【正文】 。在空閑模式下，部分片內(nèi)晶振仍在工作，此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關(guān)，如外部晶振為4MHz時工作電流為12uA，外部晶振為16MHz時工作電流為32uA。這些壓縮編碼算法的壓縮速率、語音清晰度各有所長，其中美國DVSI（Digital Voice System Inc）公司提出的AMBE（Advanced MultiBand Excitation）壓縮編碼算法較為杰出。AMBE1000具有很多優(yōu)秀的獨特之處： 低硬件成本與高音質(zhì)，無需外部設(shè)備，具有比特差錯低與背景噪聲效果良好的特性，～，可自動插入舒適噪聲，也可以認為插入舒適噪聲，可選的串行與并行接口，自帶回聲抑制功能，DTMF信號的檢測與產(chǎn)生，低功耗。輸入輸出的語音數(shù)據(jù)流的格式是相同的（16bit線性的，8bit A律，8bit U律）。由于D/A轉(zhuǎn)換輸出的模擬信號電流很低，功率很小，不能直接驅(qū)動擴音器，所以在D/A芯片的輸出還需要添加一個功率放大芯片，在這個系統(tǒng)中功率放大芯片采用AB類功放芯片。幀格式和非幀格式都為了實現(xiàn)相同的功能：為壓縮語音數(shù)據(jù)提供定位信息。當工作于幀格式時，信道數(shù)據(jù)的接口可以是串行或并行。AMBE1000是一款非常優(yōu)秀的語音處理芯片；其能達到的最低壓縮速率和音質(zhì)來看，已經(jīng)達到了極為先進的水平。在沒有按鍵被按下時，U4和U6的輸入端全部由上拉電阻使電壓穩(wěn)定在高電平，按照功能表，U6的A0，A1，A2引腳輸出高電平，同時U6的GS管腳輸出高電平，由于EI低電平有效，使U4禁止工作，U4的A0，A1，A2引腳輸出高電平，所以數(shù)據(jù)口的電平一直為高，為0b 1111 1111并一直保持。電池容量為225ah的蓄電池作為轎廂機的供電電源。穩(wěn)壓器內(nèi)部還有頻率補償器和一個固定頻率振蕩器，將外部元件的數(shù)目減到最小，使用簡便，可以驅(qū)動最大為3A的負載，有優(yōu)異的線性和負載調(diào)整能力。LM1117的自身電路里包含1個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在177。 轎廂機系統(tǒng)主程序設(shè)計為實現(xiàn)轎廂機的功能，在軟件設(shè)計中一開始需要對系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)初始化包括對無線模塊nRF24L01+的初始化，語音模塊AMBE1000初始化及復位，以及MK60DN512ZVLQ10單片機I/O口等的初始化。當單片機需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先要對無線模塊寫入接收端的地址，再確定數(shù)據(jù)長度（數(shù)據(jù)不能超過32字節(jié)），當數(shù)據(jù)發(fā)送后需要等待返回應答信號，當讀取到IRQ引腳值時返回主函數(shù)，等待下一次中斷觸發(fā)。串行口的控制信號是由程序設(shè)定控制的。需要特別注意的是：壓縮后的語音數(shù)據(jù)每20ms產(chǎn)生一幀，不是連續(xù)產(chǎn)生的，每幀數(shù)據(jù)輸出完畢后，全部置零。圖318 語音芯片AMBE接收數(shù)據(jù)流程圖 AMBE voice chip to receive data flow diagram當轎廂機系統(tǒng)正常工作，并且接收到來自控制臺的通話申請求或者向控制臺發(fā)出請求通話的時候，系統(tǒng)進入語音數(shù)據(jù)處理子程序。中繼站結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。下面詳細介紹CAN接口標準。在隱性狀態(tài)（即邏輯1）時，（）近似于0。在CAN技術(shù)未得到廣泛應用之前，在測控領(lǐng)域的通信方式選擇中，大多數(shù)設(shè)計者采用RS485作為通信總線。與轎廂機相似，中繼站的電源設(shè)有+5V和+，分別為單片機、語音模塊、CAN總線物理層模以及無線模塊供電。當初始化NRF24L01+成功之后，即進入判斷狀態(tài)，單片機首先判斷進入收或發(fā)狀態(tài)，若單片機進入接收狀態(tài)，接收特定的驗證碼后，返回對應的特定的驗證碼，通知發(fā)送機接收機已經(jīng)準備好進入接收狀態(tài)了，即開始接收數(shù)據(jù)，將相應的寄存器清空，準備進入下一個數(shù)據(jù)的接收，然后依然進入讀取數(shù)據(jù)的狀態(tài)，接收完數(shù)據(jù)后，對接收的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，只需執(zhí)行相應的數(shù)據(jù)處理子程序，但需要注意的是，接收數(shù)據(jù)過程是在中斷中執(zhí)行的，在進入中斷服務程序內(nèi)，執(zhí)行相應的接收子程序。圖51 控制臺組成 Master control room system ponents控制臺系統(tǒng)各部分的關(guān)系如圖52所示。采用OLED作為顯示模塊。圖55 編碼式鍵盤Fig. 55 coding keyboard 控制臺CAN總線模塊電路控制臺通過CAN總線與中繼站通訊，用于接收由轎廂機發(fā)來的數(shù)據(jù)。當整個系統(tǒng)上電后，首先由控制臺給中繼站發(fā)送一個同步信號1，使整個系統(tǒng)的時鐘同步，中繼站收到后給控制臺和轎廂機發(fā)送同步信號2，中繼站開始系統(tǒng)周期，轎廂機和控制臺待接收到同步信號2后進入系統(tǒng)周期。典型的干擾傳播路徑是傳導耦合方式和輻射耦合方式。應注意高頻電容的布線，連接應靠近電源端盡量加粗并且要使導線短些，不然，等效于增大了串聯(lián)在電容上的電阻值，會影響濾波效果，降低抗干擾能力。切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：1）首先考慮電源干擾對單片機有什么負面影響。5）單片機和其他的大功率器件要分開共地，以較少大功率器件對單片機產(chǎn)生干擾。因此必與系統(tǒng)的運行環(huán)境、開發(fā)成本、系統(tǒng)運行成本、機械損耗、機器維護工作等方面。因此礦井的安全開采極為重要，關(guān)乎著人民安全的重要性和社會的和諧穩(wěn)定性。另外，本設(shè)計的系統(tǒng)需還有擴展功能的空間，可以在后續(xù)對轎廂內(nèi)的人員進行視頻監(jiān)控等功能，以及對轎廂機正常運行時的電壓、電流等重要信息的監(jiān)控，確保系統(tǒng)正常運行。本設(shè)計方案將轎廂、和控制臺通過無線連接起來，由于無線信號直接傳輸距離不會太遠，所以需要中繼站去中轉(zhuǎn)信號，因此將本設(shè)計分為：控制臺、中繼站、轎廂機三個部分。根據(jù)礦山井下煤礦生產(chǎn)中工人上下井過程中遇到的問題，應用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究了本礦山井下架空人車通訊系統(tǒng)有效解決有線監(jiān)控系統(tǒng)中經(jīng)常遇到的線路磨損，漏電，斷路等問題，大大提高了設(shè)備維護周期，增長了設(shè)備的使用壽命，降低了維護費用，提高煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。3）在滿足設(shè)計要求的前提下，盡量減小單片機的倍頻，可以增加單片機的穩(wěn)定性。2）如果用單片機的I/O口控制電機等高噪聲器件，在I/O口與高噪聲器件之間加入光耦隔離（增加π型濾波電路）。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，所以可以在導線上加入濾波器，將高頻干擾噪聲在傳播時就消除，有時也可以加入光耦進行隔離。抑制干擾源的原理就是盡量抑制電壓或者電流的變化率。圖59 控制臺數(shù)據(jù)處理子程序 Data processing subroutine flow chart of PC6 硬件抗干擾設(shè)計在電路設(shè)計系統(tǒng)中，為了少走彎路和節(jié)省時間，應盡量思考并且滿足抗干擾性能，為了避免在設(shè)計完成后出現(xiàn)問題而不知所措，而再去檢查補救，因為本設(shè)計是對礦井環(huán)境而設(shè)計的，現(xiàn)場環(huán)境干擾較多，對系統(tǒng)的電磁干擾較大，需要加大系統(tǒng)的電磁兼容性[16]。與轎廂機相似，控制臺系統(tǒng)的電源設(shè)有+5V和+，分別為單片機、語音模塊、CAN總線物理層模以及OLED顯示模塊顯示。功耗較小，亮度高。在工作的過程中，控制臺系統(tǒng)的全部工作都是在單片機的控制下協(xié)調(diào)工作的。=0；STX0N使能發(fā)送；STXONCCA信道估計顯示信道空閑，使能校準然后發(fā)送。當接收到CAN總線上的數(shù)據(jù)時，相應的格式轉(zhuǎn)變之后，通過無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給對應地址的轎廂機。CAN的上述特點使其成為諸多工業(yè)車庫領(lǐng)域中首選的現(xiàn)場總線。控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN），最早出現(xiàn)于20世紀80年代末，是德國Bosch公司為簡化汽車電子中信號傳輸方式并減少日益增加的信號線而提出的。CAN總線上用顯性和隱性分別表達邏輯0和邏輯1。在數(shù)據(jù)通訊中，計算機網(wǎng)絡(luò)以及分布式工業(yè)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要使用串行口通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與和傳輸。具體的中繼站同步信號產(chǎn)生將在中繼站軟件設(shè)計中介紹。在這34Bytes數(shù)據(jù)中，前10位為AMBE1000的控制字，后24位中為語音數(shù)據(jù)（壓縮率不同，語音數(shù)據(jù)位數(shù)也不同）。單片機控制程序按功能大致可以分為三部分:復位及時鐘分頻程序、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與噪聲的比例和濾波特性。當要結(jié)束通話的時候通過按鍵動作來決定是否結(jié)束通話。 轎廂機系統(tǒng)軟件的設(shè)計轎廂機系統(tǒng)主要包括語音模塊、無線模塊、按鍵模塊、功放模塊。而LM1117是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。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。表31 74LS148編碼器功能表 74LS148 encoder menuInputsOutputsEI01234567A2A1A0GSEOHHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLLLLLHLLHLLHLHLLHHLHLLHLLHHHLHHLHLLHHHHHLLLHLLHHHHHHLHLHLLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLH說明：H－高電平 L－低電平 X－任意 轎廂機人員檢測電路的設(shè)計本設(shè)計的井下架空人車的每一個轎廂可以乘坐兩個人，為了便于控制臺實時監(jiān)控每個轎廂里的乘人情況，安裝了一個獨立按鍵于轎廂的座位下面。在工作過程中，微處理器既要接收和處理CAN總線上的數(shù)據(jù)，還要對大量的語音數(shù)據(jù)進行處理和播放，工作量比較大，所以為了減少CPU的時間和資源占用，決定了采用編碼鍵盤，如圖311所示。前向糾錯數(shù)據(jù)加到語音數(shù)據(jù)中，可以使解碼器能夠糾正一定量的錯誤數(shù)據(jù)，而使數(shù)據(jù)能夠使用。 非幀格式下，編碼器的輸出數(shù)據(jù)實際是連續(xù)的聲音壓縮數(shù)據(jù)，這些壓縮數(shù)據(jù)中不僅包含了語音數(shù)據(jù)，還包含了幀的數(shù)據(jù)信息。AMBE1000正常工作時，每20ms輸出一幀壓縮數(shù)據(jù)，壓縮后的數(shù)據(jù)送給AMBE1000的進行解碼操作。A/DD/A芯片的選擇對本系統(tǒng)的語音通訊的音質(zhì)有著極為重要的影響。編碼器與解碼器接口的時序是完全異步的，完全獨立。AMBE1000的這些特性使它非常適合于語音通信、語音存儲以及其它需要對語音進行數(shù)字處理的場合，也正是這款芯片被廣大產(chǎn)品應用的原因。 轎廂機語音模塊設(shè)計語音處理模塊的框圖如圖36所示，其中AMBE1000是語音處理模塊的核心，是數(shù)字化語音通訊的主要模塊。當微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，把CE置高；nRF24L01+射頻前端被激活；所有的射頻協(xié)議必須在微控制器程序中進行處理(包括字頭、地址和CRC校驗碼)。這使得nRF24L01+能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和CRC校驗碼；（2）地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。nRF24L01++是單片射頻收發(fā)芯片，～ ISM頻段，芯片內(nèi)置了頻率合成器部分、功率放大器部分、晶體振蕩器部分和調(diào)制器部分等功能模塊，輸出功率和通訊通道可通過程序進行配置。主控制器模塊外圍電路如圖33所示。MK60DN512ZVLQ10是CortexM4系列的ARM，內(nèi)部的數(shù)據(jù)是32位的，寄存器是32位的，存儲器接口也是32位的。3 轎廂機系統(tǒng)設(shè)計 轎廂機結(jié)構(gòu)設(shè)計轎廂機系統(tǒng)安裝在架空的乘人轎廂中，車內(nèi)的人員通過轎廂機系統(tǒng)與井上控制臺人員通訊。另外，為了提供更好的人機交互界面和方便的可操作性，轎廂內(nèi)部還設(shè)有有按鍵部分。在地面控制室安裝控制臺，地面人員通過控制臺和轎廂內(nèi)人員進行語音通訊，并監(jiān)控各個轎廂運行狀況。GPRS采用分組交換技術(shù)，在數(shù)據(jù)業(yè)務的承載和支持上具有顯著的優(yōu)勢，每個用戶可同時占用多個無線傳輸通道，同一無線傳輸通道又可支持由多個用戶互相共享，能將無線網(wǎng)絡(luò)上的信息資源利用的更加充分，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸；支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，理論最快速度可達170Kbps；按數(shù)據(jù)流量計費的計算方式更加靈活；GPRS還支持在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進行語音通話。藍牙是取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無線通訊技術(shù)，可以同時進行數(shù)據(jù)、語音、圖像等傳輸，傳輸速率可達到10Mb/s，使得在其范圍內(nèi)的各種信息化設(shè)備都能實現(xiàn)無縫資源共享。無線局域網(wǎng)現(xiàn)主要應用在遠程視頻傳輸、安防管理系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)自動化、醫(yī)療/實驗儀器聯(lián)網(wǎng)自動化、工業(yè)/流程聯(lián)網(wǎng)控管等領(lǐng)域。，也可以在普通局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過無線Hub、無線接入站、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(wǎng)卡等來實現(xiàn)，在這些方法中，工業(yè)現(xiàn)場以無線網(wǎng)卡使用最為普遍。6）安全性：Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。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。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)拓撲結(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下能夠充分的彌補有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進一步完善了工業(yè)控制的通訊性能。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。架空人車系統(tǒng)的安全性能遠高于斜井機，功率遠小于斜井機，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用前景，架空人車系統(tǒng)也會給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。架空人車系統(tǒng)安裝的適應性強，可以在大傾角、長距離及復雜變坡巷道環(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。本系統(tǒng)就是應生產(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)。轎廂機即為原有的礦井架空人車，在車內(nèi)安裝轎廂機系統(tǒng)使其能與中繼站通過NRF24L01+無線模塊通訊。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)送轎廂機與控制臺數(shù)據(jù)。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