【正文】 驅(qū)動電機設(shè)備、牽引繩索、拖拽繩索裝置、人員乘坐的轎廂機、變坡點裝置、迂回輪裝置、張緊繩索裝置及電機控制裝置等部件組成。河南省耿村煤礦斜井人車運輸存在巷道底板因礦壓變形的問題，解決問題需要大量的工作，因此，采用架空運輸人車系統(tǒng)對原運輸車進行改造是一個最為理想的方案。關(guān)鍵詞：無線通訊；架空人車；NRF24L01+；CAN總線IAbstractIn our country have most of the mine slope mining method, with the continuous extension of the mine, more and more vehicles to transport the overhead mine personnel assignment, to reduce the consumption of energy and time for staff. But the existing cable car transport system, how uses the state signal trigger mode, when there occurs, inoue monitoring personnel can not understand the situation very well, so that not only there are serious security hidden danger and is not convenient to the implementation of the control decisions. This design underground aerial mancar munication monitoring system mainly divides into: capsules machine, relay station and console three parts. Capsules machine for mine overhead man car, in capsules capsules machine system installed in the machine can make it with relay station by module NRF24L01+ munication. Relay is installed on the overhead of vehicle running tunnel, namely capsules machine orbit, to a certain distance distribution is used for receiving and sending the car machine and control data. Console is installed on the ground, a display and voice module, through CAN bus and relay munication, in the specified capsules machine voice calls and realtime monitoring of running state of the rest of the capsules. Key words: wireless munication。但現(xiàn)有的纜車運人系統(tǒng)中，多采用狀態(tài)信號觸發(fā)方式，當有情況發(fā)生時，井上監(jiān)控人員不能很好的了解現(xiàn)場情況，這樣不但存在嚴重的安全隱患而且不方便控制決策的實施。 CAN bus I目錄0 前言 11 礦山井下架空人車及無線通訊技術(shù)概述 2 礦山井下架空人車簡介 2 礦山井下無線通訊技術(shù)概述 3 無線通訊技術(shù)的發(fā)展歷程 3 常用無線通訊技術(shù)原理及應(yīng)用 42 架空人車通訊監(jiān)控系統(tǒng)整體方案設(shè)計 8 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的設(shè)計 8 轎廂機系統(tǒng)設(shè)計 9 中繼站系統(tǒng)設(shè)計 9 控制臺系統(tǒng)設(shè)計 103 轎廂機系統(tǒng)設(shè)計 11 轎廂機結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 轎廂機的硬件設(shè)計 11 轎廂機主控制器電路 11 轎廂機無線通訊模塊設(shè)計 13 轎廂機語音模塊設(shè)計 16 轎廂機鍵盤電路 21 轎廂機人員檢測電路的設(shè)計 24 轎廂機電源電路設(shè)計 24 轎廂機系統(tǒng)軟件的設(shè)計 26 轎廂機系統(tǒng)主程序設(shè)計 26 轎廂機無線通訊子程序的設(shè)計 27 轎廂機語音通訊的軟件設(shè)計 284 中繼站系統(tǒng)設(shè)計 32 中繼站結(jié)構(gòu)設(shè)計 32 中繼站系統(tǒng)硬件的設(shè)計 32 中繼站CAN總線模塊電路 32 中繼站無線通訊模塊電路 34 中繼站電源電路 35 中繼站系統(tǒng)主程序設(shè)計 35 中繼站無線通訊模塊軟件設(shè)計 365控制臺系統(tǒng)設(shè)計 38 控制臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 38 控制臺系統(tǒng)硬件設(shè)計 39 控制臺主控制器電路 39 控制臺語音處理模塊電路 39 控制臺顯示模塊 40 控制臺鍵盤模塊設(shè)計 41 控制臺CAN總線模塊電路 42 控制臺電源模塊電路 42 控制臺系統(tǒng)軟件設(shè)計 43 控制臺軟件主程序設(shè)計 43 控制臺數(shù)據(jù)處理子程序 446 硬件抗干擾設(shè)計 45 抗干擾設(shè)計基本原則 45 干擾種類及解決方法 45 提高敏感器件的抗干擾性能 467 技術(shù)與經(jīng)濟分析 478結(jié)論 48致謝 49參考文獻 50附錄A 譯文 AMBE－1000 用戶手冊 51附錄B 外文文獻 原文 62附錄C 實物圖片0 前言煤礦生產(chǎn)不僅關(guān)乎國家財產(chǎn)和人民生命安全，還關(guān)乎整個社會和諧穩(wěn)定。架空人車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、能夠連續(xù)工作、可多轎廂同時工作，運輸效率更高。架空人車與斜井機相比較，架空人車系統(tǒng)的電機功率遠遠小于斜井機的電機功率，可節(jié)約大量的電能與生產(chǎn)成本，也大大地降低了運行的成本。目前架空人車的控制系統(tǒng)主要是對其運行進行控制，主要涉及啟?？刂?、速度控制、緊急停車保護控制、過速欠速保護控制等方面。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的相互滲透、結(jié)合，產(chǎn)生了新型基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的全新概念。其應(yīng)用的重點是無線短程網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)絡(luò)及GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)[3]。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Coordinator)自動建立網(wǎng)絡(luò)，采用CSMACA方式進行信道存取。在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，有成千上萬的測量元件、感應(yīng)器，檢測器，計算機，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要相互連接在一個控制網(wǎng)絡(luò)上，通常這些設(shè)備提供的都是RS232或RS485通訊協(xié)議的借接口。：在工業(yè)控制現(xiàn)場，鋪設(shè)的線纜及其容易受到外界的接觸導(dǎo)致破損，無線網(wǎng)絡(luò)則保證了網(wǎng)絡(luò)的安全性與穩(wěn)定性。IEEE TG2是探討藍牙如何與IEEE 802．11b無線局域網(wǎng)技術(shù)共存的問題；而IEEE TG3則是研究未來藍牙技術(shù)，向著更高速(如1020Mbits/s)傳輸發(fā)展的問題。通俗的說，GPRS是一項高速數(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可以在移動狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。轎廂機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)控轎廂的運行狀況并與轎廂內(nèi)的人員通訊。圖22 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖 System function structure chart 轎廂機系統(tǒng)設(shè)計轎廂機是本系統(tǒng)被監(jiān)控的主要部分，是整個設(shè)計的核心。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車廂進行通話這時需要通過按鍵來選擇通訊的對象，同時在顯示屏上可以實時顯示當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。考慮到整個系統(tǒng)對單片機的運算速度和資源的要求，本設(shè)計中采用的主控制器芯片是MK60DN512ZVLQ10（簡稱 K60）。主控芯片電路圖如圖32所示。 圖33 K60外圍電路 K60 peripheral circuits 轎廂機無線通訊模塊設(shè)計無線模塊作為轎廂機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系統(tǒng)的通訊質(zhì)量。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字節(jié)中的內(nèi)容，以實現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。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)的時候不出現(xiàn)錯幀現(xiàn)象，同時采用一定的濾波電路，可減少惡劣環(huán)境的電磁干擾。（5）關(guān)機模式在關(guān)機模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時的工作電流小于1uA。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的時候，仍能保持自然的聲音質(zhì)量和語音可懂度。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)。 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。信道接口使芯片易于與設(shè)計的系統(tǒng)相連接。實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。幀格式可以工作在主動模式和被動模式，非幀格式卻只能工作在被動模式。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。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GS輸出低電平，產(chǎn)生中斷。電源模塊原理如圖314所示。另外，LM2576還包括一些其他的特征：在指定輸出電壓和輸出負載條件下保證輸出電壓的正負4%誤差，以及振蕩器頻率的正負10%誤差。在電源設(shè)計這部分，選擇了LM1117系列輸出為+。在主循環(huán)中CPU實時監(jiān)視按鍵的動作，查詢是否建立通話。圖316 無線模塊收發(fā)流程圖 Wireless module sending and receiving flow chart 轎廂機語音通訊的軟件設(shè)計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。另外，本設(shè)計使用的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進行設(shè)置。圖317 AMBE發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖 AMBE send data flow diagram單片機初始化(設(shè)置串行通信波特率，發(fā)出指令，使AMBE1000復(fù)位進入正常工作狀態(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)會產(chǎn)生50幀數(shù)據(jù)，每秒壓縮數(shù)據(jù)的速率相當于:34(Byte)*8(bit)*50(幀)=13600bit/s。數(shù)據(jù)傳輸中斷標志來自于轎廂機系統(tǒng)的周期定時器中斷，為保證各個定時器中斷在同一時間產(chǎn)生，中繼站系統(tǒng)在上電后會給所有轎廂機發(fā)送一個同步信號，當接收到同步信號以后，轎廂機開啟定時器且定時周期相同，在一定的周期內(nèi)向控制臺發(fā)送轎廂機運行狀態(tài)信息。控制臺的單片機互換，尤其是主控制程序?qū)?yīng)不同的系統(tǒng)。CAN技術(shù)規(guī)范中沒有規(guī)定物理通道的具體實現(xiàn)方法，物理層可以是單線（加地線）、兩條差分線、光纖等。在總線空閑或隱性位期間，發(fā)送隱性位。而CAN總線技術(shù)可以克服這些缺點。單片機時刻檢測和CAN總線上接收的數(shù)據(jù)，當接收到新數(shù)據(jù)時，便開始執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。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)送一個信息包。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)和當前通話車廂的編號，保證正常的通訊。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)計和轎廂機的電源電路主體是相同的，不同的只有兩點：轎廂機是由電池供給穩(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+5V穩(wěn)壓電路。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)、接收報文信息，兩組數(shù)據(jù)在系統(tǒng)周期下以特定的時序向控制臺發(fā)送，控制臺執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。如：A/DD/A轉(zhuǎn)換器、單片機、MIC信號采集器、弱信號放大器等。 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。電源噪聲對單片機的影響很大，因此單片機需要在電源處加入濾波器，以便減小電源波動對單片機的影響。提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下：1）在電路板布線時應(yīng)減少通路形成回環(huán)的面積，減少噪聲。在系統(tǒng)設(shè)計前，一定得整體對架空人車的優(yōu)點與不足進行了解，才能更好地設(shè)計好本系統(tǒng)。我國時有煤礦事故發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，因此“安全第一”的原則為首要原則。從開始進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