【正文】 驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備、牽引繩索、拖拽繩索裝置、人員乘坐的轎廂機(jī)、變坡點(diǎn)裝置、迂回輪裝置、張緊繩索裝置及電機(jī)控制裝置等部件組成。河南省耿村煤礦斜井人車運(yùn)輸存在巷道底板因礦壓變形的問(wèn)題，解決問(wèn)題需要大量的工作，因此，采用架空運(yùn)輸人車系統(tǒng)對(duì)原運(yùn)輸車進(jìn)行改造是一個(gè)最為理想的方案。關(guān)鍵詞：無(wú)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(yùn)人系統(tǒng)中，多采用狀態(tài)信號(hào)觸發(fā)方式，當(dāng)有情況發(fā)生時(shí)，井上監(jiān)控人員不能很好的了解現(xiàn)場(chǎng)情況，這樣不但存在嚴(yán)重的安全隱患而且不方便控制決策的實(shí)施。 CAN bus I目錄0 前言 11 礦山井下架空人車及無(wú)線通訊技術(shù)概述 2 礦山井下架空人車簡(jiǎn)介 2 礦山井下無(wú)線通訊技術(shù)概述 3 無(wú)線通訊技術(shù)的發(fā)展歷程 3 常用無(wú)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(jì) 8 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的設(shè)計(jì) 8 轎廂機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 中繼站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 控制臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 103 轎廂機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 轎廂機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 轎廂機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 11 轎廂機(jī)主控制器電路 11 轎廂機(jī)無(wú)線通訊模塊設(shè)計(jì) 13 轎廂機(jī)語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì) 16 轎廂機(jī)鍵盤電路 21 轎廂機(jī)人員檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 24 轎廂機(jī)電源電路設(shè)計(jì) 24 轎廂機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 26 轎廂機(jī)系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 26 轎廂機(jī)無(wú)線通訊子程序的設(shè)計(jì) 27 轎廂機(jī)語(yǔ)音通訊的軟件設(shè)計(jì) 284 中繼站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 中繼站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 中繼站系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 32 中繼站CAN總線模塊電路 32 中繼站無(wú)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(jì) 35 中繼站無(wú)線通訊模塊軟件設(shè)計(jì) 365控制臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 控制臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 38 控制臺(tái)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 39 控制臺(tái)主控制器電路 39 控制臺(tái)語(yǔ)音處理模塊電路 39 控制臺(tái)顯示模塊 40 控制臺(tái)鍵盤模塊設(shè)計(jì) 41 控制臺(tái)CAN總線模塊電路 42 控制臺(tái)電源模塊電路 42 控制臺(tái)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 43 控制臺(tái)軟件主程序設(shè)計(jì) 43 控制臺(tái)數(shù)據(jù)處理子程序 446 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 45 抗干擾設(shè)計(jì)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(jì)分析 478結(jié)論 48致謝 49參考文獻(xiàn) 50附錄A 譯文 AMBE－1000 用戶手冊(cè) 51附錄B 外文文獻(xiàn) 原文 62附錄C 實(shí)物圖片0 前言煤礦生產(chǎn)不僅關(guān)乎國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全，還關(guān)乎整個(gè)社會(huì)和諧穩(wěn)定。架空人車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。架空人車與斜井機(jī)相比較，架空人車系統(tǒng)的電機(jī)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于斜井機(jī)的電機(jī)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(yùn)行的成本。目前架空人車的控制系統(tǒng)主要是對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行控制，主要涉及啟?？刂?、速度控制、緊急停車保護(hù)控制、過(guò)速欠速保護(hù)控制等方面。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)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(wú)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(diǎn)是無(wú)線短程網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)及GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)[3]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Coordinator)自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，采用CSMACA方式進(jìn)行信道存取。在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，有成千上萬(wàn)的測(cè)量元件、感應(yīng)器，檢測(cè)器，計(jì)算機(jī)，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要相互連接在一個(gè)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(chǎng)，鋪設(shè)的線纜及其容易受到外界的接觸導(dǎo)致破損，無(wú)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(lán)牙如何與IEEE 802．11b無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)共存的問(wèn)題；而IEEE TG3則是研究未來(lái)藍(lán)牙技術(shù)，向著更高速(如1020Mbits/s)傳輸發(fā)展的問(wèn)題。通俗的說(shuō)，GPRS是一項(xiàng)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(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間建立起來(lái)聯(lián)系，用戶通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。轎廂機(jī)安裝在架空人車的轎廂內(nèi)，控制臺(tái)安裝在地面的控制室內(nèi)，控制室的人員通過(guò)控制臺(tái)監(jiān)控轎廂的運(yùn)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)轎廂機(jī)是本系統(tǒng)被監(jiān)控的主要部分，是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。在控制臺(tái)的工作人員可以通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置通訊方式，選擇是以廣播方式發(fā)布消息，還是一對(duì)一的方式和某一個(gè)車廂進(jìn)行通話這時(shí)需要通過(guò)按鍵來(lái)選擇通訊的對(duì)象，同時(shí)在顯示屏上可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前控制器所處的工作模式和通話轎廂的編號(hào)，如圖25所示為控制臺(tái)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，其中包括語(yǔ)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?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)的運(yùn)算速度和資源的要求，本設(shè)計(jì)中采用的主控制器芯片是MK60DN512ZVLQ10（簡(jiǎn)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(jī)無(wú)線通訊模塊設(shè)計(jì)無(wú)線模塊作為轎廂機(jī)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(gè)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(guò)程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。通過(guò)以上了解到無(wú)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(wú)線通訊的良好效果，最主要是實(shí)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(shí)候不出現(xiàn)錯(cuò)幀現(xiàn)象，同時(shí)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(jī)模式在關(guān)機(jī)模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時(shí)的工作電流小于1uA。AMBE1000是一款高性能、多速率的語(yǔ)音編碼/解碼芯片，語(yǔ)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(shí)候，仍能保持自然的聲音質(zhì)量和語(yǔ)音可懂度。編碼器接收8KHZ采樣的語(yǔ)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(jì)的系統(tǒng)相連接。實(shí)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(dòng)模式和被動(dòng)模式，非幀格式卻只能工作在被動(dòng)模式。即便如此，它仍不失為在語(yǔ)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(hào)引腳上為低電平，A0，A1，A2輸出為0b 111，同時(shí)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(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。在電源設(shè)計(jì)這部分，選擇了LM1117系列輸出為+。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。圖316 無(wú)線模塊收發(fā)流程圖 Wireless module sending and receiving flow chart 轎廂機(jī)語(yǔ)音通訊的軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)音信號(hào)的模擬量與AMBE1000芯片之間要通過(guò)A/DD/A芯片來(lái)連接。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(guò)命令幀ID進(jìn)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(jī)初始化(設(shè)置串行通信波特率，發(fā)出指令，使AMBE1000復(fù)位進(jìn)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(huì)產(chǎn)生50幀數(shù)據(jù)，每秒壓縮數(shù)據(jù)的速率相當(dāng)于:34(Byte)*8(bit)*50(幀)=13600bit/s。數(shù)據(jù)傳輸中斷標(biāo)志來(lái)自于轎廂機(jī)系統(tǒng)的周期定時(shí)器中斷，為保證各個(gè)定時(shí)器中斷在同一時(shí)間產(chǎn)生，中繼站系統(tǒng)在上電后會(huì)給所有轎廂機(jī)發(fā)送一個(gè)同步信號(hào)，當(dāng)接收到同步信號(hào)以后，轎廂機(jī)開(kāi)啟定時(shí)器且定時(shí)周期相同，在一定的周期內(nèi)向控制臺(tái)發(fā)送轎廂機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息?？刂婆_(tái)的單片機(jī)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(méi)有規(guī)定物理通道的具體實(shí)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(diǎn)。單片機(jī)時(shí)刻檢測(cè)和CAN總線上接收的數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到新數(shù)據(jù)時(shí)，便開(kāi)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(wú)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(wèn)控制層數(shù)字格式和短地址發(fā)送一個(gè)信息包。圖52 控制臺(tái)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(guò)顯示屏來(lái)查看主控對(duì)象的工作狀態(tài)和當(dāng)前通話車廂的編號(hào)，保證正常的通訊。OLED顯示模塊，由于其本身沒(méi)有字庫(kù)，在程序中必須加入字庫(kù)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(tái)電源模塊電路控制臺(tái)系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)和轎廂機(jī)的電源電路主體是相同的，不同的只有兩點(diǎn)：轎廂機(jī)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(guò)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(kāi)（即分開(kāi)供電），否則不能完全隔離，所以要有兩個(gè)+5V穩(wěn)壓電路。在數(shù)據(jù)處理方面，控制臺(tái)要接收語(yǔ)音數(shù)據(jù)、播放語(yǔ)音數(shù)據(jù)、接收?qǐng)?bào)文信息，兩組數(shù)據(jù)在系統(tǒng)周期下以特定的時(shí)序向控制臺(tái)發(fā)送，控制臺(tái)執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。如：A/DD/A轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、MIC信號(hào)采集器、弱信號(hào)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(duì)單片機(jī)的影響很大，因此單片機(jī)需要在電源處加入濾波器，以便減小電源波動(dòng)對(duì)單片機(jī)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(shí)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(jì)前，一定得整體對(duì)架空人車的優(yōu)點(diǎn)與不足進(jìn)行了解，才能更好地設(shè)計(jì)好本系統(tǒng)。我國(guó)時(shí)有煤礦事故發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此“安全第一”的原則為首要原則。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我熱