【正文】 為15ms。以 Zigbee 無限 網(wǎng)絡(luò)為例，其特點是： 1）功耗低：由于工作周期短、收發(fā)信息功耗較低且 可以 采用休眠模式 節(jié)約功耗 。 目前主流無線通訊技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)主要 含有 WLAN、 Bluetooth、 Zigbee、 WiMax、GSM/GPRS/CDMA 等。 無線通訊技術(shù)能夠在工廠 、野外等 環(huán)境下，為各種智能 控制 設(shè)備、移動機(jī)器人 控制以及各種自動化設(shè)備之間的 通訊 提供高帶寬的無線數(shù)據(jù) 線路 和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在 4 一些特殊環(huán)境下 能夠充分的 彌補(bǔ)有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制的 通訊 性能。在 20 世紀(jì) 70 年代 末 期，蜂窩無線通訊 和個人通 訊 系統(tǒng)進(jìn)入 快速的 發(fā)展 階段 ，這個 時期 是無線通訊技術(shù)發(fā)展的黃金時期，相繼成功 達(dá)到了 第一代蜂窩系統(tǒng)（ 1G）、第二代蜂窩系統(tǒng)（ 2G）和第三代蜂窩系統(tǒng)（ 3G），到目前為止，無線通訊技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代社會中為人們提供了無處不在的移動通訊服務(wù)，能夠滿足人們語音 通訊 、數(shù)據(jù) 傳輸 、圖像 傳送 等諸多的需求。 在 架空人車 系統(tǒng) 工作過程中， 設(shè)計 一個 通訊 監(jiān)控系統(tǒng) 讓控制臺人員 和 轎廂內(nèi)人員 保持實時聯(lián)系 。 架空人車 一般 只有 機(jī)頭司機(jī) ，機(jī)尾不設(shè) 置 信號工 人 ， 而事故多發(fā)生在司機(jī) 視野盲區(qū) 的地方，事故發(fā)生時 的緊急解決方法 主要 靠 轎廂內(nèi)人員 身體探出轎廂，拉動 巷道 內(nèi)預(yù)設(shè)的緊急停車控制線來完成停車 ，但是此方法難以 及時停車，從而造成事故 的進(jìn)一步惡化 。架空人車系統(tǒng)的安全性能遠(yuǎn)高于斜井機(jī)， 功率遠(yuǎn)小于斜井機(jī)，對電能的節(jié)省效果非常明顯，在礦山井下人員運輸領(lǐng)域，具有前景非常好的應(yīng)用前景，架空人車系統(tǒng)也會給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 架空人車系統(tǒng)的工作 原理 為：牽引繩索 安裝在驅(qū)動輪、 拖拽繩 輪、壓繩輪、迂回輪、張緊 繩索 輪 上 ， 呈無極 封閉系統(tǒng) ，經(jīng) 載 重錘拉緊后，由驅(qū)動 設(shè)備 帶 動 電 動 機(jī)輸出動力帶動減速電機(jī)上的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動 ，輸出大的力矩 ，利用 牽引繩索 和驅(qū)動輪之間的摩擦力 帶牽引繩索 做 循環(huán) 運動，沿一定的軌跡 運行 ，轎廂 機(jī) 由抱索器與 牽引繩索鎖緊 ， 隨牽引繩索 運行來 運輸工作人員 。 架空人車系統(tǒng)安裝的適應(yīng)性強(qiáng)，可以在大傾角、長距離及復(fù)雜變坡巷道環(huán)境的安裝使用，具有上下人員方便、載人量大、操作簡單、維護(hù)方便、一次性投資低、動力消耗小、可 節(jié)約運行成本等優(yōu)點。 井下運輸設(shè)備主要有斜井機(jī)和架空人車兩種。 本系統(tǒng)就是應(yīng)生產(chǎn)生活的需要，本著“安全第一” 的原則，對礦井中實際遇到的問題和難題而設(shè)計的系統(tǒng)。 aerial ropeways。轎廂機(jī) 即為 原有的 礦井 架空人車 ， 在車內(nèi) 安裝 轎廂機(jī)系統(tǒng) 使其 能與 中繼站通過NRF24L01+無線模塊通訊。 中文題目：礦山井下 架空人車通訊監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 外文題目： DESIGN OF COMMUNICATION MONITORING SYSTEM FOR MINE UNDERGROUND AERIAL VEHICLE 畢業(yè)設(shè)計（論文）共 73 頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文 23 頁） 圖紙共 3 張 完成日期 20xx 年 6 月 答辯日期 20xx 年 6 月 I 摘要 在我國有大部分礦井采用斜井的開采方式，隨著礦井的不斷延伸，越來越多的礦井采用架空人車來輸送人員作業(yè)，以降低人員的體 力和時間消耗。 中繼站 則 安裝 在架空人車運行 的巷道 內(nèi) ， 以一定距離分布用于接收 或 發(fā) 送轎廂機(jī)與控制臺 數(shù)據(jù)。 NRF24L01+。在過去的很長一段時間內(nèi)，礦山井下的巷道是沒有可以載人通行的車輛的，工人需要徒步上下礦井，這大大的增加了工人的體力消耗，也降低了生產(chǎn)效率，給生產(chǎn)工作帶來了很大的不便。架空人車與斜井機(jī)相比較，架空人車系統(tǒng)的 電機(jī) 功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于斜井機(jī)的電機(jī)功率，可節(jié)約大量的電能與生產(chǎn)成本，也大大地降低了運行的成本。大量礦井采用的都是斜井機(jī)運輸，不僅工作效率，更重要的 是 影 響 行 車 安 全 的 因 素 多 ， 運 行 和 維 護(hù) 成 本 高 。 井下運輸設(shè)備主要有斜井機(jī)和架空人車兩種。架空人車系統(tǒng)安裝的適應(yīng)性強(qiáng)，可以在大傾角、長距離及復(fù)雜變坡巷道環(huán)境的安裝使用，具有上下人員方便、載人量大、操作簡單、維護(hù)方便、一次性投資低、動力消耗小、可節(jié)約運行成本等優(yōu)點。另一方面 ， 由于 員工 下班時身體疲憊， 精神 萎靡 或進(jìn)入睡眠狀態(tài)的情況， 容易在乘坐架空人車的 時候 出現(xiàn)坐車越位或與巷道 發(fā)生 摩擦擦傷皮膚，甚至?xí)能嚿系袈涞葒?yán)重后果。通過 監(jiān)控控制系統(tǒng) 實時 了解 轎廂 內(nèi)部的情況，以方便做出相應(yīng)的 調(diào)整， 保證架空人車的正常運行。 無線通訊網(wǎng)絡(luò)，顧名思義是利用無線 電磁波 而非線纜來實現(xiàn)與設(shè)備位置無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是現(xiàn)代數(shù)據(jù) 通訊 系統(tǒng)發(fā)展的一個 非常 重要方向。 無線通訊技術(shù)尤 中 移動通訊技術(shù)的發(fā)展，給無線通訊技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用 提供 了 堅實的 技術(shù) 基礎(chǔ)，從上世紀(jì) 80 年代就 普遍 應(yīng)用的電臺與遠(yuǎn)程 RTU，到近幾年開始崛起的各種 國際 標(biāo)準(zhǔn)的中、短程無線通訊技術(shù)，此項技術(shù) 已經(jīng) 逐漸滲透入工業(yè)控制領(lǐng)域中了 。 常用無線通訊技術(shù)原理及應(yīng)用 目前，在工業(yè)自動化領(lǐng)域中無線通訊技術(shù)協(xié)議主要 內(nèi)容 是：對于可用于現(xiàn)場設(shè)備層的無線短程網(wǎng) 絡(luò) ，采用的主流協(xié)議是 IEEE （ 例 如 ZigBee）；對于大數(shù)據(jù)容量的短程無線 通訊 ，則是 IEEE ；而對于適應(yīng)較大傳輸覆蓋 面積 和較大 量 信息傳輸?shù)臒o線局域網(wǎng) 絡(luò) ，采用的是 IEEE 系列。 2）數(shù)據(jù)傳輸可靠性高：采用了避免 碰撞 機(jī)制 技術(shù) ，同時為需要固定帶寬的 通訊 業(yè)務(wù)預(yù)留了專用 通道 ，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突 ，減少了錯誤和亂碼的幾率 。 5）兼容性：與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無縫集成。 7）實現(xiàn)成本低：模塊的 硬件 成本較低。隨著 近年來 微電子技術(shù)的不斷 革新和 發(fā)展，無線局域 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)將在工業(yè)控制 的 網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮 不可替代 的作用。 有線固定網(wǎng)絡(luò) 與 無線局域網(wǎng) 相比之下， 無線 局域網(wǎng)組建自動化工業(yè)網(wǎng)絡(luò) 更有優(yōu)勢 ： 控制 網(wǎng)絡(luò) 的 應(yīng)用：支持 RS232 工業(yè)設(shè)備 一對一 的連接。 重新 布線 ， 省去了施工 造成 的 成本 ：無線局域網(wǎng)利用無線 電波 傳輸信號， 解決了 于難于布線的環(huán)境中搭建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò) 的技術(shù)性難題 。 （ 3）藍(lán)牙 無線 技術(shù) (Bluetooth) 藍(lán)牙 無線通訊技術(shù) 是由東芝、愛立信、 IBM、 Intel和諾基亞于 1998 年， 共同提出 的近距離無線數(shù)字 通訊 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如， IEEE 的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，已經(jīng)成立了 工作組，專門關(guān)注有關(guān)藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的兼容 性問題 和未來的發(fā)展 方向 等問題。藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用 極其 廣泛且 富有 潛力。它采用分組交換方式傳輸數(shù)據(jù)，理論上最高數(shù)據(jù)速率可達(dá) 170Kbps，客戶可以在移動狀態(tài)通話的同時使用各 種高速數(shù)據(jù) 傳輸 業(yè)務(wù)。 本次系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)應(yīng)用的實際情況采用 Zigbee 無線通訊技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn) 架空人車 系統(tǒng)的監(jiān)控 、 控制 、語音通訊等 功能。 綜上所述 ， 可 將整個系統(tǒng)主要分為三個 部分：架空人車的轎廂通訊機(jī)（以 下簡稱轎廂機(jī)）， 中繼站和控制臺（地面的總控制室）。 系統(tǒng) 設(shè)計的整體 框圖 如圖 21 所示 。 系統(tǒng)的各部分功能及實現(xiàn)方案如圖 22 所示。 圖 23 為轎廂機(jī)系統(tǒng)的組成。 無 線 通 信 模 塊主 控 制模 塊4 8 5 總 線接 口系 統(tǒng) 供 電 電源 設(shè) 計無 線 通 信 模 塊主 控 制模 塊4 8 5 總 線接 口系 統(tǒng) 供 電 電源 設(shè) 計1 號 節(jié) 點2 號 節(jié) 點4 8 5 總 線圖 24 中繼站 系統(tǒng)組成 Node machine subsystems 控制臺 系統(tǒng) 設(shè)計 控制臺 主要完成與 轎廂機(jī) 系統(tǒng)的通訊，確保監(jiān)控功能 與語音通訊 的實現(xiàn)。轎廂 作為被監(jiān)控的對象，是整個 系統(tǒng) 設(shè)計的主要組成部分。 轎 廂 機(jī)主控制器語音模塊無線通信鍵盤輸入 圖 31 轎廂機(jī)系統(tǒng) Fig. 31 cable car system ponents 轎廂機(jī) 的 硬件設(shè)計 轎廂機(jī)主控制器電路 主控制器 是整個設(shè)計的控制核心，無線 通訊 和語音的編解碼都由單片機(jī)的控制來 完成。 MK60DN512ZVLQ10 采用哈佛結(jié)構(gòu)，擁有獨立的指令總線和數(shù)據(jù)總線，可以讓取指與數(shù)據(jù)訪問并行進(jìn)行，大大提高運算速度。 它不僅在汽車電子、工業(yè)控制、中高檔機(jī)電產(chǎn)品 等 應(yīng)用領(lǐng)域 中 具有廣泛的 應(yīng)用 ，而且在 Flash 存儲控制及加密方面也有很強(qiáng)的功能 ，片內(nèi)具有512kb 的 Flash 模塊，可以存儲大量數(shù)據(jù)，無需外加 EEPROM 芯片。包括電源 供電 指示燈電路，晶振 時鐘 電路，復(fù)位電路以及 JTAG 程序下載電路 。 電源指示 LED 燈用來顯示是否正常供 電， LED 燈亮表示 K60 正常供電， 開始工 作 ， LED 燈功耗小，是穩(wěn)定的冷光源，不易故障，穩(wěn)定時間可達(dá) 10 年之久。芯片能耗非常低，以 5dBm 的功率發(fā)射時，工作電流只有 ，接收時工作電流只 14 有 18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計更方便。由上文對 nRF24L01++工作模式的介紹，我們可以知道， nRF24L01++一般工作于 ShockBurstTM 收發(fā)模式，這樣，系統(tǒng)的 程序編制會更加簡單，并且穩(wěn)定性也會更高，因此， 接下來 重介紹把 nRF24L01++配置為 ShockBurstTM 收發(fā)模式的器件配置方法。這使得 nRF24L01+能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)； （ 3） 地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道 1 的地址和通道 2 的 地址； （ 4） CRC：使 nRF24L01+能夠生成 CRC 校驗碼和解碼。在 CS 引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。 直接接收模式 一旦 nRF24L01+被配置為直接接收模式， DATA 引腳 將根據(jù)天線接收到的信號開始高低變化 (由于噪聲的存在 )； CLK1 引腳 也開始工作；一旦接收到有效的字頭， CLK1 引腳和 DATA 引腳將協(xié)調(diào)工作，把 射頻數(shù)據(jù)包以其被發(fā)射時的數(shù)據(jù)從 DATA 引腳送給微控制器；這頭必須是 8 位； DR 引腳 沒用上，所有的地址和 CRC 校驗必須在微控制器內(nèi)部進(jìn)行。在空閑模式下，配置字的內(nèi)容保持在 nRF24L01+片內(nèi)。當(dāng) 壓縮語音數(shù)據(jù) 時，它 可以 通過話筒采集語音信息，將 語 音信息 壓縮，然后被主控制芯片 K60 讀取 并儲存 。 AMBE 是基于 MBE 技術(shù)的低比特率、高質(zhì)量語音壓縮算法，具有音質(zhì)好 且編碼速率 較 低等優(yōu)點 ，編碼速率低可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。 18 圖 37 AMBE1000 芯片 AMBE1000 chip AMBE1000 是 Digital Voice Systems 公司的語音編 /解碼芯片，用來實現(xiàn)雙工的語音編碼 /解碼等 功能，能實現(xiàn) 較 低傳輸速率 要求 下 的 高質(zhì)量通話。 AMBE1000 最基本的組成部分就是 兩個獨立的 編碼器 與 解碼器。 AMBE1000 讀寫一幀數(shù)據(jù)所需的時間遠(yuǎn)小于 20ms，在 20ms 間隔 內(nèi)， 單片機(jī)除了能夠 讀 取 1 幀或?qū)?入 1 幀數(shù)據(jù)外，還有大量的時間 處理其他的事件 。 AMBE1000 芯片 如圖37 所示。 用 A 律 與 U律在采樣時對數(shù)據(jù)做壓縮 可以 減少 壓縮后的數(shù)據(jù) 位數(shù)， 為了提高聲音音質(zhì) ，采用 了 16 bit 20 線性的芯片。該芯片的驅(qū)動功率可達(dá) 2W，也可以通過放大比例調(diào)節(jié)輸出的音量，所以特別試用于嘈雜的場所。 AMBE1000 的編碼器和解碼器的數(shù)據(jù)有固定的格式，固定格式的目的就是為壓縮數(shù)據(jù)提供對齊信息，防止亂碼。 在 幀格式 模式時 ，每 20ms 編碼器 輸出 一幀 固定格式數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)，其中包含了 10 位 控制 位 。這種 非幀 格式 會減輕 信道 的 帶寬 負(fù)荷 。而非幀格式只 可以工作于串行。如果信道傳輸時 誤碼率較多 ，那么就 應(yīng)該 增加前向糾錯數(shù)據(jù)的位數(shù)。這使得它得到了廣泛應(yīng)用 與良好的使用前景 ；但 是 其壓縮算法為非標(biāo)準(zhǔn) 語音壓縮 算法，致使由 AMBE1000構(gòu)成的語音處理系統(tǒng)只能用在某些專用網(wǎng)上。 編碼鍵盤的硬件 圖 如圖 311 所示，由 16 個按鍵，兩片 74LS148 編碼器， 4 個 PNP三極管和電阻 組成 。當(dāng)有按鍵被按下時， 加入 S1 按鍵被 按下， U6 的 3 號引腳與接地電阻 R18 導(dǎo)通 ，雖然此時引腳上有一定電壓，但是 因為 上拉電阻較大， 3 號 引 腳上的 電壓 不超過 ，低于 單片機(jī)判斷是否為 高電平的閾值，故 U6 認(rèn)為 3 號腳輸入低電平，按照 真值 表 A0， A1， A2輸出為 0b 001，同時 U6 的 GS 輸出低電平，使能 U4。 當(dāng) 有 人 坐在轎廂內(nèi)時 ，按鍵 就會 被 人的體重壓下 ， 轎廂機(jī)的主控制 器 通過讀取相應(yīng) 的 IO 口 的 電平變化來 判斷該轎廂 內(nèi) 是否有人 和幾人 乘坐， 并將 此信息 合成在報文內(nèi)，上傳 至 控制臺 。這個參數(shù)的電池足夠滿足轎廂機(jī)的供電設(shè)計需求，可實現(xiàn)轎廂機(jī)長時間的 供電。 電源濾波電路濾去