【正文】 而且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中控制，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。為進(jìn)一步提高運(yùn)人纜車運(yùn)行與管理的現(xiàn)代化水平和操作的安全性能，應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和通訊技術(shù)，進(jìn)行了基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下架空人車監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。0圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖組態(tài)王人機(jī)界面：將窗體、命令按鈕、文本框、選擇框等對(duì)象按照用戶的需要有機(jī)的組合在一起。并且所有的編碼和解碼操作都能在芯片內(nèi)部完成，不需要額外的存儲(chǔ)器。此外在與節(jié)點(diǎn)機(jī)連接時(shí)，需要一個(gè)接口轉(zhuǎn)換電路。它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。為了適應(yīng)這種現(xiàn)實(shí)情況，很有必要使用USB到RS485，I2C，SPI的轉(zhuǎn)換技術(shù)，同時(shí)提供這三種接口來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與帶有此接口的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。它是一種應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，在微機(jī)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以熱插拔；攜帶方便；標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；可以連接多個(gè)設(shè)備。這樣，可以通過(guò)USB接口轉(zhuǎn)換成RS485總線與遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。CP2101 是一種高度集成的USB轉(zhuǎn)UART橋接器,提供一個(gè)使用最小化的元件和PCB空間實(shí)現(xiàn)UART轉(zhuǎn)USB的簡(jiǎn)便的解決方案。SUSPEND和/SUSPEND在一個(gè)CP2101復(fù)位后也會(huì)輸出，直到在USB要求的器件配置完成。注意對(duì)于連接到同一個(gè)PC 機(jī)的多個(gè)CP2101的設(shè)備，需要惟一的序列號(hào)。當(dāng)主機(jī)沒有發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CP2101的TxD引腳處于空閑狀態(tài)，為高電平，經(jīng)反相后為低電平，此時(shí)接收允許信號(hào)/RE有效，主機(jī)可以接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從RO引腳輸入到CP2101RxD引腳。如果在微機(jī)上安裝了Microsoft Visual Basic，則MSCOMM控件已經(jīng)自動(dòng)安裝，否則需要手動(dòng)安裝。當(dāng)接收緩沖區(qū)字符數(shù)大于這個(gè)閾值時(shí)，將觸發(fā)OnComm事件。主控芯片為意法半導(dǎo)體CortexM3系列的STM32F103RBT6。并且所有的編碼和解碼操作都能在芯片內(nèi)部完成，不需要額外的存儲(chǔ)器。編碼器接收8KHZ采樣的語(yǔ)音數(shù)據(jù)流（16bit線性，8bit A律，8bit U律）并以一定的速率輸出信道數(shù)據(jù)。 圖53 語(yǔ)音后處理電路CSP1027S是D/A轉(zhuǎn)換芯片，其主要作用如下所述。 常規(guī)操作時(shí)，每20ms編碼器輸出一幀編碼過(guò)的數(shù)據(jù)，解碼器需接收到這樣的數(shù)據(jù)。這些信息可以很具體，但至少要滿足用于重構(gòu)的要求?？偟木幋a數(shù)據(jù)由兩部分組成：語(yǔ)音數(shù)據(jù)和前向糾錯(cuò)數(shù)據(jù)。 電源模塊電源模塊原理如圖55所示。以改變調(diào)整元件(或開關(guān))的通斷時(shí)間比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，從而達(dá)到穩(wěn)壓。電源濾波電路濾去電源中的紋波，可保證電源供電的穩(wěn)定性。因此，監(jiān)控組態(tài)軟件具有很高的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度，是自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)入高端應(yīng)用、擴(kuò)大市場(chǎng)占有率的重要橋梁。（2）組態(tài)軟件的開放性隨著管理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的普及，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。因此，大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語(yǔ)言的支持。（4）組態(tài)軟件的控制功能隨著以工業(yè)PC為核心的自動(dòng)控制集成系統(tǒng)技術(shù)的日趨完善和工程技術(shù)人員的使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對(duì)組態(tài)軟件的要求已不像過(guò)去那樣主要側(cè)重于畫面，而是要考慮一些實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用功能，如軟件PLC，先進(jìn)控制策略等。因此，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與組態(tài)王的數(shù)據(jù)通訊是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。 自定義變量為了與節(jié)點(diǎn)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)與圖像畫面進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，這里需要自己定義變量。（1）背景畫面背景畫面是對(duì)井下的情況大體的模擬，對(duì)架空人車的運(yùn)行環(huán)境有個(gè)簡(jiǎn)單的體現(xiàn)，同時(shí)也是為了讓畫面更加美觀立體而設(shè)計(jì)的。圖37 架空人車運(yùn)行主畫面 報(bào)警畫面報(bào)警是系統(tǒng)運(yùn)行中的重要組成部分，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生各類故障在所難免。在出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，只有維修人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步確認(rèn)故障原因且處理故障，并確保設(shè)備正常后，才能由操作人員在監(jiān)控畫面上手動(dòng)點(diǎn)擊“故障復(fù)位”按鈕關(guān)閉該畫面，并重新啟動(dòng)設(shè)備。圖 310 人員乘坐狀態(tài)畫面此畫面不需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控，可由工作人員在架空人車運(yùn)行主畫面上的“人員畫面監(jiān)控切換”按鈕手動(dòng)切換，進(jìn)入該畫面后可由此畫面中“退出”按鈕退出此畫面。也可以通過(guò)修改系統(tǒng)變量“$啟動(dòng)后臺(tái)命令語(yǔ)言”的值來(lái)實(shí)現(xiàn)上述控制，該值置0時(shí)停止執(zhí)行，置1時(shí)開始執(zhí)行。彈起時(shí)：當(dāng)鼠標(biāo)在該按鈕上彈起時(shí)，或與該連接相關(guān)聯(lián)的熱鍵彈起時(shí)執(zhí)行一次。本設(shè)計(jì)中多次用到命令語(yǔ)言連接，繼續(xù)以“人員監(jiān)控畫面切換”按鈕進(jìn)行舉例說(shuō)明，如圖314所示。對(duì)不同類型的圖形對(duì)象彈出的對(duì)話框大致相同。值輸出：只有文本圖形對(duì)象能定義三種值輸出連接中的某一種。按動(dòng)任一按鈕彈出相應(yīng)連接對(duì)話框。按動(dòng)相應(yīng)按鈕彈出連接的命令語(yǔ)言對(duì)話框。在連接表達(dá)式中不允許出現(xiàn)賦值語(yǔ)句，表達(dá)式的值在“組態(tài)王”運(yùn)行時(shí)計(jì)算。小于*乘法/除法％模運(yùn)算＋加法－減法（雙目）amp。安全區(qū)：此編輯框用于設(shè)置被連接元素的操作安全區(qū)。用戶輸入：所有的圖形對(duì)象都可以定義為三種用戶輸入連接中的一種，輸入連接使被連接對(duì)象在運(yùn)行時(shí)為觸敏對(duì)象。線類型的圖形對(duì)象可定義線屬性連接，填充形狀的圖形對(duì)象可定義線屬性、填充屬性連接，文本對(duì)象可定義文本色連接。這樣，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，當(dāng)它們發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)I/O接口，將引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的變化，數(shù)據(jù)庫(kù)中的變化發(fā)生變化以后，圖像畫面將發(fā)生相應(yīng)的變化。其用法與其它命令語(yǔ)言編輯器用法相同。這時(shí)可以使用動(dòng)畫連接命令語(yǔ)言。各種命令語(yǔ)言通過(guò)“命令語(yǔ)言編輯器”編輯輸入，在“組態(tài)王”運(yùn)行系統(tǒng)中被編譯執(zhí)行。同時(shí)人機(jī)界面顯示窗口“重錘下限”標(biāo)簽和報(bào)警燈閃爍。（2）在有人員需要上行或下行時(shí)，按下安裝在廂道中的乘車請(qǐng)求按鈕，系統(tǒng)正常停止，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提示欄顯示“系統(tǒng)正常停止”。索道只需要組態(tài)王中簡(jiǎn)答的線條工具就可實(shí)現(xiàn)。使用工程管理器新建一個(gè)組態(tài)王工程后，進(jìn)入組態(tài)王工程瀏覽器，新建組態(tài)王畫面。 圖31 串口設(shè)備配置 變量的定義人機(jī)界面需要與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況實(shí)時(shí)同步，所以需要與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在這里組態(tài)王把這些進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)定義為變量。在保證基本功能的基礎(chǔ)上對(duì)畫面進(jìn)行美化。（3）對(duì)Internet的支持程度現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨向國(guó)際化、分布式的生產(chǎn)方式。 特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)采集方式大多數(shù)組態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進(jìn)行配置。本設(shè)計(jì)主要完成用組態(tài)王軟件構(gòu)建上位機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，為用戶提供更方便可靠控制操作界面，方便其對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集與控制。因此本系統(tǒng)選用此電源模塊。穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管。圖56 電源電路電源部分供電電壓是交流220V電壓，當(dāng)交流供電電源的電壓或輸出負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。圖54 語(yǔ)音處理模塊語(yǔ)音處理模塊如圖54所示。同時(shí)，非幀格式下，每幀只指定一位用于數(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)齊位才能達(dá)到更高的性能（用幀格式就能很容易實(shí)現(xiàn)）。 幀格式和非幀格式兩種格式都是為了實(shí)現(xiàn)相同的功能：為編碼數(shù)據(jù)流提供定位信息。選擇芯片時(shí)要特別注意信噪比以及濾波器的頻率響應(yīng)特性。也就是說(shuō)在 20ms時(shí)間內(nèi)，除了讀 1幀或?qū)?1幀數(shù)據(jù)外，處理器還有大量的時(shí)間做其它的事。它采用先進(jìn)的 AMBE壓縮算法。圖51 主控電路 語(yǔ)音處理模塊的設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)語(yǔ)音構(gòu)成的分析，應(yīng)運(yùn)而生了多種對(duì)音頻信號(hào)的壓縮編碼算法，如CELP、RELP、VSELP、MPMLQ、LPCMBE等，它們通過(guò)不同的算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)的壓縮。這樣與轉(zhuǎn)換器通訊就和串口通訊的操作相同。 也可以打開和關(guān)閉端口。CYGNAL公司提供的免費(fèi)的驅(qū)動(dòng)程序把連接在USB總線上的CP2101作為一個(gè)虛擬的串口, 因此對(duì)CP2101的操作就與操作一個(gè)串口一樣簡(jiǎn)單?！AX1483功能說(shuō)明MAX1483是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗RS422/485與UART轉(zhuǎn)換器件。UART支持RTS/CTS，DSR/DTR 和X2On/ X2Off 握手協(xié)議。CP2101中的USB功能控制器符合全速(12Mbps),并且集成了USB收發(fā)器和片內(nèi)相應(yīng)的上拉電阻。由CP2101輸出的UART信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)集成器件MAX1483，因此在CP2101 與MAX1483 之間再加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片1G07，詳細(xì)的電路圖如圖42。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200 mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在1000m以外得到恢復(fù) RS2485在19kpbs下能傳輸1200m ，用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。4 接口轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)在微機(jī)領(lǐng)域中，USB是最流行的串行數(shù)據(jù)總線，而在工業(yè)控制領(lǐng)域中，RS485無(wú)疑是目前最流行不過(guò)的串行通訊總線了。由于其支持熱插拔且數(shù)據(jù)傳輸速度越來(lái)越快的優(yōu)點(diǎn)，USB已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。