【正文】 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。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。 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。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。OLED顯示模塊，由于其本身沒有字庫(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：使用媒介訪問控制層數(shù)字格式和短地址發(fā)送一個(gè)信息包。而CAN總線技術(shù)可以克服這些缺點(diǎn)。CAN技術(shù)規(guī)范中沒有規(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。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。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。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。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。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。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。信道接口使芯片易于與設(shè)計(jì)的系統(tǒng)相連接。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)。（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。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(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。主控芯片電路圖如圖32所示。在控制臺(tái)的工作人員可以通過按鍵來(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。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。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)展的問題。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。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]。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?？刂啤⑺俣瓤刂?、緊急停車保護(hù)控制、過速欠速保護(hù)控制等方面。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。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。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題，解決問題需要大量的工作，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。圖11 礦山井下架空人車實(shí)景圖 Underground aerial vehicle Virtual Map但是架空人車系統(tǒng)在運(yùn)行中還存在一些危險(xiǎn)問題，例如制動(dòng)閘失效，引起的飛車事故、牽引繩索意外脫落等事故。無(wú)線通訊進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的前景毋庸置疑。（2）無(wú)線局域網(wǎng)WLAN(Wireless LAN)自從1977年第一個(gè)民用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)ARCnet投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，無(wú)線局域網(wǎng)以其廣泛的適用性和價(jià)格較低等方面的優(yōu)勢(shì)，獲得了成功并得到了快速的發(fā)展。藍(lán)牙作為一種新生的，短距離無(wú)線通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，受到全世界范圍內(nèi)的越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)廠家與研究機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注。由于架空人車在工作中不停的移動(dòng)，傳統(tǒng)的有線傳輸無(wú)法在架空人車上進(jìn)行安裝，因此本設(shè)計(jì)采用無(wú)線通訊模塊作為架空人車和地面控制室人員進(jìn)行信息交換和語(yǔ)音傳輸?shù)膫鬏敼ぞ?。其主要由電源模塊，無(wú)線通訊模塊，CAN總線接口以及主控制器組成。K60控制器技術(shù)成熟，可靠性強(qiáng)，抗干擾與電磁兼容性非常強(qiáng)，內(nèi)部資源非常多，接口模塊包括SPI、SCI、I2C、UART、CAN、A/D、PWM、Flash等等。nRF24L01++適用于多種無(wú)線通訊的場(chǎng)合，例如無(wú)線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、遙控開鎖等。（4）空閑模式nRF24L01+的空閑模式是為了減小平均工作電流而設(shè)計(jì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，縮短芯片的起動(dòng)時(shí)間。目前，這種算法因其能實(shí)現(xiàn)低速率傳輸與高音質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。 A/DD/A的接口可以通過軟硬件對(duì)其進(jìn)行操作，時(shí)鐘和激勵(lì)信號(hào)可以由外部高低電平送入，也可以由單片機(jī)產(chǎn)生。非幀格式下，每幀只指定一位數(shù)據(jù)用于語(yǔ)音數(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)齊位才使數(shù)據(jù)更好的還原（用幀格式就能很容易實(shí)現(xiàn)）。引腳功能：0－7 編碼輸入端(低電平有效)EI 選通輸入端(低電平有效) A0、AA2 編碼輸出端(低電平有效) GS 寬展端(低電平有效)EO 選通輸出端 圖312 74LS148編碼器引腳圖 74LS148 encoder pin diagram編碼鍵盤可以接在單片機(jī)的中斷引腳上。~37V，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生52KHz的固定頻率，具有TTL電平關(guān)閉輸出，低功耗待機(jī)模式，典型待機(jī)電流為50μ。當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)及時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)功能。AMBE1000與A/DD/A接口的音頻采樣頻率都是8KHZ，這8KHZ的語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過串行口來(lái)進(jìn)行傳輸。其接收數(shù)據(jù)流程圖如圖318所示。其后針對(duì)RS232接口標(biāo)準(zhǔn)的通信距離短，波特率比較低的狀況，在RS232接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上又提出了RS422接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)克服這些缺陷，但RS485總線的抗干擾能力與傳輸速度都不如CAN總線強(qiáng)。在CiA的努力推廣下，CAN技術(shù)在汽車電子、電梯控制、安全監(jiān)控、醫(yī)療儀器、船舶運(yùn)輸?shù)确矫婢玫搅藦V泛的應(yīng)用，目前已經(jīng)成為國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。圖46為無(wú)線通訊模塊程序流程圖。圖53語(yǔ)音模塊 Voice module 控制臺(tái)顯示模塊本設(shè)計(jì)的控制臺(tái)顯示模塊用來(lái)顯示轎廂內(nèi)乘坐的人員數(shù)量情況以及轎廂的運(yùn)行狀態(tài)。 控制臺(tái)數(shù)據(jù)處理子程序?yàn)榱耸拐麄€(gè)系統(tǒng)能夠有條不紊的運(yùn)行，本系統(tǒng)設(shè)定了一個(gè)系統(tǒng)周期和同步信號(hào)，來(lái)使整個(gè)系統(tǒng)按照同樣的時(shí)鐘進(jìn)行。~，以減小元器件工作時(shí)對(duì)電源的影響。A/DD/A芯片也需要注意模擬地和數(shù)字地的連接。8結(jié)論煤礦開采的燃煤，是國(guó)家極為重要的資源，無(wú)論是民用取暖還是火電站發(fā)電，都是需要大量的燃煤。將控制模塊與無(wú)線通訊模塊相互協(xié)調(diào)，各個(gè)分系統(tǒng)互相通訊完成對(duì)架空人車的監(jiān)控和通訊。4）元器件直接焊在電路板上，盡量不用插座。電源存在的噪聲危害非常大，對(duì)電源的濾波非常重要。形成干擾的基本要素有三個(gè)：1）干擾源，是對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述：du/dt，di/dt即電壓和電流的變化，就是干擾源。圖54為OLED的接口電路。SFLUSHTX當(dāng)沒有字節(jié)寫入，TXFIFO緩沖器發(fā)出下溢脈沖；TXCTL=。 中繼站無(wú)線通訊模塊電路中繼站中使用和轎廂機(jī)一樣的無(wú)線通訊模塊，NRF24L01+無(wú)線模塊，此處不再贅述。若不同控制器同時(shí)向總線發(fā)送邏輯0和邏輯1時(shí)，總線上出現(xiàn)邏輯0（相當(dāng)于邏輯與的關(guān)系）。圖319 語(yǔ)音處理子程序 Speech processing subroutine4 中繼站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中繼站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中繼站是控制臺(tái)的外置設(shè)備，通過CAN總線與控制臺(tái)相連接。單片機(jī)對(duì)AMBE1000進(jìn)行初始化，由單片機(jī)發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，此信號(hào)寬度需要不低于六個(gè)單片機(jī)上(CLKI)的時(shí)鐘周期。其結(jié)構(gòu)框圖如圖315所示。它與LM2576同樣在外圍的元件少，使用簡(jiǎn)便。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(lái)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)。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)。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。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)懭?幀數(shù)據(jù)外，還有大量的時(shí)間處理其他的事件。當(dāng)壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)時(shí)，它可以通過話筒采集語(yǔ)音信息，將語(yǔ)音信息壓縮，然后被主控制芯片K60讀取并儲(chǔ)存。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。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。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。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體框圖如圖21所示。藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用極其廣泛且富有潛力。有線固定網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線局域網(wǎng)相比之下，無(wú)線局域網(wǎng)組建自動(dòng)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢(shì)：：支持RS232工業(yè)設(shè)備一對(duì)一的連接。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。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。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。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)。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)。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(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。無(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)線路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(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。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。無(wú)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。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(wú)線傳輸通道，同一無(wú)線傳輸通道又可支持由多個(gè)用戶互相共享，能將無(wú)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(yǔ)音通話。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。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。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(jìn)行配置。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)。AMBE1000的這些特性使它非常適合于語(yǔ)音通信、語(yǔ)音存儲(chǔ)以及其它需要對(duì)語(yǔ)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。A/DD/A芯片的選擇對(duì)本系統(tǒng)的語(yǔ)音通訊的音質(zhì)有著極為重要的影響。 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(yǔ)音數(shù)據(jù)，還包含了幀的數(shù)據(jù)信息。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(duì)大量的語(yǔ)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。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。 轎廂機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)轎廂機(jī)系統(tǒng)主要包括語(yǔ)音模塊、無(wú)線模塊、按鍵模塊、功放模塊。另外也要考慮這些器件的信號(hào)與噪聲的比例和濾波特性。在這34Bytes數(shù)據(jù)中，前10位為AMBE1000的控制字，后24位中為語(yǔ)音數(shù)據(jù)（壓縮率不同，語(yǔ)音數(shù)據(jù)位數(shù)也不同）。在數(shù)據(jù)通訊中，計(jì)算機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與和傳輸。控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN），最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代末，是德國(guó)Bosch公司為簡(jiǎn)化汽車電子中信號(hào)傳輸方式并減少日益增加的信號(hào)線而提出的。當(dāng)接收到CAN總線上的數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)變之后，通過無(wú)線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)應(yīng)地址的轎廂機(jī)。在工作的過程中，控制臺(tái)系統(tǒng)的全部工作都是在單片機(jī)的控制下協(xié)調(diào)工作的。與轎廂機(jī)相似，控制臺(tái)系統(tǒng)的電源設(shè)有+5V和+，分別為單片機(jī)、語(yǔ)音模塊、CAN總線物理層模以及OLED