào)，最后經(jīng)微控制器發(fā)送至現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備。現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備向智能儀表發(fā)送信號時(該信號為數(shù)字信號)，該信號經(jīng)過微控制器和單片機進(jìn)行調(diào)制，再將其轉(zhuǎn)換為正弦波，發(fā)送至智能儀表。
[0004]由此可以看出，在HART總線通信過程中，需要在單片機外圍設(shè)置各種有源模擬調(diào)理電路來實現(xiàn)方波和正弦波的轉(zhuǎn)換。為實現(xiàn)該轉(zhuǎn)換，所述有源模擬調(diào)理電路要包括正弦波轉(zhuǎn)方波電路、載波檢測電路、有源濾波電路以及方波轉(zhuǎn)正弦波電路等。這樣，會導(dǎo)致單片機外圍電路復(fù)雜，集成度低，且使得通信系統(tǒng)抗干擾能力也不夠高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)制解調(diào)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的單片機外圍電路復(fù)雜，集成度低，且抗干擾能力差的問題。
[0006]一種調(diào)制解調(diào)器，包括:無源模擬調(diào)理電路和內(nèi)置ADC的單片機。
[0007]與所述內(nèi)置ADC的單片機相連的所述無源模擬調(diào)理電路，用于獲取第一信號，對所述第一信號進(jìn)行濾波并加載直流偏置，還用于獲取變頻方波信號，并將所述變頻方波信號轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號，所述第一信號為智能儀表向現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備輸出的模擬信號；
[0008]所述內(nèi)置ADC的單片機包括:ADC采樣模塊和與所述ADC采樣模塊相連的信號調(diào)制解調(diào)1吳塊；其中:
[0009]所述ADC采樣模塊，用于采集所述進(jìn)行濾波并加載直流偏置的所述第一信號，并將所述進(jìn)行濾波并加載直流偏置的所述第一信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0010]所述信號調(diào)制解調(diào)模塊，用于獲取所述數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)；還用于獲取第二信號，并將所述第二信號調(diào)制為變頻方波信號，其中，所述第二信號為所述現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備向智能儀表輸出的信號。
[0011]優(yōu)選地，所述信號調(diào)制解調(diào)模塊包括:解調(diào)模塊和調(diào)制模塊，其中:
[0012]所述解調(diào)模塊用于獲取所述數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)；
[0013]所述調(diào)制模塊用于獲取所述第二信號，并將所述第二信號調(diào)制為所述變頻方波信號。
[0014]優(yōu)選地，所述解調(diào)模塊包括:
[0015]與所述ADC采樣模塊相連的載波檢測單元，用于根據(jù)所述數(shù)字信號的峰峰值判定所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點，并將所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點信息輸出至相位累加解調(diào)單元；
[0016]與所述ADC采樣模塊相連的過零檢測單元，用于檢測所述數(shù)字信號的相位信息，并輸出所述相位信息至所述相位累加解調(diào)單元；
[0017]與所述載波檢測單元和所述過零檢測單元相連的所述相位累加解調(diào)單元，用于在所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點之間對所述相位信息進(jìn)行相位累加計算得到第一二進(jìn)制位信號，并輸出所述第一二進(jìn)制位信號至串并轉(zhuǎn)換單元；
[0018]與所述相位累加解調(diào)單元相連的所述串并轉(zhuǎn)換單元，用于將所述第一二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為第一字節(jié)信號并輸出；和
[0019]與所述串并轉(zhuǎn)換單元相連的第一鏈路層解析單元，用于將所述第一字節(jié)信號轉(zhuǎn)換為所述控制設(shè)備可識別的幀信號并輸出至所述現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備。
[0020]優(yōu)選地，所述與所述載波檢測單元和所述過零檢測單元相連的所述相位累加解調(diào)單元在所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點之間對所述相位信息進(jìn)行相位累加計算得到第一二進(jìn)制位信號時，具體用于:
[0021]在所述數(shù)字信號的每個半波中同時統(tǒng)計代表I的1.2KHz信號的相位份額數(shù)和代表O的2.2KHz信號的相位份額數(shù)；
[0022]分別對所述代表I的1.2KHz信號的相位份額數(shù)和所述代表O的2.2KHz信號的相位份額數(shù)進(jìn)行累加；
[0023]當(dāng)所述1.2KHz信號的相位份額數(shù)累加到特定值時，輸出所述第一二進(jìn)制位信號的I至所述串并轉(zhuǎn)換單元，其中所述特定值是指所述ADC采樣模塊的采樣頻率與所述數(shù)字信號傳輸頻率的比值；
[0024]當(dāng)所述2.2KHz信號的相位份額數(shù)累加到所述特定值時，輸出所述第一二進(jìn)制位信號的O至所述串并轉(zhuǎn)換單元。
[0025]優(yōu)選地，所述解調(diào)模塊還包括:與所述ADC采樣模塊相連的數(shù)字濾波單元，用于對所述數(shù)字信號數(shù)字濾波并輸出至所述載波檢測單元和所述過零檢測單元。
[0026]優(yōu)選地，所述數(shù)字濾波單元具體為:四點平移均值濾波單元。
[0027]優(yōu)選地，所述內(nèi)置ADC的單片機具體為:內(nèi)置10位以上的ADC、采樣速率不小于50ksps、單周期指令處理時間不大于25ns、且存儲空間不小于SkB的單片機。
[0028]優(yōu)選地，所述調(diào)制模塊包括:
[0029]第二鏈路層解析單元，用于將所述第二信號轉(zhuǎn)換為第二字節(jié)信號并輸出至并串轉(zhuǎn)換單元；
[0030]與所述第二鏈路層解析單元相連的并串轉(zhuǎn)換單元，用于將所述第二字節(jié)信號轉(zhuǎn)換為第二二進(jìn)制位信號并輸出至SPWM調(diào)制單元；和
[0031]與所述并串轉(zhuǎn)換單元相連的SPWM調(diào)制單元，用于根據(jù)SPWM編碼方式將所述第二二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為所述變頻方波信號。
[0032]優(yōu)選地，所述無源模擬調(diào)理電路具體包括:無源帶通濾波器和無源低通濾波器；
[0033]與所述ADC采樣模塊相連的所述無源帶通濾波器，用于獲取所述第一信號，對所述第一信號進(jìn)行濾波并加載直流偏置輸出至所述ADC采樣模塊；
[0034]與所述信號調(diào)制解調(diào)模塊相連的所述無源低通濾波器，用于獲取所述變頻方波信號，并將所述變頻方波信號轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號。
[0035]因此，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0036]本發(fā)明提供一種調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器僅由內(nèi)置ADC的單片機與無源模擬調(diào)理電路組成，外圍電路精簡。并且，模擬信號與數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換過程由內(nèi)置ADC的單片機完成，且在調(diào)制解調(diào)過程中不需要模擬信號的正弦波波形到方波波形的轉(zhuǎn)換，也就不需要在所述內(nèi)置ADC的單片機外圍設(shè)置對應(yīng)的有源模擬調(diào)理電路，極大地減少了調(diào)制解調(diào)器的外圍電路，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。同時，ADC采樣模塊、信號的調(diào)制解調(diào)電路都集成在一塊內(nèi)置ADC的單片機上，不需要外設(shè)其他單片機進(jìn)行信號的鏈路層解析等工作，因而本發(fā)明提供的調(diào)制解調(diào)器也具有較高的集成度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明提供的調(diào)制解調(diào)器整體連接示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明提供一個具體實施例中內(nèi)置ADC的單片機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明提供具體實施例中信號調(diào)制解調(diào)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4為本發(fā)明提供的一個具體實施例中解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖5為信號傳輸過程中，信號產(chǎn)生有效過零點和干擾過零點的示意圖；
[0042]圖6為信號傳輸過程中，0、1信號的混疊示意圖；
[0043]圖7為本發(fā)明提供的另一個具體的解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖8為本發(fā)明提供的一個具體的調(diào)制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖9為本發(fā)明提供的一個具體的調(diào)制解調(diào)器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0046]本發(fā)明的核心是提供一種調(diào)制解調(diào)器，通過內(nèi)置ADC單片機和無源模擬調(diào)理電路，實現(xiàn)控制設(shè)備與智能儀表之間的通信，精簡通信電路，提高抗干擾能力和集成度。
[0047]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0048]本發(fā)明提供的調(diào)制解調(diào)器，參見圖1，包括:無源模擬調(diào)理電路20和內(nèi)置ADC的單片機30。
[0049]無源模擬調(diào)理電路20與內(nèi)置ADC的單片機30相連，無源模擬調(diào)理電路20用于對智能儀表10向現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40輸出的第一信號進(jìn)行濾波并加載直流偏置，將濾波并加載了直流偏置的第一信號輸出，其中，第一信號是由智能儀表10向現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40輸出的模擬信號。無源模擬調(diào)理電路20還用于獲取變頻方波信號，將所述變頻方波信號轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號。
[0050]在本發(fā)明中，參見圖2內(nèi)置ADC的單片機30具體包括內(nèi)含ADC采樣模塊32和與所述ADC采樣模塊相連的信號調(diào)制解調(diào)電路31，用于對智能儀表10與現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備之間40的信號進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，實現(xiàn)智能儀表10與現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40的通信。
[0051]具體的，內(nèi)置ADC的單片機在對信號調(diào)制解調(diào)的過程中所起的作用是:ADC采樣模塊32完成對前述的經(jīng)過濾波并加載了直流偏置的第一信號的AD轉(zhuǎn)換，將經(jīng)過濾波并加載了直流偏置的第一信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號調(diào)制解調(diào)模塊31獲取到前述數(shù)字信號后對其進(jìn)行解調(diào)，通過解調(diào)將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40能夠識別的幀信號。信號調(diào)制解調(diào)電路31還獲取第二信號，對所述的第二信號進(jìn)行調(diào)制，即現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40向智能儀表10輸出的信號，并將現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40向智能儀表10輸出的信號調(diào)制為變頻方波信號。
[0052]在本實施例中，要實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)，對內(nèi)置ADC的單片機30有一定的要求，具體是:內(nèi)置10位以上的ADC、采樣速率不小于50ksps、單周期指令處理時間不大于25ns、且存儲空間不小于SkB的單片機?？梢赃x取ARM CMO作為實例，當(dāng)然，也可以選取符合本發(fā)明對內(nèi)置ADC的單片機要求的其他型號的單片機。
[0053]由本實施例可以看出，在模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之前不再使用正弦波轉(zhuǎn)方波電路，也不使用有源調(diào)理電路，因此精簡了通信線路的外圍電路，提高了抗干擾能力。而且，在本發(fā)明中，信號調(diào)制解調(diào)的電路、ADC采樣的電路都集成在一塊內(nèi)置ADC的單片機中，因而集成度較高。
[0054]下面在一個具體的實施例，參見圖3，說明本發(fā)明的調(diào)制解調(diào)器中，信號調(diào)制解調(diào)電路31的具體組成部分包括:解調(diào)模塊311和調(diào)制模塊312。
[0055]具體的，與ADC采樣模塊32相連的解調(diào)模塊311，用于獲取ADC采樣模塊32輸出的數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)，將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40能夠識別的幀信號。
[0056]調(diào)制模塊312，用于獲取第二信號，并將所述第二信號調(diào)制為變頻方波信號，其中，所述第二信號為現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40向智能儀表10輸出的信號。
[0057]本發(fā)明提供的另一個實施例，參見圖4，具體說明信號調(diào)制解調(diào)電路31中的解調(diào)模塊311具體組成部分，包括:載波檢測單元3111、過零檢測單元3112、相位累加解調(diào)單元3113、串并轉(zhuǎn)換單元3114和第一鏈路層解析單元3115。
[0058]載波檢測單元3111，與前述內(nèi)置ADC的單片機30的ADC采樣模塊32相連，所述載波檢測單元3111用于接收ADC采樣模塊32輸出的數(shù)字信號。該載波檢測單元3111還用于根據(jù)所述數(shù)字信號的峰峰值判定所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點，并將所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點信息輸出至所述相位累加解調(diào)單元3113。
[0059]具體的，在本實施例中，以對HART信號的載波檢測為例。HART物理層規(guī)定載波檢測的有效值為大于等于120毫伏，無效值小于等于80毫伏。折算到所述數(shù)字信號的半波中，認(rèn)為有效值為大于等于60毫伏，無效值小于等于40毫伏。當(dāng)然，為了確保信號的可靠性，可以根據(jù)實際情況，以一段信號的連續(xù)若干個點大于等于60毫伏作為信號的起始，以連續(xù)若干個點小于等于40毫伏作為信號的結(jié)束。
[0060]另外，實際應(yīng)用中由于傳輸?shù)纫蛩氐挠绊懀盘栐诓蓸訒r幅值可能達(dá)不到其物理層規(guī)定的要求，這時如果仍然采用物理層所規(guī)定的載波檢測值，則可能引起判斷錯誤。在波形非常差的時候可以軟件修正載波檢測值來符合實際應(yīng)用的要求。
[0061]與ADC采樣模塊32相連的過零檢測單元3112，用于檢測所述數(shù)字信號的相位信息，并輸出所述相位信息至相位累加解調(diào)單元3113。
[0062]在本實施例中，過零檢測單元3112以數(shù)字信號處理的方式對過零點進(jìn)行二次判斷，在確定一個過零點后，下一個過零點需要越過載波電平才確定為第二個過零點。在實際的工業(yè)現(xiàn)場，通信信號通常會受到噪聲影響。由于受到噪聲干擾，所述數(shù)字信號會產(chǎn)生一定的擾動。參見圖5，在所述數(shù)字信號兩個有效的過零點之間很可能因為數(shù)字信號的擾動而產(chǎn)生干擾過零點3，而這些干擾過零點3的幅值不會越過載波電平。因此，當(dāng)?shù)谝粋€過零點I出現(xiàn)后，下一個過零點2需要在信號越過載波電平4后，才被判斷為有效的過零點。這樣可以消除干兩個有效過零點之間的干擾過零點3，得到的所述數(shù)字信號的半波內(nèi)的相位信息更加準(zhǔn)確。
[0063]相位累加解調(diào)單元3113，與載波檢測單元3111和過零檢測單元3112相連。相位累加解調(diào)單元3113用于在所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點之間對所述相位信息進(jìn)行相位累加計算得到第一二進(jìn)制位信號，并輸出所述第一二進(jìn)制位信號至串并轉(zhuǎn)換單元3114。
[0064]在本實施例中，以1.2KHz為傳輸頻率的HART信號為例，參見圖6，HART信號包含代表I的1.2KHZ信號100和代表O的2.2KHz信號200。在實際信號的傳輸中，由于相位的連續(xù)性，在所述數(shù)字信號的一個半波中，可能出現(xiàn)0、1混疊的狀況300。如果以單一頻率判斷是O或者1，會因為前述的信號混疊而造成誤判，那么解調(diào)出的二進(jìn)制位信號也不準(zhǔn)確。因此，利用相位累加解調(diào)單元3113，通過相位累加的方式對所述數(shù)字信號解調(diào)，在1.2KHZ信號100或2.2KHz信號200累加到特定值時，才判斷為I或者O。在O、I混疊的情況下不以單一頻率判斷輸出O或者1，而是以相位累加的方式判斷是O或者是1，解調(diào)后的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，消除了 0、1混疊時以頻率判斷不準(zhǔn)確的狀況。
[0065]相位累加解調(diào)單元3113具體在所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點之間對所述相位信息進(jìn)行相位累加計算得到第一二進(jìn)制位信號的作用是:相位累加解調(diào)單元3113對所述數(shù)字信號的每個半波中同時統(tǒng)計代表I的1.2KHz信號的相位份額數(shù)和代表O的2.2KHz信號的相位份額數(shù)，分別對所述代表I的1.2KHz信號點的個數(shù)和所述代表O的2.2KHz信號的相位份額數(shù)進(jìn)行累加。
[0066]當(dāng)1.2KHz信號的相位份額數(shù)累加到特定值時，輸出所述第一二進(jìn)制位信號的I至所述串并轉(zhuǎn)換單元，其中所述特定值是指所述ADC采樣模塊的采樣頻率與所述數(shù)字信號傳輸頻率的比值。
[0067]當(dāng)所述2.2KHz信號的相位份額數(shù)累加到所述特定值時，輸出所述第一二進(jìn)制位信號的O至所述串并轉(zhuǎn)換單元3114。
[0068]具體來說，采樣頻率即前述的ADC采樣模塊32的采樣頻率。本發(fā)明中的具體實施例以38.4ksps的采樣頻率為例，在其他方案中也可以是其他采樣頻率。
[0069]在本實施例中，以數(shù)字信號傳輸頻率具體為1.2KHZ為例，此時，所述特定值取38.4與1.2的比值，為32。
[0070]與相位累加解調(diào)單元3113相連的串并轉(zhuǎn)換單元3114，用于將所述第一二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為第一字節(jié)信號并輸出。
[0071]具體的，字節(jié)信號由一定數(shù)目的位信號構(gòu)成。在一段有效信號中，串并轉(zhuǎn)換單元3114的作用是，接收相位累加解調(diào)單元3113輸出的第一二進(jìn)制位信號，將所述第一二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為第一字節(jié)信號并將所述第一字節(jié)信號輸出至第一鏈路層解析單元3115。
[0072]第一鏈路層解析單元3115的輸入端與串并轉(zhuǎn)換單元3114相連，輸出端與現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40相連。所述第一鏈路層解析單元3115用于將所述第一字節(jié)信號轉(zhuǎn)換為所述控制設(shè)備40可識別的幀信號并輸出至所述現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40。
[0073]具體的，第一鏈路層解析單元集成于內(nèi)置ADCC的單片機中，整個調(diào)制解調(diào)器中不再另外為鏈路層解析單元而外設(shè)其他單片機。
[0074]在另外的實施例中，參見圖7，還可以在解調(diào)模塊中增加數(shù)字濾波單元3116。該數(shù)字濾波單元3116與ADC采樣模塊32連接，用于在對智能儀表10向現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40輸出的信號進(jìn)行ADC采樣得到數(shù)字信號后，對所述數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波。具體到HART通信中，需要濾除500Hz到1KHz范圍內(nèi)的尖峰噪聲和高斯噪聲。去除噪聲后，再對所述數(shù)字信號進(jìn)行載波檢測和過零檢測等步驟，能夠提高信號的準(zhǔn)確程度。
[0075]在本實施例中，具體數(shù)字濾波單元3116用于對數(shù)字信號濾波的具體原理是:依據(jù)滑動平均值法把4個采樣數(shù)據(jù)看成一個隊列，對列的長度固定為4，每進(jìn)行一次新的采樣，把采樣結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有4個“最新”的數(shù)據(jù)。計算濾波值時，只要把隊列中的4個數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，就可得到新的濾波值。本實施例采用的數(shù)字濾波方式僅為一種具體實例，在實際中，也可以采用其他方式進(jìn)行數(shù)字濾波。
[0076]另一個的實施例中，參見圖8，具體說明信號調(diào)制解調(diào)電路31中，調(diào)制模塊312的組成部分。
[0077]與現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40相連的調(diào)制模塊312，用于當(dāng)現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40向智能儀表10輸出第二信號時，對所述第二信號進(jìn)行調(diào)制，形成變頻方波。
[0078]具體的，調(diào)制模塊312具有以下組成部分:第二鏈路層解析單元3121、并串轉(zhuǎn)換單元3122和SPWM調(diào)制單元3123。
[0079]與現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40相連的第二鏈路層解析單元3121輸入端，用于獲取并將現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備40輸出的信號轉(zhuǎn)換為第二字節(jié)信號。所述第二鏈路層解析單元3121輸入端與并串轉(zhuǎn)換單元3122相連，用于將第二字節(jié)信號輸出至并串轉(zhuǎn)換單元3122。
[0080]與第二鏈路層解析單元3121相連的并串轉(zhuǎn)換單元3122，用于將所述第二字節(jié)信號轉(zhuǎn)換為第二二進(jìn)制位信號并輸出至SPWM調(diào)制單元3123。
[0081]具體的，第二鏈路層解析單元與第一鏈路層解析單元都集成于內(nèi)置ADC的單片機中，完成所有鏈路解析工作。因而，不需要再外調(diào)制解調(diào)器單另設(shè)置其他硬件設(shè)備完成鏈路層解析的工作，精簡了調(diào)制解調(diào)的硬件電路。
[0082]與并串轉(zhuǎn)換單元3122相連的SPWM調(diào)制單元3123，用于根據(jù)SPWM編碼方式將所述第二二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為變頻方波信號。
[0083]在本實施例中采用的SPWM調(diào)制單元3123用于根據(jù)SPWM編碼方式將所述第二二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為變頻方波信號具體是，引用SPWM規(guī)則采樣法，將第二二進(jìn)制位信號分為18等份。按照SPWM規(guī)則采樣公式得到1.2KHz信號的正弦表和2.2KHz信號的正弦表。第二二進(jìn)制位信號中的O或I不同，根據(jù)各自對應(yīng)的正弦表的值，調(diào)制對應(yīng)占空比的PMW信號。以一定周期對二進(jìn)制位信號進(jìn)行判斷和選取信號點。在本實施例中，以833us為判斷和選取周期，選取信號點。且處于在O或I切換時，對照正弦表，取O和I正弦表相鄰的位置，保障信號的相位連續(xù)。對第二二進(jìn)制位信號進(jìn)行SPWM編碼后，輸出不同占空比的方波信號。
[0084]在本實施例中，對參數(shù)的選擇僅為具體舉例，也可以依據(jù)實際情況選擇其他具體數(shù)值。
[0085]在其他具體的實施例中，參見圖9，調(diào)制解調(diào)器的組成具體是:內(nèi)置ADC的單片機301，與內(nèi)置ADC的單片機301相連的無源模擬調(diào)理電路包括無源帶通濾波器201和無源低通濾波器202。所述無源帶通濾波器201與ADC采樣模塊3012相連，用于在解調(diào)前除去更多干擾或噪音并加載固定的直流偏置，它的整個頻率通帶內(nèi)都能最大限度的讓信號通過。在智能儀表101到現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備401的信號傳輸過程中，先對智能儀表101向現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備401輸出的信號進(jìn)行濾波并添加直流偏置再進(jìn)行ADC采樣和解調(diào)過程。與信號調(diào)制解調(diào)模塊3011相連的無源低通濾波器202，用于將信號調(diào)制解調(diào)模塊3012輸出的變頻方波信號轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號。其中，各組成部分的具體內(nèi)容參見前述各實施例，此處不再贅述。
[0086]以上對本發(fā)明所提供的調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實現(xiàn)方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，包括:無源模擬調(diào)理電路和內(nèi)置ADC的單片機； 與所述內(nèi)置ADC的單片機相連的所述無源模擬調(diào)理電路，用于獲取第一信號，對所述第一信號進(jìn)行濾波并加載直流偏置，還用于獲取變頻方波信號，并將所述變頻方波信號轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號，所述第一信號為智能儀表向現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備輸出的模擬信號； 所述內(nèi)置ADC的單片機包括:ADC采樣模塊和與所述ADC采樣模塊相連的信號調(diào)制解調(diào)模塊；其中: 所述ADC采樣模塊，用于采集所述進(jìn)行濾波并加載直流偏置的所述第一信號，并將所述進(jìn)行濾波并加載直流偏置的所述第一信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述信號調(diào)制解調(diào)模塊，用于獲取所述數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)；還用于獲取第二信號，并將所述第二信號調(diào)制為所述變頻方波信號，其中，所述第二信號為所述現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備向智能儀表輸出的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述信號調(diào)制解調(diào)模塊包括:解調(diào)模塊和調(diào)制|吳塊，其中: 所述解調(diào)模塊用于獲取所述數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)； 所述調(diào)制模塊用于獲取所述第二信號，并將所述第二信號調(diào)制為所述變頻方波信號。
3.如權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述解調(diào)模塊包括: 與所述ADC采樣模塊相連的載波檢測單元，用于根據(jù)所述數(shù)字信號的峰峰值判定所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點，并將所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點信息輸出至相位累加解調(diào)單元； 與所述ADC采樣模塊相連的過零檢測單元，用于檢測所述數(shù)字信號的相位信息，并輸出所述相位信息至所述相位累加解調(diào)單元； 與所述載波檢測單元和所述過零檢測單元相連的所述相位累加解調(diào)單元，用于在所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點之間對所述相位信息進(jìn)行相位累加計算得到第一二進(jìn)制位信號，并輸出所述第一二進(jìn)制位信號至串并轉(zhuǎn)換單元； 與所述相位累加解調(diào)單元相連的所述串并轉(zhuǎn)換單元，用于將所述第一二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為第一字節(jié)信號并輸出；和 與所述串并轉(zhuǎn)換單元相連的第一鏈路層解析單元，用于將所述第一字節(jié)信號轉(zhuǎn)換為所述控制設(shè)備可識別的幀信號并輸出至所述現(xiàn)場工業(yè)控制設(shè)備。
4.如權(quán)利要求3所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述與所述載波檢測單元和所述過零檢測單元相連的所述相位累加解調(diào)單元在所述數(shù)字信號的起始點和結(jié)束點之間對所述相位信息進(jìn)行相位累加計算得到第一二進(jìn)制位信號時，具體用于: 在所述數(shù)字信號的每個半波中同時統(tǒng)計代表I的1.2KHz信號的相位份額數(shù)和代表O的2.2KHz信號點的相位份額數(shù)； 分別對所述代表I的1.2KHz信號的相位份額數(shù)和所述代表O的2.2KHz信號的相位份額數(shù)進(jìn)行累加； 當(dāng)所述1.2KHz信號的相位份額數(shù)累加到特定值時，輸出所述第一二進(jìn)制位信號的I至所述串并轉(zhuǎn)換單元，其中所述特定值是指所述ADC采樣模塊的采樣頻率與所述數(shù)字信號傳輸頻率的比值； 當(dāng)所述2.2KHz信號的相位份額數(shù)累加到所述特定值時，輸出所述第一二進(jìn)制位信號的O至所述串并轉(zhuǎn)換單元。
5.如權(quán)利要求3所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述解調(diào)模塊還包括:與所述ADC采樣模塊相連的數(shù)字濾波單元，用于對所述數(shù)字信號數(shù)字濾波并輸出至所述載波檢測單元和所述過零檢測單元。
6.如權(quán)利要求5所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述數(shù)字濾波單元具體為:四點平移均值濾波單元。
7.如權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述調(diào)制模塊包括: 第二鏈路層解析單元，用于將所述第二信號轉(zhuǎn)換為第二字節(jié)信號并輸出至并串轉(zhuǎn)換單元; 與所述第二鏈路層解析單元相連的所述并串轉(zhuǎn)換單元，用于將所述第二字節(jié)信號轉(zhuǎn)換為第二二進(jìn)制位信號并輸出至SPWM調(diào)制單元；和 與所述并串轉(zhuǎn)換單元相連的所述SPWM調(diào)制單元，用于根據(jù)SPWM編碼方式將所述第二二進(jìn)制位信號轉(zhuǎn)換為所述變頻方波信號。
8.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述內(nèi)置ADC的單片機具體為:內(nèi)置10位以上的ADC、采樣速率不小于50ksps、單周期指令處理時間不大于25ns、且存儲空間不小于SkB的單片機。
9.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述無源模擬調(diào)理電路具體包括:無源帶通濾波器和無源低通濾波器； 與所述ADC采樣模塊相連的所述無源帶通濾波器，用于獲取所述第一信號，對所述第一信號進(jìn)行濾波并加載直流偏置輸出至所述ADC采樣模塊； 與所述信號調(diào)制解調(diào)模塊相連的所述無源低通濾波器，用于獲取所述變頻方波信號，并將所述變頻方波信號轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號。
【文檔編號】H02M7/5395GK104333255SQ201410521652
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】陳宇, 王文輝, 胡凱, 洪忠亮 申請人:浙江中控技術(shù)股份有限公司