【正文】 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(duì)nRF24L01+進(jìn)行發(fā)送接收的 控制。語音芯片的發(fā)送流程圖如圖 317 所示。 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(hào)的頻率，使其按照 單片機(jī) 的要求工作。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 。 無 線 模 塊 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 子 程 序?qū)?入 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 地 址寫 入 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 長(zhǎng) 度發(fā) 送 數(shù) 據(jù)等 待 應(yīng) 答 信 號(hào)讀 取 R S S I 值返 回 到 主 函 數(shù)無 線 模 塊 接 收 數(shù) 據(jù) 子 程 序讀 取 第 一 個(gè) 字 節(jié) 數(shù) 據(jù)判 斷 數(shù) 據(jù) 類 型轉(zhuǎn) 移 數(shù) 據(jù) 至 存 儲(chǔ) 區(qū)根 據(jù) 信 號(hào) 類 型做 相 應(yīng) 處 理返 回 到 主 函 數(shù) 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(hào) 的模擬量 與 AMBE1000 芯片之間要通過 A/DD/A 芯片來連接。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。 在電源設(shè)計(jì)這部分，選擇了 LM1117 系列輸出為 + 的穩(wěn)壓器。 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(jiǎn)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。故 本設(shè)計(jì)采用了 LM25765V 和 兩種 穩(wěn)壓芯片， 分別輸出 5V 和 兩路電壓。 表 31 74LS148 編碼器功能表 74LS148 encoder menu Inputs Outputs EI 0 1 2 3 4 5 6 7 A2 A1 A0 GS EO H H H H H H L H H H H H H H H H H H H L L L L L L L H L L H L L H L H L L H H L H L L H L L H H H L H H L H L L H H H H H L L L H 24 L L H H H H H H L H L H L L H H H H H H H H L L H L L H H H H H H H H H H L H 說明： H－高電平 L－低電平 X－任意 轎廂機(jī) 人員檢測(cè)電路 的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) 的井下架空人車 的 每一個(gè)轎廂可以乘坐兩個(gè)人，為了便于 控制臺(tái) 實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)轎廂 里 的乘人情況，安裝了 一個(gè)獨(dú)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 22 處理 CAN 總線上的 數(shù)據(jù)，還要對(duì)大量的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 和播放 ，工作量比較大，所以為了 減少 CPU 的時(shí)間和資源 占用 ，決定 了 采用編碼鍵盤，如圖 311 所示。前向糾錯(cuò)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(cuò)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(shí)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(shí)，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(jìn)行解碼操作。 A/DD/A 芯片的選擇對(duì) 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(shí)序是完全異步的 ，完全獨(dú)立 。 AMBE1000 的 這些特性使它非常適合于語音通信、語音存儲(chǔ)以及其它需要對(duì)語音進(jìn)行數(shù)字處理的場(chǎng)合 ，也正是這款芯片被廣大產(chǎn)品應(yīng)用的原因 。 轎廂機(jī)語音模塊設(shè)計(jì) 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) 17 字化語音通訊的主要模塊。 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，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(jìn)行處理 (包括字頭、地址和 CRC 校驗(yàn)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(yàn)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，工作于 ～ 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(jìn)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(chǔ)器接口也是 32位的。 11 3 轎廂機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 轎廂機(jī)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 轎廂機(jī)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(jī)系統(tǒng)與井上控制臺(tái)人員通訊。另外，為了提供 更好的 人機(jī)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(tái)， 地面人員通過 控制臺(tái) 和轎廂內(nèi) 人員進(jìn)行語音 通訊，并監(jiān)控 各個(gè) 轎廂運(yùn)行狀況。 GPRS 采用分組交換技術(shù)，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有 顯著的 優(yōu)勢(shì)，每個(gè)用 戶可同時(shí)占用多個(gè)無線 傳輸通道 ，同一無線 傳輸通道 又可支持 由多個(gè)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(dá) 170Kbps；按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)的 計(jì)算 方式更加靈活； GPRS 還支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行語音通話。 藍(lán)牙是取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無線 通訊 技術(shù)，工作頻段是全球開放的 民用的 頻段，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù) 、 語音 、圖像等 傳輸，傳輸速率可達(dá)到 10Mb/s，使得在其范圍內(nèi)的各種信息化設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)無縫資源共享。 無線局域網(wǎng) 現(xiàn)主要應(yīng)用在遠(yuǎn)程視頻傳輸、安防管理系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化、醫(yī)療 /實(shí)驗(yàn)儀器聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化、工業(yè) /流程聯(lián)網(wǎng)控管等領(lǐng)域。 無線網(wǎng) 通訊 協(xié)議可采用 來實(shí)現(xiàn)點(diǎn) 一對(duì)一的無線 傳輸方式或采用 實(shí)現(xiàn) 多對(duì)一的無線 傳輸方式，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(shí)現(xiàn)， 在這些方法中，工業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)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(shí)各個(gè)應(yīng)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(diǎn)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(dòng)機(jī)器人 控制以及各種自動(dòng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在 4 一些特殊環(huán)境下 能夠充分的 彌補(bǔ)有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)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(jì) 一個(gè) 通訊 監(jiān)控系統(tǒng) 讓控制臺(tái)人員 和 轎廂內(nèi)人員 保持實(shí)時(shí)聯(lián)系 。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)安裝的適應(yīng)性強(qiáng)，可以在大傾角、長(zhǎng)距離及復(fù)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(jiǎn)單、維護(hù)方便、一次性投資低、動(dòng)力消耗小、可 節(jié)約運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)。 本系統(tǒng)就是應(yīng)生產(chǎn)生活的需要，本著“安全第一” 的原則，對(duì)礦井中實(shí)際遇到的問題和難題而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。轎廂機(jī) 即為 原有的 礦井 架空人車 ， 在車內(nèi) 安裝 轎廂機(jī)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(yùn)行 的巷道 內(nèi) ， 以一定距離分布用于接收 或 發(fā) 送轎廂機(jī)與控制臺(tái) 數(shù)據(jù)。在過去的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，礦山井下的巷道是沒有可以載人通行的車輛的，工人需要徒步上下礦井，這大大的增加了工人的體力消耗，也降低了生產(chǎn)效率，給生產(chǎn)工作帶來了很大的不便。大量礦井采用的都是斜井機(jī)運(yùn)輸，不僅工作效率，更重要的 是 影 響 行 車 安 全 的 因 素 多 ， 運(yùn) 行 和 維 護(hù) 成 本 高 。架空人車系統(tǒng)安裝的適應(yīng)性強(qiáng)，可以在大傾角、長(zhǎng)距離及復(fù)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(jiǎn)單、維護(hù)方便、一次性投資低、動(dòng)力消耗小、可節(jié)約運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)。通過 監(jiān)控控制系統(tǒng) 實(shí)時(shí) 了解 轎廂 內(nèi)部的情況，以方便做出相應(yīng)的 調(diào)整， 保證架空人車的正常運(yùn)行。 無線通訊技術(shù)尤 中 移動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展，給無線通訊技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用 提供 了 堅(jiān)實(shí)的 技術(shù) 基礎(chǔ)，從上世紀(jì) 80 年代就 普遍 應(yīng)用的電臺(tái)與遠(yuǎn)程 RTU，到近幾年開始崛起的各種 國際 標(biāo)準(zhǔn)的中、短程無線通訊技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù) 已經(jīng) 逐漸滲透入工業(yè)控制領(lǐng)域中了 。 2）數(shù)據(jù)傳輸可靠性高：采用了避免 碰撞 機(jī)制 技術(shù) ，同時(shí)為需要固定帶寬的 通訊 業(yè)務(wù)預(yù)留了專用 通道 ，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突 ，減少了錯(cuò)誤和亂碼的幾率 。 7）實(shí)現(xiàn)成本低：模塊的 硬件 成本較低。 有線固定網(wǎng)絡(luò) 與 無線局域網(wǎng) 相比之下， 無線 局域網(wǎng)組建自動(dòng)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò) 更有優(yōu)勢(shì) ： 控制 網(wǎng)絡(luò) 的 應(yīng)用：支持 RS232 工業(yè)設(shè)備 一對(duì)一 的連接。 （ 3）藍(lán)牙 無線 技術(shù) (Bluetooth) 藍(lán)牙 無線通訊技術(shù) 是由東芝、愛立信、 IBM、 Intel和諾基亞于 1998 年， 共同提出 的近距離無線數(shù)字 通訊 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用 極其 廣泛且 富有 潛力。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際情況采用 Zigbee 無線通訊技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn) 架空人車 系統(tǒng)的監(jiān)控 、 控制 、語音通訊等 功能。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的整體 框圖 如圖 21 所示 。 圖 23 為轎廂機(jī)系統(tǒng)的組成。轎廂 作為被監(jiān)控的對(duì)象，是整個(gè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的主要組成部分。 MK60DN512ZVLQ10 采用哈佛結(jié)構(gòu)，擁有獨(dú)立的指令總線和數(shù)據(jù)總線，可以讓取指與數(shù)據(jù)訪問并行進(jìn)行，大大提高運(yùn)算速度。包括電源 供電 指示燈電路，晶振 時(shí)鐘 電路，復(fù)位電路以及 JTAG 程序下載電路 。芯片能耗非常低，以 5dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有 ，接收時(shí)工作電流只 14 有 18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。這使得 nRF24L01+能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)； （ 3） 地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道 1 的地址和通道 2 的 地址； （ 4） CRC：使 nRF24L01+能夠生成 CRC 校驗(yàn)碼和解碼。 直接接收模式 一旦 nRF24L01+被配置為直接接收模式， DATA 引腳 將根據(jù)天線接收到的信號(hào)開始高低變化 (由于噪聲的存在 )； CLK1 引腳 也開始工作；一旦接收到有效的字頭， CLK1 引腳和 DATA 引腳將協(xié)調(diào)工作，把 射頻數(shù)據(jù)包以其被發(fā)射時(shí)的數(shù)據(jù)從 DATA 引腳送給微控制器；這頭必須是 8 位； DR 引腳 沒用上，所有的地址和 CRC 校驗(yàn)必須在微控制器內(nèi)部進(jìn)行。當(dāng) 壓縮語音數(shù)據(jù) 時(shí)，它 可以 通過話筒采集語音信息，將 語 音信息 壓縮，然后被主控制芯片 K60 讀取 并儲(chǔ)存 。 18 圖 37 AMBE1000 芯片 AMBE1000 chip AMBE1000 是 Digital Voice Systems 公司的語音編 /解碼芯片，用來實(shí)現(xiàn)雙工的語音編碼 /解碼等 功能，能實(shí)現(xiàn) 較 低傳輸速率 要求 下 的 高質(zhì)量通話。 AMBE1000 讀寫一幀數(shù)據(jù)所需的時(shí)間遠(yuǎn)小于 20ms，在 20ms 間隔 內(nèi)， 單片機(jī)除了能夠 讀 取 1 幀或?qū)?入 1 幀數(shù)據(jù)外，還有大量的時(shí)間 處理其他的事件 。 用 A 律 與 U律在采樣時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)做壓縮 可以 減少 壓縮后的數(shù)據(jù) 位數(shù)， 為了提高聲音音質(zhì) ，采用 了 16 bit 20 線性的芯片。 AMBE1000 的編碼器和解碼器的數(shù)據(jù)有固定的格式，固定格式的目的就是為壓縮數(shù)據(jù)提供對(duì)齊信息，防止亂碼。這種 非幀 格式 會(huì)減輕 信道 的 帶寬 負(fù)荷 。如果信道傳輸時(shí) 誤碼率較多 ，那么就 應(yīng)該 增加前向糾錯(cuò)數(shù)據(jù)的位數(shù)。 編碼鍵盤的硬件 圖 如圖 311 所示，由 16 個(gè)按鍵，兩片 74LS148 編碼器， 4 個(gè) PNP三極管和電阻 組成 。 當(dāng) 有 人 坐在轎廂內(nèi)時(shí) ，按鍵 就會(huì) 被 人的體重壓下 ， 轎廂機(jī)的主控制 器 通過讀取相應(yīng) 的 IO 口 的 電平變化來 判斷該轎廂 內(nèi) 是否有人 和幾人 乘坐， 并將 此信息 合成在報(bào)文內(nèi)，上傳 至 控制臺(tái) 。 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 。 而 LM1117 是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。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。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。 A/DD/A芯片的選擇要慎重，最好要選 16 bit 的器件。在本 設(shè)計(jì)系統(tǒng) 中， 因?yàn)?使用硬件 進(jìn)行語音壓縮 ，不需要在 單片機(jī) 中 執(zhí)行 壓縮算法，