【正文】 2是探討藍(lán)牙如何與IEEE 802．11b無線局域網(wǎng)技術(shù)共存的問題；而IEEE TG3則是研究未來藍(lán)牙技術(shù)，向著更高速(如1020Mbits/s)傳輸發(fā)展的問題。它可以應(yīng)用于無線設(shè)備、圖像處理設(shè)備、安全設(shè)備、娛樂設(shè)備、汽車產(chǎn)品設(shè)備、家用電器、醫(yī)療健身、建筑、玩具等領(lǐng)域。通俗的說，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，它是以分組交換技術(shù)作為技術(shù)基礎(chǔ)，將移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間建立起來聯(lián)系，用戶通過GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。2 架空人車通訊監(jiān)控系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的設(shè)計(jì)礦山井下架空人車通訊監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是地面控制室人員對架空車廂進(jìn)行實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，架空車廂內(nèi)的人員可以在意外事故發(fā)生時(shí)按下緊急按鈕，及時(shí)的通知地面控制室采取有效的安全措施，阻止事故的發(fā)生。轎廂機(jī)安裝在架空人車的轎廂內(nèi)，控制臺安裝在地面的控制室內(nèi)，控制室的人員通過控制臺監(jiān)控轎廂的運(yùn)行狀況并與轎廂內(nèi)的人員通訊。圖21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體框圖 All system block diagram車廂與上控制臺通過中繼站收發(fā)無線信號進(jìn)行語音通信，轎廂中的工人可以隨時(shí)向地面控制室報(bào)告車廂的運(yùn)行狀態(tài)并請求相關(guān)指令，控制臺也可以隨時(shí)詢問各個(gè)車廂的運(yùn)行狀態(tài)以便做出相應(yīng)的調(diào)整。圖22 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖 System function structure chart 轎廂機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)轎廂機(jī)是本系統(tǒng)被監(jiān)控的主要部分，是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。圖23 轎廂機(jī)系統(tǒng)組成 Subsystems of cable car 中繼站系統(tǒng)設(shè)計(jì)中繼站作為控制臺和轎廂機(jī)間的紐帶，用于傳輸控制臺和轎廂機(jī)的數(shù)據(jù)，主要工作方式是通過無線模塊接收轎廂機(jī)的信號并讀出其中的數(shù)據(jù)，然后再經(jīng)CAN總線將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制臺。在控制臺的工作人員可以通過按鍵來設(shè)置通訊方式，選擇是以廣播方式發(fā)布消息，還是一對一的方式和某一個(gè)車廂進(jìn)行通話這時(shí)需要通過按鍵來選擇通訊的對象，同時(shí)在顯示屏上可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前控制器所處的工作模式和通話轎廂的編號，如圖25所示為控制臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，其中包括語音通訊與處理模塊，鍵盤控制模塊，主控制器模塊、顯示模塊以及CAN總線接口。工作人員在乘轎廂下井的過程中，需要隨時(shí)和地面上的控制臺保持聯(lián)系，為了確保轎廂正常運(yùn)行和工作人員的人身安全?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)對單片機(jī)的運(yùn)算速度和資源的要求，本設(shè)計(jì)中采用的主控制器芯片是MK60DN512ZVLQ10（簡稱 K60）。K60芯片使用多組電源引腳分別為內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器、I/O引腳驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換電路等電路供電，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器位內(nèi)核和振蕩器等供電。主控芯片電路圖如圖32所示。JTAG程序下載端口結(jié)合機(jī)載軟件IAR可實(shí)現(xiàn)程序的單步或同步調(diào)試功能，可以在線仿真同步看變量動(dòng)態(tài)數(shù)值等人性化的功能。 圖33 K60外圍電路 K60 peripheral circuits 轎廂機(jī)無線通訊模塊設(shè)計(jì)無線模塊作為轎廂機(jī)和中繼站間的通訊工具，其通訊質(zhì)量的好壞直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的通訊質(zhì)量。其DuoCeiverTM技術(shù)使nRF24L01++可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同通道的數(shù)據(jù)。ShockBurstTM的配置字使nRF24L01++能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在nRF24L01+工作的過程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。當(dāng)使用nRF24L01+片內(nèi)的CRC技術(shù)時(shí)，要確保在配置字中CRC校驗(yàn)被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。通過以上了解到無線通訊模塊的操作主要是與主控制芯片之間的交流，所以要取得無線通訊的良好效果，最主要是實(shí)現(xiàn)主控制芯片程序的初始化，使接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候不出現(xiàn)錯(cuò)幀現(xiàn)象，同時(shí)采用一定的濾波電路，可減少惡劣環(huán)境的電磁干擾。（3）配置模式在配置模式，15字節(jié)的配置字被送到nRF24L01+，這通過CS、CLK1和DATA三個(gè)引腳完成，具體的配置方法請參考本文的器件配置部分。（5）關(guān)機(jī)模式在關(guān)機(jī)模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時(shí)的工作電流小于1uA。當(dāng)處于解壓語音數(shù)據(jù)時(shí)，主控制芯片K60將語音壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給語音芯片，語音芯片解壓語音壓縮數(shù)據(jù)，然后通過D/A轉(zhuǎn)換器，接下來將語音的模擬信號放大，再通過喇叭播放出去。AMBE1000是一款高性能、多速率的語音編碼/解碼芯片，語音編碼/解碼速率可以在2400～9600bps之間以50bps的間隔變化，即使在2400bps的時(shí)候，仍能保持自然的聲音質(zhì)量和語音可懂度。它采用先進(jìn)的 AMBE壓縮算法。編碼器接收8KHZ采樣的語音數(shù)據(jù)（16bit線性，8bit A律，8bit U律）并以一定的速率輸出數(shù)據(jù)。這種特性可以大大地減輕單片機(jī)的負(fù)荷，也可能使得單片機(jī)在半雙工的低速通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)全雙工的語音通話。 圖38 CSP1027S電路 Voice processing circuit after2）A/DD/A轉(zhuǎn)換芯片CSP1027SCSP1027S是A/DD/A轉(zhuǎn)換芯片，其外接電路如圖38所示。選擇芯片時(shí)要特別注意信號與噪聲的比例，以及濾波器的頻率響應(yīng)是否夠快。信道接口使芯片易于與設(shè)計(jì)的系統(tǒng)相連接。AMBE1000的格式有幀格式和非幀格式。實(shí)際上就是按一定的波特率壓縮數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)信道間傳輸。缺點(diǎn)是解碼器在解碼語音數(shù)據(jù)前需要接收1012幀的數(shù)據(jù)才能達(dá)到與數(shù)據(jù)同步的目的。幀格式可以工作在主動(dòng)模式和被動(dòng)模式，非幀格式卻只能工作在被動(dòng)模式。當(dāng)然要提高聲音音質(zhì)，就必須有更多的語音數(shù)據(jù)位。即便如此，它仍不失為在語音處理領(lǐng)域一款優(yōu)秀的處理器。圖311 編碼鍵盤原理圖 Schematic coding keyboard74LS148是8線3線優(yōu)先編碼器，管腳圖如圖312所示。有S1被按下，三極管Q1的基極與R10導(dǎo)通，致使U4的0號引腳上為低電平，A0，A1，A2輸出為0b 111，同時(shí)GS輸出低電平，產(chǎn)生中斷。轎廂機(jī)人員檢測獨(dú)立按鍵電路如圖313所示。電源模塊原理如圖314所示。圖314 電源模塊 power supply module。另外，LM2576還包括一些其他的特征：在指定輸出電壓和輸出負(fù)載條件下保證輸出電壓的正負(fù)4%誤差，以及振蕩器頻率的正負(fù)10%誤差。LM1117也有可調(diào)電壓的版本，～。在電源設(shè)計(jì)這部分，選擇了LM1117系列輸出為+。轎廂機(jī)中還包括按鍵模塊以實(shí)現(xiàn)一些特定功能，所以需要單片機(jī)對鍵盤是否按下做檢測。在主循環(huán)中CPU實(shí)時(shí)監(jiān)視按鍵的動(dòng)作，查詢是否建立通話。圖315 轎廂機(jī)主程序流程圖 The car engine main program flow chart 轎廂機(jī)無線通訊子程序的設(shè)計(jì)轎廂機(jī)的無線模塊采用nRF24L01+模塊，因而無線通訊的子程序設(shè)計(jì)就是對nRF24L01+進(jìn)行發(fā)送接收的控制。圖316 無線模塊收發(fā)流程圖 Wireless module sending and receiving flow chart 轎廂機(jī)語音通訊的軟件設(shè)計(jì)語音信號的模擬量與AMBE1000芯片之間要通過A/DD/A芯片來連接。語音芯片的發(fā)送流程圖如圖317所示。另外，本設(shè)計(jì)使用的CSP1027 芯片作為A/DD/A轉(zhuǎn)換器是可編程的，程序信息也可以通過命令幀ID進(jìn)行設(shè)置。AMBE1000復(fù)位完成后，單片機(jī)發(fā)送控制幀，設(shè)定AMBE1000的采樣頻率以及幀同步信號的頻率，使其按照單片機(jī)的要求工作。圖317 AMBE發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖 AMBE send data flow diagram單片機(jī)初始化(設(shè)置串行通信波特率，發(fā)出指令，使AMBE1000復(fù)位進(jìn)入正常工作狀態(tài))，AMBE1000每20ms輸出一幀34Byte的數(shù)據(jù)，其中有10位控制字，不同的壓縮率產(chǎn)生的數(shù)據(jù)位數(shù)也不相同，在1s內(nèi)會(huì)產(chǎn)生50幀數(shù)據(jù)，每秒壓縮數(shù)據(jù)的速率相當(dāng)于:34(Byte)*8(bit)*50(幀)=13600bit/s。然后依次獲取本幀的另外9 Bytes控制字?jǐn)?shù)據(jù)，都符合要求后，送往AMBE1000的解碼器。數(shù)據(jù)傳輸中斷標(biāo)志來自于轎廂機(jī)系統(tǒng)的周期定時(shí)器中斷，為保證各個(gè)定時(shí)器中斷在同一時(shí)間產(chǎn)生，中繼站系統(tǒng)在上電后會(huì)給所有轎廂機(jī)發(fā)送一個(gè)同步信號，當(dāng)接收到同步信號以后，轎廂機(jī)開啟定時(shí)器且定時(shí)周期相同，在一定的周期內(nèi)向控制臺發(fā)送轎廂機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息。中繼站就是作為控制臺與轎廂機(jī)的中轉(zhuǎn)站，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞與交換?？刂婆_的單片機(jī)互換，尤其是主控制程序?qū)?yīng)不同的系統(tǒng)。RS232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在短距離（15M），較低波特率串行通訊當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。CAN技術(shù)規(guī)范中沒有規(guī)定物理通道的具體實(shí)現(xiàn)方法，物理層可以是單線（加地線）、兩條差分線、光纖等。物理上，現(xiàn)行的CAN總線大多使用二線制作為物理傳輸介質(zhì)，使用差分電壓表達(dá)邏輯0和邏輯1。在總線空閑或隱性位期間，發(fā)送隱性位。為促進(jìn)CAN技術(shù)的發(fā)展，1992年在歐洲成立了CiA。而CAN總線技術(shù)可以克服這些缺點(diǎn)。 中繼站電源電路圖44 中繼站電源電路 Node power supply circuit中繼站系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)和轎廂機(jī)的電源電路主體是相同的，不同的只有兩點(diǎn)：轎廂機(jī)是由電池供給穩(wěn)壓芯片電壓的，而中繼站是直接由220V交流電經(jīng)過變壓器變壓（220V~12V）、整流橋整流、阻容濾波后得到的+12V電壓供給穩(wěn)壓芯片的；光電耦合6N137要想完全的隔離，必須將輸入與輸出的電源也分開（即分開供電），否則不能完全隔離，所以要有兩個(gè)+5V穩(wěn)壓電路。單片機(jī)時(shí)刻檢測和CAN總線上接收的數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到新數(shù)據(jù)時(shí)，便開始執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。中繼站主程序流程如圖45所示圖45 主程序流程圖 Main program flow chart of base station system 中繼站無線通訊模塊軟件設(shè)計(jì)無線通訊模塊的初始化包括上電復(fù)位以及各個(gè)寄存器的配置，而各寄存器的配置又包括頻率合成寄存器、頻率控制字寄存器、信道數(shù)、頻率控制詞寄存器、調(diào)制解調(diào)器配置寄存器、主通信控制狀態(tài)機(jī)配置寄存器、頻率偏移補(bǔ)償配置寄存器、AGC控制寄存器、電磁波激活控制寄存器、前末端RX 配置寄存器、前末端TX 配置寄存器、頻率合成器校準(zhǔn)寄存器、RC振蕩器配置寄存器、頻率合成器校準(zhǔn)控制寄存器，通過配置各寄存器完成對NRF24L01+的初始操作，隨后只要將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)寄存器即可，接收數(shù)據(jù)的時(shí)候只要讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)即可。圖46 NRF24L01程序流程圖 Program flow diagram of NRF24L01無線數(shù)據(jù)的發(fā)送采用的是緩沖發(fā)送模式：使用媒介訪問控制層數(shù)字格式和短地址發(fā)送一個(gè)信息包。615控制臺系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制臺是用來完成調(diào)度人員與轎廂內(nèi)的工人進(jìn)行語音通話和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，同時(shí)控制臺與中繼站都是CAN總線上的外置設(shè)備，包含了語音模塊，顯示模塊，F(xiàn)lash模塊和CAN總線模塊，單片機(jī)仍然選擇Freescale公司的MK60DN512ZVLQ10微處理控制芯片。圖52 控制臺功能結(jié)構(gòu)圖 Master control room system function structure在OLED顯示模塊中，調(diào)度人員可以通過顯示屏來查看主控對象的工作狀態(tài)和當(dāng)前通話車廂的編號，保證正常的通訊。 控制臺語音處理模塊電路 控制臺的語音處理模塊與轎廂機(jī)的語音處理模塊均采用AMBE1000，完全一樣如圖53所示，電路也基本相同，在此就不再重復(fù)敘述。OLED顯示模塊，由于其本身沒有字庫，在程序中必須加入字庫所要用到字符代碼，也可以自己生成。圖54 OLED模塊接口 OLED module interface 控制臺鍵盤模塊設(shè)計(jì)控制臺的鍵盤模塊同樣使用和轎廂機(jī)一樣的編碼鍵盤，如圖55所示。圖56 CAN通訊模塊 CAN munication module 控制臺電源模塊電路控制臺系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)和轎廂機(jī)的電源電路主體是相同的，不同的只有兩點(diǎn)：轎廂機(jī)是由電池供給穩(wěn)壓芯片電壓的，而中繼站是直接由220V交流電經(jīng)過變壓器變壓（220V~12V）、整流橋整流、阻容濾波后得到的+12V電壓供給穩(wěn)壓芯片的；光電耦合6N137要想完全的隔離，必須將輸入與輸出的電源也分開（即分開供電），否則不能完全隔離，所以要有兩個(gè)+5V穩(wěn)壓電路。如圖58所示為中控臺主程序流程圖。在數(shù)據(jù)處理方面，控制臺要接收語音數(shù)據(jù)、播放語音數(shù)據(jù)、接收報(bào)文信息，兩組數(shù)據(jù)在系統(tǒng)周期下以特定的時(shí)序向控制臺發(fā)送，控制臺執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。例如：雷擊、繼電器開斷、可控硅的通斷、電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電磁干擾、高頻時(shí)鐘都可能成為干擾源。如：A/DD/A轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、MIC信號采集器、弱信號放大器等。減小干擾源的電壓變化率通常是在干擾源的兩極并聯(lián)電容，電容有阻礙電壓變化作用。 干擾種類及解決方法按干擾 傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到元器件的干擾。電源噪聲對單片機(jī)的影響很大，因此單片機(jī)需要在電源處加入濾波器，以便減小電源波動(dòng)對單片機(jī)的影響。4）用地線把數(shù)字信號與模擬信號隔離，數(shù)字地與模擬地不可以直接連接，最后通過電容相連接。提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下：1）在電路板布線時(shí)應(yīng)減少通路形成回環(huán)的面積，減少噪聲。7 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析系統(tǒng)的技術(shù)分析的目的就是確定所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否有價(jià)值投入生產(chǎn)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，一定得整體對架空人車的優(yōu)點(diǎn)與不足進(jìn)行了解，才能更好地設(shè)計(jì)好本系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的最終目的在于為煤礦的安全生產(chǎn)提供一定的保障措施，降低煤礦事故發(fā)生的可能性，從而提高煤礦生產(chǎn)的社會(huì)效益。我國時(shí)有煤礦事故發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此“安全第一”的原則為首要原則。最終系統(tǒng)可以通過控制臺觀察到架空人車的運(yùn)行情況是否正常、轎廂內(nèi)人員數(shù)量并且可以和轎廂內(nèi)的人員進(jìn)行語音通訊，還可以播放固定的語音訊息，如安全事項(xiàng)、通知、音樂等。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱