【正文】 單片機(jī)控制程序按功能大致可以分為三部分 :復(fù)位及時(shí)鐘分頻程序 、鎖相環(huán)倍頻程序 、 發(fā)送 /接收 程序 、數(shù)據(jù)處理等 。另外也要考慮這些器件的 信號(hào)與噪聲的比例 和濾波特性。當(dāng)要結(jié)束通話的時(shí)候通過按鍵動(dòng)作來決定 是否結(jié)束通話 。 26 轎廂機(jī) 系統(tǒng) 軟件 的 設(shè)計(jì) 轎廂機(jī)系統(tǒng)主要包括語音模塊、無線模塊、按鍵模塊、功放模塊。其壓差在 輸出，負(fù)載電流為 800mA時(shí)為 。 人員檢測(cè) 1 人員檢測(cè) 2 25 由于單片機(jī)是 供電，若接通的電源電壓過高或反接，則會(huì)導(dǎo)致單 片機(jī)燒毀，故需要過電流保護(hù)電路，防止反接或電壓過高導(dǎo)致單片機(jī)燒毀。 轎廂機(jī) 人員檢測(cè)獨(dú)立 按鍵電路 如圖 313 所示 。 圖 311 編碼鍵盤原理圖 Schematic coding keyboard 74LS148 是 8 線 3 線優(yōu)先編碼器，管腳圖如圖 312 所示。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。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。 AMBE1000 的格式有幀格式和非幀格式。選擇芯片時(shí)要特別注意 信號(hào)與噪聲的比例， 以及濾波器的頻率響應(yīng) 是否夠快 。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。它采用先進(jìn)的 AMBE 壓縮算法，壓縮速率最低可達(dá) 。 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(hào)放大，再通過喇叭 播放 出去。 （ 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(qǐng)參考本文的器件配置部分。 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。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)。 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。 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。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(tái) 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。 主 控 制 器 模 塊無線通信模塊語 音 處 理 模 塊電源模塊鍵 盤 輸 入 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(tái) 和轎廂機(jī)間的 紐帶，用于傳輸控制臺(tái) 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(hào)并讀出其中的數(shù)據(jù)，然后再經(jīng) CAN 總線將接收 10 的數(shù)據(jù)發(fā)送給 控制臺(tái) 。 上 位 機(jī)節(jié) 點(diǎn) 機(jī) 2 節(jié) 點(diǎn) 機(jī) 3節(jié) 點(diǎn) 機(jī) 1 節(jié) 點(diǎn) 機(jī) N? ? ?轎 廂 1 轎 廂 5 轎 廂 N? ? ?? ? ? 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 整體 框圖 All system block diagram 車廂與上控制臺(tái) 通過 中繼站收發(fā) 無線信號(hào)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(qǐng)求相關(guān) 指令 ，控制 臺(tái) 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。 8 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(duì)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。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。從提出該技術(shù) 至今 ，藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展 極其 迅速。 持廣播的拓?fù)?： 多個(gè) RS232 工業(yè)設(shè)備可組成對(duì)等 的 網(wǎng)絡(luò)， 互相通訊 。典型的產(chǎn)品和 5 應(yīng)用為： 20xx 年 Honeywell 推出的基于 ZigBee 協(xié)議 的 無線變送器 XYR 5000 系列；OMRON 的無線鏈接 Device Net 現(xiàn)場(chǎng)總線 主機(jī) WD30ME 和 從機(jī) WD30SE；德國 schild knecht 公司推出的無線 ProfibusDP 產(chǎn)品 DE 3000 系列； ABB 在瑞典的 Boliden 加工廠利用 Ember 協(xié)議 的無線技術(shù)進(jìn)行的無線通信評(píng)估試驗(yàn)。 3）網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)可以容納一個(gè)主 機(jī) 設(shè)備和最多 65536 個(gè)從 機(jī) 設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)最多可以同時(shí)存在 100 個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)。無線通訊技術(shù) 已經(jīng) 成為現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)后工業(yè)控制領(lǐng)域的又一個(gè) 全新領(lǐng)域 ，國際主流自動(dòng)化供應(yīng)商與專業(yè) 生產(chǎn) 廠商所推出的無線 通訊 產(chǎn)品層出不窮，而近 幾年來的 工業(yè) 重點(diǎn)是無線局域網(wǎng)技術(shù)與中、短程無線通訊網(wǎng)絡(luò)。 礦山井下無線通訊技術(shù)概述 無線通訊技術(shù)的發(fā)展歷程 遠(yuǎn)距離無線 通信 已經(jīng)有一百多年的歷史，可以追溯到 1901 年馬可尼將電報(bào) 信息 發(fā)送到 一千八百 英里外的大西洋彼岸。架空人車系統(tǒng)的電機(jī)與轎廂實(shí)景圖如圖 11 所示 。 2 1 礦山井下架空人車及無線通訊技術(shù)概述 礦山井下架空人車簡介 礦山 井下架空人車 系統(tǒng)， 是煤礦 井下人員 運(yùn)輸設(shè)備，負(fù)責(zé) 運(yùn)輸煤礦工作人員 上下 礦井 或遠(yuǎn)距離 運(yùn)輸人員使用。為了提高工作效率，減少工人的體力消耗，在礦山井下建設(shè)架空人車系統(tǒng)是非常重要的。 控制臺(tái)安裝 在地面， 配有 顯示模塊， 通過 CAN 總線 與 中繼站 通訊 ，在 與 指定 轎廂機(jī) 語音 通話的 同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控 其余轎廂的 運(yùn)行狀況。 本設(shè)計(jì)礦山 井下架空人車 通訊監(jiān)控 系統(tǒng) 主要 分為：轎廂機(jī)、 中繼站和控制臺(tái)三個(gè) 部分。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高 ,“安全”這個(gè)詞匯已經(jīng)深入人心，人們已經(jīng)對(duì)生活和生產(chǎn)中的安全問題加大了重視，生產(chǎn)安全也一度被定為最熱的話題。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(duì)電能的節(jié)省效果非常明顯，在礦山井下人員運(yùn)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(huì)給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。架空人車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、能夠連續(xù)工作、可多轎廂同時(shí)工作，運(yùn)輸效率更高。 而很少有 對(duì)轎廂內(nèi)人員進(jìn)行 監(jiān)控 和語音通信的控制系統(tǒng)。這種基于無線技術(shù)的 新型 智能傳感器，使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過無線 線路 直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。 （ 1）無線 通訊 傳感器網(wǎng)絡(luò)（ Sensor Networks） 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層無線 通 訊技術(shù) 迅速進(jìn)入 工業(yè)控制 領(lǐng)域，其中一個(gè) 技術(shù)核心 是現(xiàn)場(chǎng)總線和無線 通訊 技術(shù)的結(jié)合。為了可靠傳遞，提供 全面的 握手協(xié)議。無線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的 RS232 串口 通訊 信號(hào)與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號(hào) 之間進(jìn)行 相互轉(zhuǎn)換，符合無線局域網(wǎng) IEEE 和以太網(wǎng)絡(luò) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò) 通訊 協(xié)議， 高效 的 解決 了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng) 通訊問題 。 較 廣：無線局域網(wǎng)在開放空間覆蓋半徑 可達(dá) 達(dá) 550 米，室內(nèi)一般覆蓋半徑為 300400 米，通過室外無線設(shè)備傳輸距離可以達(dá)到幾十公里 ，可是同樣存在著缺點(diǎn)，那就是無限信號(hào)的穿 6 墻能力弱 。國內(nèi)的一些生產(chǎn)廠家與研究部門也準(zhǔn)備開始組織藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品的 研發(fā) 。 GPRS 目前支持 TCP/IP 和 業(yè)務(wù)、 GPRS 空中接口加密、 GPRS 附加業(yè)務(wù)、增強(qiáng)型短信業(yè)務(wù)、 GPRS 分組數(shù)據(jù)計(jì)費(fèi) 等等，其中最顯著的是 TCP/IP 和 功能，可以通過 TCP/IP 和 提供電子郵件、 WWW 7 瀏覽、專用數(shù)據(jù)、 LAN 接入等業(yè)務(wù)。 中繼站安裝 在轎廂 運(yùn)行 的巷道內(nèi)， 將 轎廂機(jī)的數(shù)據(jù) 通過無線接收到中繼站，再將接收到的數(shù)據(jù)通過 CAN 總線傳輸?shù)娇刂婆_(tái) 。在這 部分 中主要分為無線通訊 模塊，語音 編解碼 模塊 ， 電源模塊 以及主控制器 。 主 控 制 器 模 塊LCD顯示4 8 5 總 線 網(wǎng)絡(luò) 通 訊語 音 通 訊 與處 理 模 塊鍵 盤 控 制 模 塊 圖 25 控制臺(tái)系統(tǒng) 組成 Control room system ponents 上述為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，下面主要對(duì)轎廂機(jī)，中繼站和 控制臺(tái) 三部分進(jìn)行介紹。 MK60DN512ZVLQ10 單片機(jī)是 Freescale 半導(dǎo)體公司自主設(shè)計(jì)并制造的 32 位高性能通用 嵌入式 微處理器 。 圖 32 主控芯片 MK60DN512ZVLQ10 Master chip MK60DN512ZVLQ10 雖然 MK60DN512ZVLQ10 將 CPU、 ROM、 RAM 以及 IO 統(tǒng)統(tǒng)集成在一個(gè)集成電路芯片中，但 仍然需 要一些 匹配的 外部電路 。本 設(shè)計(jì) 無線通訊模塊 采用 nRF24L01+模塊。 ShockBurstTM 的配置字可以分為以下四個(gè)部分： （ 1） 數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。 nRF24L01+無線模塊的模式介紹： （ 1）直接收發(fā)模式 在直接收發(fā)模式下， nRF24L01+如傳統(tǒng)的射頻收發(fā)器一樣工作。關(guān)機(jī)模式下，配置字的內(nèi)容也會(huì)被保持在 nRF24L01+片內(nèi)，這是該模式與斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。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。 同理 ，解碼器接收數(shù)據(jù)并合成語音數(shù)據(jù)。 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?；镜男诺澜涌?有串行口 和 并行口 ， 有兩種工作模式， 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 。 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)。 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)。 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。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。 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 ，分別 輸 出 5V 電壓和 電壓 。 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。1%以內(nèi)。在完成相應(yīng)的初始化程序之后， CPU進(jìn)入 while 主循環(huán)工作。 當(dāng)無線模塊 接收 到 數(shù)據(jù)時(shí)， 先讀取 第一個(gè)字節(jié)的 數(shù)據(jù)， 再判斷數(shù)據(jù)類型 并將其轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)， 然后根據(jù)數(shù)據(jù)類型 進(jìn)行相應(yīng)處理 ， 28 等數(shù)據(jù)處理結(jié)束后自動(dòng)返回 主函數(shù)， 等待下一次 中斷觸發(fā) 。最 方便簡單 的辦法就是向 AMBE1000 輸入 ID=0x03 的命令 幀來設(shè)置控制信號(hào)，使用者可以對(duì) SIOC 寄存器 進(jìn)行配置。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)。 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 。 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) 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。 LM1117 還可 提供電流限制和熱保護(hù)。 穩(wěn)壓器內(nèi)部還有頻率補(bǔ)償器和一個(gè)固定頻率振蕩器，將外部元件的數(shù)目減到最小，使用簡便 ，可以 驅(qū)動(dòng) 最大為 3A 的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和 負(fù)載調(diào)整能力。這個(gè)參數(shù)的電池足夠滿足轎廂機(jī)的供電設(shè)計(jì)需求，可實(shí)現(xiàn)轎廂機(jī)長時(shí)間的 供電。當(dāng)有按鍵被按下時(shí)， 加入 S1 按鍵被 按下， U6 的 3 號(hào)引腳與接地電阻 R18 導(dǎo)通 ，雖然此時(shí)引腳上有一定電壓，但是 因?yàn)?上拉電阻較大， 3 號(hào) 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(hào)腳輸入低電平，按照 真值 表 A0， A1， A2輸出為 0b 001，同時(shí) U6 的 GS 輸出低電平，使能 U4。這使得它得到了