【正文】 片機(jī)上(CLKI)的時(shí)鐘周期。同樣地，在接收端，每20ms將重組的一幀數(shù)據(jù)輸入主芯片進(jìn)行解碼。AMBE1000每一幀數(shù)據(jù)都有固定的格式，其中幀頭為0x10xEC，以便檢測(cè)是否得到正確的數(shù)據(jù)幀，首先檢測(cè)第一位數(shù)據(jù)，判斷是否是0x13(若不是0x13則拋棄此幀數(shù)據(jù)，重新接受)。在語音數(shù)據(jù)處理程序中，系統(tǒng)在編/解碼語音數(shù)據(jù)的同時(shí)，還要周期性的間隔時(shí)間讓語音數(shù)據(jù)停止發(fā)送，讓中繼站在此期間接收并向控制臺(tái)發(fā)送其他轎廂的運(yùn)行狀態(tài)等信息，具體流程圖如圖319所示。圖319 語音處理子程序 Speech processing subroutine4 中繼站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中繼站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中繼站是控制臺(tái)的外置設(shè)備，通過CAN總線與控制臺(tái)相連接。圖41 中繼站結(jié)構(gòu) Composition of the base station system 中繼站系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中繼站使用和轎廂機(jī)機(jī)一樣的單片機(jī)，其中單片機(jī)采用獨(dú)立設(shè)計(jì)的方式，與系統(tǒng)采用插接方式連接，當(dāng)與轎廂機(jī)系統(tǒng)連接時(shí)，寫入轎廂機(jī)運(yùn)行程序與對(duì)應(yīng)的轎廂地址，當(dāng)與中繼站連接時(shí)，寫入中繼站的運(yùn)行程序與中繼站的對(duì)應(yīng)地址，但單片機(jī)的外圍電路是不同的，每個(gè)引腳在不同的系統(tǒng)中所配置的功能是不同的，其對(duì)應(yīng)的寄存器進(jìn)行的配置也是完全不同的，因此不能將轎廂機(jī)、中繼站。目前，有RS23RS48CAN幾種接口標(biāo)準(zhǔn)用于串行通信。圖42 PCA82C250標(biāo)準(zhǔn)電路 PCA82C250 standard circuitCAN總線由單一通道組成，借助數(shù)據(jù)再同步實(shí)現(xiàn)信息傳輸。若不同控制器同時(shí)向總線發(fā)送邏輯0和邏輯1時(shí)，總線上出現(xiàn)邏輯0（相當(dāng)于邏輯與的關(guān)系）。在顯性狀態(tài)（即邏輯0）時(shí)，比高，此時(shí)通常,電壓差（）在2V左右。CAN總線是一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件都可以掛接在該總線上。但RS485存在明顯的缺點(diǎn)：一主多從、無冗余；數(shù)據(jù)通信為命令響應(yīng)，傳輸率低；錯(cuò)誤處理能力弱。 中繼站無線通訊模塊電路中繼站中使用和轎廂機(jī)一樣的無線通訊模塊，NRF24L01+無線模塊，此處不再贅述。 中繼站系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)如圖45所示，單片機(jī)在完成相應(yīng)的初始化部分程序之后就進(jìn)入while主循環(huán)開始執(zhí)行檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理。當(dāng)接收到無線數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)變之后，通過CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制臺(tái)。若單片機(jī)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，與接收狀態(tài)相同，首先發(fā)送一段特定的驗(yàn)證碼，通知接收機(jī)即將發(fā)送數(shù)據(jù)，若收到接收機(jī)返回的特定的驗(yàn)證碼，單片機(jī)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，然后通過返回值可以判斷本次發(fā)送數(shù)據(jù)是否成功。SFLUSHTX當(dāng)沒有字節(jié)寫入，TXFIFO緩沖器發(fā)出下溢脈沖；TXCTL=。控制臺(tái)在工作過程中，通過CAN總線與中繼站相連并通過中繼站的無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給轎廂機(jī)，同樣的，控制臺(tái)也是通過中繼站來接收轎廂機(jī)傳來的的數(shù)據(jù)，完成雙向數(shù)據(jù)傳輸。 控制臺(tái)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制臺(tái)主控制器電路控制臺(tái)的主控電路同樣選用MK60DN512ZVLQ10做為主控芯片。使用OLED來顯示信息要比數(shù)碼管顯示信息好得多，不需要像數(shù)碼管一樣去掃描操作，大大減輕了單片機(jī)的負(fù)荷，不僅可以顯示文字?jǐn)?shù)字，還可以顯示圖形等信息。圖54為OLED的接口電路?？刂婆_(tái)的CAN接收器模塊電路與中繼站相同，如圖56所示。圖57 控制臺(tái)電源電路 Node power supply circuit 控制臺(tái)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制臺(tái)軟件主程序設(shè)計(jì)圖58 控制臺(tái)軟件主程序流程圖 The PC software flow chart of main program雖然控制臺(tái)的硬件方面和轎廂機(jī)和中繼站較為相似，但中繼站的軟件與前兩者相比要復(fù)雜的多，由于控制臺(tái)除了要和特定地址的轎廂進(jìn)行語音通訊和數(shù)據(jù)傳輸外，還要實(shí)時(shí)監(jiān)控其余轎廂的運(yùn)行情況，因此數(shù)據(jù)處理方面才是控制臺(tái)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為了消除系統(tǒng)各部分由于發(fā)送時(shí)間導(dǎo)致的周期誤差，控制臺(tái)會(huì)定期重新發(fā)送同步信號(hào)，以矯正系統(tǒng)周期。形成干擾的基本要素有三個(gè)：1）干擾源，是對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語言表述：du/dt，di/dt即電壓和電流的變化，就是干擾源。3）敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。這是抑制干擾的方法中最優(yōu)也是最重要的方法，通?？梢允掳牍Ρ?，減小干擾。本系統(tǒng)的所有元器件模塊都使用了并聯(lián)高頻電容的方法以減少干擾。電源存在的噪聲危害非常大，對(duì)電源的濾波非常重要。電源的干擾降低了，整個(gè)電路的抗干擾能力就提升了一個(gè)等級(jí)。3）電路板的設(shè)計(jì)合理化，強(qiáng)/弱信號(hào)、高/低頻率信號(hào)、數(shù)字/模擬信號(hào)，合理分不能過近。 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。4）元器件直接焊在電路板上，盡量不用插座。一個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)背景，就是其運(yùn)行環(huán)境，依據(jù)運(yùn)行環(huán)境研發(fā)的系統(tǒng)才可以與實(shí)際情況相符。本次設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)控制室與車廂內(nèi)的工作人員進(jìn)行語音通訊，控制室可以通過控制臺(tái)監(jiān)測(cè)架空人車的運(yùn)行情況以及車廂內(nèi)的人員情況。隨著我們國家不斷地進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民的生活水平逐漸提高，因此，安全生產(chǎn)也被提到了第一位。將控制模塊與無線通訊模塊相互協(xié)調(diào)，各個(gè)分系統(tǒng)互相通訊完成對(duì)架空人車的監(jiān)控和通訊。致謝離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。由于水平很有限，資料查詢的也不夠詳盡，本設(shè)計(jì)中仍然存在著一些不足之處，比如無線通訊的模塊選擇，總線的選擇，程序時(shí)序仍需要進(jìn)改進(jìn)。因此本設(shè)計(jì)針對(duì)礦井遇到的實(shí)際問題做出了解決方案，深入研究了有線訊息傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，將無線物聯(lián)網(wǎng)的思想應(yīng)用到了本設(shè)計(jì)之中，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，解決了轎廂在長期運(yùn)行過程遇到的線路磨損老化等損耗，減少故障出現(xiàn)的幾率。8結(jié)論煤礦開采的燃煤，是國家極為重要的資源，無論是民用取暖還是火電站發(fā)電，都是需要大量的燃煤。在設(shè)計(jì)開始階段，我搜集了大量的資料與文獻(xiàn)，總結(jié)了架空人車的現(xiàn)狀和存在的不足，相應(yīng)的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，增加系統(tǒng)安全。當(dāng)然，我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)的目的就是投入使用，故需要考慮實(shí)際情況。2）單片機(jī)沒有用到的I/O口不能懸空，應(yīng)該內(nèi)部配置高阻態(tài)。A/DD/A芯片也需要注意模擬地和數(shù)字地的連接。比如：可以利用磁珠和電容組成π型濾波電路，當(dāng)然條件要求不高是也可用100Ω電阻代替磁珠。一般對(duì)敏感器件用隔離罩連接地線進(jìn)行隔離或者增加干擾源與敏感器件的距離。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。~，以減小元器件工作時(shí)對(duì)電源的影響。 抗干擾設(shè)計(jì)基本原則；；。2）傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到抗干擾能力弱器件的通路或媒介。如圖59所示為控制臺(tái)數(shù)據(jù)處理子程序流程圖。 控制臺(tái)數(shù)據(jù)處理子程序?yàn)榱耸拐麄€(gè)系統(tǒng)能夠有條不紊的運(yùn)行，本系統(tǒng)設(shè)定了一個(gè)系統(tǒng)周期和同步信號(hào)，來使整個(gè)系統(tǒng)按照同樣的時(shí)鐘進(jìn)行。圖57為中繼站電源電路。其功能是用來選擇與指定的轎廂機(jī)通訊，用戶通過鍵盤輸入指定的轎廂地址即可與對(duì)應(yīng)的轎廂建立通訊。OLED中的每個(gè)字符可由86個(gè)點(diǎn)陣組成，每一屏可以顯示154一共是60個(gè)字符。圖53語音模塊 Voice module 控制臺(tái)顯示模塊本設(shè)計(jì)的控制臺(tái)顯示模塊用來顯示轎廂內(nèi)乘坐的人員數(shù)量情況以及轎廂的運(yùn)行狀態(tài)。組態(tài)王顯示模塊還可用來設(shè)置系統(tǒng)的工作方式，即調(diào)度人員要語音通訊時(shí)就通過按鍵來選擇是一對(duì)一通話，或是廣播消息使車廂里的工作人員完成相應(yīng)的操作。控制臺(tái)系統(tǒng)組成如圖51所示。使能發(fā)送，當(dāng)信道評(píng)估顯示信道空閑時(shí)，使能校準(zhǔn)然后發(fā)送；當(dāng)沒有字節(jié)寫入，TXFIF0緩沖器發(fā)出下溢指示狀態(tài)位和下溢脈沖，發(fā)送自動(dòng)停止。圖46為無線通訊模塊程序流程圖。由于數(shù)據(jù)的來源與內(nèi)容不同，所以處理數(shù)據(jù)的方式相應(yīng)的不同。圖44為中繼站電源電路。CAN網(wǎng)絡(luò)上的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可作為主節(jié)點(diǎn)主動(dòng)地與其他節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)；CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息幀可以分出優(yōu)先級(jí)，這為有時(shí)實(shí)性要求的控制提供了方便；CAN的物理層及數(shù)據(jù)鏈路層有獨(dú)特的設(shè)計(jì)技術(shù)，使其在抗干擾以及錯(cuò)誤檢測(cè)等方面的性能大大提高。在CiA的努力推廣下，CAN技術(shù)在汽車電子、電梯控制、安全監(jiān)控、醫(yī)療儀器、船舶運(yùn)輸?shù)确矫婢玫搅藦V泛的應(yīng)用，目前已經(jīng)成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。圖43 數(shù)據(jù)保護(hù)電路 Data protection circuit如圖43所示，為輸出前將數(shù)據(jù)與外部連接電路用光電耦合器6N137，將數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，避免系統(tǒng)電路與外部電路的直接接觸，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)送與接收都按照同一結(jié)構(gòu)進(jìn)行。兩條信號(hào)線分別被稱為CAN_H和CAN_L。實(shí)際上大多數(shù)使用雙絞線，利用差分法進(jìn)行信號(hào)表達(dá)，它是一種半雙工通信方式。其后針對(duì)RS232接口標(biāo)準(zhǔn)的通信距離短，波特率比較低的狀況，在RS232接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上又提出了RS422接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485接口標(biāo)準(zhǔn)來克服這些缺陷，但RS485總線的抗干擾能力與傳輸速度都不如CAN總線強(qiáng)。 中繼站CAN總線模塊電路本設(shè)計(jì)主要通過CAN總線與控制臺(tái)進(jìn)行通訊，物理層的CAN總線是通過PCA82C250芯片來實(shí)現(xiàn)的，具體電路接法如圖42所示，在PCA82C250芯片與單片機(jī)之間接入6N137光耦隔離芯片，主要是將數(shù)字信號(hào)與電路進(jìn)行隔離，以免產(chǎn)生干擾，減少誤碼率。轎廂機(jī)通過無線模塊發(fā)送語音與報(bào)文數(shù)據(jù)，中繼站將接收的無線數(shù)據(jù)通過CAN總線傳遞給控制臺(tái)，或者通過CAN總線接收控制臺(tái)發(fā)出的數(shù)據(jù)與命令，同時(shí)通過無線模塊將接收到的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送給轎廂機(jī)。本設(shè)計(jì)的周期定時(shí)器每5s產(chǎn)生一次中斷，每次中斷子程序執(zhí)行時(shí)間僅2ms，在接收端有Flash存儲(chǔ)，不會(huì)使語音信號(hào)失真。其接收數(shù)據(jù)流程圖如圖318所示。在本設(shè)計(jì)中，MCU采用中斷服務(wù)程序來進(jìn)行串行通信，當(dāng)檢測(cè)到有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)后，執(zhí)行34Bytes的數(shù)據(jù)傳輸功能。AMBE1000正常工作時(shí)，每20ms從編碼器中讀取一幀壓縮后的語音數(shù)據(jù)，在MCU中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括去除幀頭、把純語音數(shù)據(jù)暫存在Flash中，然后再將Flash中的語音數(shù)據(jù)發(fā)送出去，以防發(fā)送失敗導(dǎo)致語音斷音。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，因?yàn)槭褂糜布M(jìn)行語音壓縮，不需要在單片機(jī)中執(zhí)行壓縮算法，單片機(jī)的主要功能就是控制和判斷。AMBE1000與A/DD/A接口的音頻采樣頻率都是8KHZ，這8KHZ的語音數(shù)據(jù)通過串行口來進(jìn)行傳輸。A/DD/A芯片的選擇要慎重，最好要選16 bit的器件。nRF24L01+使用SPI通訊協(xié)議與單片機(jī)通訊，最高工作速率達(dá)500kbsp，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)內(nèi)部的硬件SPI模塊的方式與nRF24L01+通訊，相應(yīng)的軟件流程圖如圖316所示。當(dāng)CPU接收到無線模塊數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生中斷信號(hào)，CPU在中斷服務(wù)函數(shù)中判斷是否接受來自控制臺(tái)的通話。當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)及時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)功能。之所以在LM1117的輸出端加了電容是用來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。LM1117還可提供電流限制和熱保護(hù)。最主要的是LM2576在一般情況下不需要或只要很小的尺寸的外加散熱片，這個(gè)特征大大的簡化了開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，所以在電源設(shè)計(jì)這部分，選擇了LM2576系列輸出為+5V的穩(wěn)壓器。~37V，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生52KHz的固定頻率，具有TTL電平關(guān)閉輸出，低功耗待機(jī)模式，典型待機(jī)電流為50μ。由于本設(shè)計(jì)需要提供兩種穩(wěn)定的電壓為轎廂機(jī)系統(tǒng)提供電能，所以本設(shè)計(jì)需要輸出兩路穩(wěn)定電壓。人員檢測(cè)1人員檢測(cè)2圖313 獨(dú)立按鍵電路圖 Independent key circuit diagram 轎廂機(jī)電源電路設(shè)計(jì)由于車廂在工作狀態(tài)中是隨鋼索運(yùn)動(dòng)的，所以轎廂機(jī)的電源不能是220V交流電，電壓輸入得是由蓄電池來供電。此時(shí)數(shù)據(jù)口的電平為0b01110100,由單片機(jī)進(jìn)行讀值，進(jìn)而判斷是哪一個(gè)按鍵被按下。引腳功能：0－7 編碼輸入端(低電平有效)EI 選通輸入端(低電平有效) A0、AA2 編碼輸出端(低電平有效) GS 寬展端(低電平有效)EO 選通輸出端 圖312 74LS148編碼器引腳圖 74LS148 encoder pin diagram編碼鍵盤可以接在單片機(jī)的中斷引腳上。圖310 語音處理模塊 Voice processing module 轎廂機(jī)鍵盤電路相對(duì)普通的矩陣鍵盤，由硬件進(jìn)行譯碼是編碼鍵盤的優(yōu)點(diǎn)，減輕了CPU的負(fù)荷，軟件簡單，但是電路相對(duì)普通矩陣鍵盤要復(fù)雜一些。2） 音頻放大電路圖39 LM4890音頻放大電路 LM4890 audio amplifier circuit語音處理模塊圖片如圖310所示。壓縮數(shù)據(jù)由兩部分組成：語音數(shù)據(jù)和前向糾錯(cuò)數(shù)據(jù)。非幀格式下，每幀只指定一位數(shù)據(jù)用于語音數(shù)據(jù)的對(duì)齊，在更高誤碼率的信道中，需要增加更多的對(duì)齊位才使數(shù)據(jù)更好的還原（用幀格式就能很容易實(shí)現(xiàn)）。在幀格式下，系統(tǒng)需要在傳送編碼數(shù)據(jù)的同時(shí)傳送足夠的信息，這些信息可以使解碼器解壓縮語音數(shù)據(jù)。并口模式只在幀格式時(shí)工作，串口模式在幀格式和非幀格式皆可以工作?；镜男诺澜涌谟写锌诤筒⑿锌冢袃煞N工作模式，主動(dòng)模式和被動(dòng)模式，模式選擇的信號(hào)可以在芯片內(nèi)部進(jìn)行設(shè)定也可以通過外部電平輸入。 A/DD/A的接口可以通過軟硬件對(duì)其進(jìn)行操作，時(shí)鐘和激勵(lì)信號(hào)可以由外部高低電平送入，也可以由單片機(jī)產(chǎn)生。CSP1027S芯片有回聲抵消、VAD（語音激活檢測(cè)）、睡眠模式、數(shù)據(jù)/前向糾錯(cuò)速率等功能，這些功能由外圍管腳或輸入到解碼器的命令幀數(shù)來決定，并且送往解碼器用于控制的數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)是不同的。AMBE1000采用A/DD/A芯片CSP1027S作為語音信號(hào)的接收。同理，解碼器接收數(shù)據(jù)并合成語音數(shù)據(jù)。目前，這種算法因其能實(shí)現(xiàn)低速率傳輸與高音質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。在芯片內(nèi)部有相互獨(dú)立的語音編碼/解碼單元，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)編碼與解碼，并且所有的編碼/解碼操作都能在AMBE1000內(nèi)部完成，不需要額外的存儲(chǔ)器。圖36 語音通訊模塊結(jié)構(gòu)框圖圖36 語音通訊模塊框圖 Voice munications block diagram1）語音處理模塊根據(jù)對(duì)語音構(gòu)成的分析，應(yīng)