【正文】 我國時有煤礦事故發(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。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。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)志來自于轎廂機(jī)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(jī)發(fā)送一個同步信號，當(dāng)接收到同步信號以后，轎廂機(jī)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(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息。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(jìn)行設(shè)置。在主循環(huán)中CPU實(shí)時監(jiān)視按鍵的動作，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。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。信道接口使芯片易于與設(shè)計的系統(tǒng)相連接。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)。（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(jìn)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(shí)時顯示當(dāng)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。轎廂機(jī)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(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無線局域網(wǎng)技術(shù)共存的問題；而IEEE TG3則是研究未來藍(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(jī)，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。其應(yīng)用的重點(diǎn)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]。目前架空人車的控制系統(tǒng)主要是對其運(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)簡單、維護(hù)方便、能夠連續(xù)工作、可多轎廂同時工作，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)信號觸發(fā)方式，當(dāng)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(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)對原運(yùn)輸車進(jìn)行改造是一個最為理想的方案。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問題，例如制動閘失效，引起的飛車事故、牽引繩索意外脫落等事故。無線通訊進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的前景毋庸置疑。（2）無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless LAN)自從1977年第一個民用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)ARCnet投入運(yùn)營以來，無線局域網(wǎng)以其廣泛的適用性和價格較低等方面的優(yōu)勢，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，短距離無線通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，受到全世界范圍內(nèi)的越來越多的工業(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，傳統(tǒng)的有線傳輸無法在架空人車上進(jìn)行安裝，因此本設(shè)計采用無線通訊模塊作為架空人車和地面控制室人員進(jìn)行信息交換和語音傳輸?shù)膫鬏敼ぞ摺Ｆ渲饕呻娫茨K，無線通訊模塊，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++適用于多種無線通訊的場合，例如無線數(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，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時，縮短芯片的起動時間。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其進(jìn)行操作，時鐘和激勵信號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)用于語音數(shù)據(jù)的對齊，在更高誤碼率的信道中，需要增加更多的對齊位才使數(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)檢測到有按鍵按下時，單片機(jī)及時執(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的語音數(shù)據(jù)通過串行口來進(jìn)行傳輸。其接收數(shù)據(jù)流程圖如圖318所示。其后針對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)成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。圖46為無線通訊模塊程序流程圖。圖53語音模塊 Voice module 控制臺顯示模塊本設(shè)計的控制臺顯示模塊用來顯示轎廂內(nèi)乘坐的人員數(shù)量情況以及轎廂的運(yùn)行狀態(tài)。 控制臺數(shù)據(jù)處理子程序?yàn)榱耸拐麄€系統(tǒng)能夠有條不紊的運(yùn)行，本系統(tǒng)設(shè)定了一個系統(tǒng)周期和同步信號，來使整個系統(tǒng)按照同樣的時鐘進(jìn)行。~，以減小元器件工作時對電源的影響。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，是國家極為重要的資源，無論是民用取暖還是火電站發(fā)電，都是需要大量的燃煤。將控制模塊與無線通訊模塊相互協(xié)調(diào)，各個分系統(tǒng)互相通訊完成對架空人車的監(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，對電源的濾波非常重要。形成干擾的基本要素有三個：1）干擾源，是對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的設(shè)備或信號，用數(shù)學(xué)語言表述：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=。 中繼站無線通訊模塊電路中繼站中使用和轎廂機(jī)一樣的無線通訊模塊，NRF24L01+無線模塊，此處不再贅述。若不同控制器同時向總線發(fā)送邏輯0和邏輯1時，總線上出現(xiàn)邏輯0（相當(dāng)于邏輯與的關(guān)系）。圖319 語音處理子程序 Speech processing subroutine4 中繼站系統(tǒng)設(shè)計 中繼站結(jié)構(gòu)設(shè)計中繼站是控制臺的外置設(shè)備，通過CAN總線與控制臺相連接。單片機(jī)對AMBE1000進(jìn)行初始化，由單片機(jī)發(fā)出一個負(fù)脈沖信號，此信號寬度需要不低于六個單片機(jī)上(CLKI)的時鐘周期。其結(jié)構(gòu)框圖如圖315所示。它與LM2576同樣在外圍的元件少，使用簡便。當(dāng)有人坐在轎廂內(nèi)時，按鍵就會被人的體重壓下，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文內(nèi)，上傳至控制臺。如果信道傳輸時誤碼率較多，那么就應(yīng)該增加前向糾錯數(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)提供對齊信息，防止亂碼。AMBE1000讀寫一幀數(shù)據(jù)所需的時間遠(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，還有大量的時間處理其他的事件。當(dāng)壓縮語音數(shù)據(jù)時，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)控的對象，是整個系統(tǒng)設(shè)計的主要組成部分。系統(tǒng)設(shè)計的整體框圖如圖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)與無線局域網(wǎng)相比之下，無線局域網(wǎng)組建自動化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢：：支持RS232工業(yè)設(shè)備一對一的連接。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)時的競爭和沖突，減少了錯誤和亂碼的幾率。通過監(jiān)控控制系統(tǒng)實(shí)時了解轎廂內(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，對礦井中實(shí)際遇到的問題和難題而設(shè)計的系統(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)也會給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。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(jī)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?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，同時各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。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)自動化、醫(yī)療/實(shí)驗(yàn)儀器聯(lián)網(wǎng)自動化、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，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(dá)170Kbps；按數(shù)據(jù)流量計費(fèi)的計算方式更加靈活；GPRS還支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進(jìn)行語音通話。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，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音通信、語音存儲以及其它需要對語音進(jìn)行數(shù)字處理的場合，也正是這款芯片被廣大產(chǎn)品應(yīng)用的原因。A/DD/A芯片的選擇對本系統(tǒng)的語音通訊的音質(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)計轎廂機(jī)系統(tǒng)主要包括語音模塊、無線模塊、按鍵模塊、功放模塊。另外也要考慮這些器件的信號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位中為語音數(shù)據(jù)（壓縮率不同，語音數(shù)據(jù)位數(shù)也不同）。在數(shù)據(jù)通訊中，計算機(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實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與和傳輸?？刂破骶钟蚓W(wǎng)（Controller Area Network，CAN），最早出現(xiàn)于20世紀(jì)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。當(dāng)接收到CAN總線上的數(shù)據(jù)時，相應(yīng)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(yīng)地址的轎廂機(jī)。在工作的過程中，控制臺系統(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，控制臺系統(tǒng)的電源設(shè)有+5V和+，分別為單片機(jī)、語音模塊、CAN總線物理層模以及OLED