【導(dǎo)讀】采用架空人車來輸送人員作業(yè)，以降低人員的體力和時間消耗。但現(xiàn)有的纜車運人系統(tǒng)。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施。轎廂機即為原有的礦井架空人車，在車內(nèi)安裝轎廂機系統(tǒng)使其能與中繼站通過。于接收或發(fā)送轎廂機與控制臺數(shù)據(jù)?？刂婆_安裝在地面，配有顯示模塊，通過CAN總。線與中繼站通訊，在與指定轎廂機語音通話的同時實時監(jiān)控其余轎廂的運行狀況。

　　

【正文】 糾錯數(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誤 數(shù)據(jù)， 而使數(shù)據(jù) 能夠使用 。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)。當(dāng)然 要提高聲音音質(zhì)， 就必須有更多的語音數(shù)據(jù)位。 21 2） 音頻放大電路 圖 39 LM4890 音頻放大 電路 LM4890 audio amplifier circuit 語音處理模塊 圖片 如圖 310 所示。 AMBE1000 是一款 非常 優(yōu)秀的語音處理 芯片 ；其能達(dá)到的最低壓縮速率 和音質(zhì)來看 ， 已 經(jīng) 達(dá)到了 極為先進的水平 。這使得它得到了廣泛應(yīng)用 與良好的使用前景 ；但 是 其壓縮算法為非標(biāo)準(zhǔn) 語音壓縮 算法，致使由 AMBE1000構(gòu)成的語音處理系統(tǒng)只能用在某些專用網(wǎng)上。 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。 圖 310 語音處理模塊 Voice processing module 轎廂機鍵盤電路 相對 普通的矩陣 鍵盤，由硬件進行譯碼 是 編碼鍵盤的 優(yōu)點 ， 減輕了 CPU 的負(fù)荷 ，軟件簡單，但是電路相對 普通矩陣鍵盤要 復(fù)雜一些。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)，還要對大量的語音數(shù)據(jù)進行處理 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。 編碼鍵盤的硬件 圖 如圖 311 所示，由 16 個按鍵，兩片 74LS148 編碼器， 4 個 PNP三極管和電阻 組成 。 圖 311 編碼鍵盤原理圖 Schematic coding keyboard 74LS148 是 8 線 3 線優(yōu)先編碼器，管腳圖如圖 312 所示。 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、 A A2 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 23 圖 312 74LS148 編碼器引腳圖 74LS148 encoder pin diagram 編碼鍵盤 可以接在單片機的 中斷 引腳上 。在沒有按鍵被按下時， U4 和 U6 的輸入端全部由上拉電阻 使電壓 穩(wěn)定在高電平，按照功能表， U6 的 A0， A1， A2 引腳 輸出高電平 ，同時 U6 的 GS 管腳輸出高電平， 由于 EI 低電平有效，使 U4 禁止 工作 ， U4 的 A0，A1， A2 引腳 輸出 高電平，所以數(shù)據(jù)口的電平 一直為高， 為 0b 1111 1111 并一直保持 。當(dāng)有按鍵被按下時， 加入 S1 按鍵被 按下， U6 的 3 號引腳與接地電阻 R18 導(dǎo)通 ，雖然此時引腳上有一定電壓，但是 因為 上拉電阻較大， 3 號 引 腳上的 電壓 不超過 ，低于 單片機判斷是否為 高電平的閾值，故 U6 認(rèn)為 3 號腳輸入低電平，按照 真值 表 A0， A1， A2輸出為 0b 001，同時 U6 的 GS 輸出低電平，使能 U4。有 S1 被按下，三極管 Q1 的基極與 R10 導(dǎo)通 ，只要 R10 上的壓降大于 就能使 Q1 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。此時數(shù)據(jù)口的電平為 0b01110100,由 單片機 進行讀值，進而判斷是哪一個按鍵被按下。 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 人員檢測電路 的設(shè)計 本設(shè)計 的井下架空人車 的 每一個轎廂可以乘坐兩個人，為了便于 控制臺 實時監(jiān)控每個轎廂 里 的乘人情況，安裝了 一個獨立按鍵 于轎廂 的座位下面 。 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 。 轎廂機 人員檢測獨立 按鍵電路 如圖 313 所示 。 S1VCCR15S2VCCR16 圖 313 獨立 按鍵電路圖 Independent key circuit diagram 轎廂機 電源電路 設(shè)計 由于車廂在工作狀態(tài)中是隨鋼索運動的，所以轎廂機的電源不能是 220V 交流電，電壓輸入得是由蓄電池來供電。 本 設(shè)計選擇的是 輸出電壓為 ，電池容量為 225ah 的蓄電池作為 轎廂機的 供電 電源 。這個參數(shù)的電池足夠滿足轎廂機的供電設(shè)計需求，可實現(xiàn)轎廂機長時間的 供電。 電源模塊原理如圖 314 所示。 由于本設(shè)計需要提供兩種穩(wěn)定的電壓為轎廂機 系統(tǒng) 提供 電能， 所以本設(shè)計需要輸出兩路穩(wěn)定電壓 ，分別 輸 出 5V 電壓和 電壓 。故 本設(shè)計采用了 LM25765V 和 兩種 穩(wěn)壓芯片， 分別輸出 5V 和 兩路電壓。 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 。 人員檢測 1 人員檢測 2 25 由于單片機是 供電，若接通的電源電壓過高或反接，則會導(dǎo)致單 片機燒毀，故需要過電流保護電路，防止反接或電壓過高導(dǎo)致單片機燒毀。 圖 314 電源模塊 power supply module LM25765V 系列 與 系列 的穩(wěn)壓器是單片集成電路 。 其中 LM25765V 的輸出電壓可調(diào)范圍為 ~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，低功耗待機模式，典型待機電流為 50μ。 穩(wěn)壓器內(nèi)部還有頻率補償器和一個固定頻率振蕩器，將外部元件的數(shù)目減到最小，使用簡便 ，可以 驅(qū)動 最大為 3A 的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和 負(fù)載調(diào)整能力。 LM2576 還可以 提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓（ buck）的各種功能 。 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。 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 ，這個特征大大的簡化了開關(guān)電源的設(shè)計，所以在電源設(shè)計這部分， 選擇了 LM2576 系列輸出為 +5V 的穩(wěn)壓器。 而 LM1117 是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在 輸出，負(fù)載電流為 800mA時為 。 它與 LM2576 同樣在外圍的元件少，使 用簡便。 LM1117 也 有可調(diào)電壓的版本，通過 2 個外部電阻可實現(xiàn) ～ 輸出電壓范圍。 LM1117 還可 提供電流限制和熱保護。 LM1117 的自身 電路 里 包含 1 個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在 177。1%以內(nèi)。 在電源設(shè)計這部分，選擇了 LM1117 系列輸出為 + 的穩(wěn)壓器。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。 26 轎廂機 系統(tǒng) 軟件 的 設(shè)計 轎廂機系統(tǒng)主要包括語音模塊、無線模塊、按鍵模塊、功放模塊。無線模塊 作為 轎廂機 和 中繼站 通信的唯一途徑，需要將 中繼站 傳來的 無線信號進 行接收 并 傳給單片機 進行 數(shù)據(jù) 處理， 最終通過 語音模塊 播出 接收 到 的語音 數(shù)據(jù) ，同時單片機 將由 語音模塊處理后傳來的壓縮后的 語音 數(shù)據(jù)通過 無線 模塊轉(zhuǎn)換為無線電波并 發(fā)送給 中繼站， 從而 滿足中繼站 和轎廂機的 通訊需求 ， 進而 實現(xiàn) 控制臺 對轎廂 運行狀態(tài) 的監(jiān)控 。轎廂機中 還包括按鍵模塊 以實現(xiàn) 一些特定功能 ，所以需要單片機對鍵盤是否按下做檢測。 當(dāng) 檢測到 有按鍵按下時，單片機及時 執(zhí)行相應(yīng)的程序， 以實現(xiàn) 特點功能。 轎廂機系統(tǒng) 主程序設(shè)計 為實現(xiàn)轎廂機的 功能，在軟件設(shè)計中 一開始需要對 系統(tǒng)初始化， 系統(tǒng) 初始化包括對無線模塊 nRF24L01+ 的初 始化，語音模塊 AMBE1000 初始化及復(fù)位 ，以及MK60DN512ZVLQ10 單片機 I/O 口等的 初始化。在完成相應(yīng)的初始化程序之后， CPU進入 while 主循環(huán)工作。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。當(dāng)CPU 接收到無線 模塊 數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生中斷 信號 ， CPU 在 中 斷 服務(wù)函數(shù)中判斷 是否接受來自控制臺 的通話。當(dāng)要結(jié)束通話的時候通過按鍵動作來決定 是否結(jié)束通話 。 其 結(jié)構(gòu)框圖如圖 315 所示 。 27 開 始C C 1 1 0 0 無 線 模 塊 初 始 化A M B E 1 0 0 0 語 音 模 塊 初 始 化主 控 制 器 初 始 化是 否 啟 用 語 音通 訊 功 能查 詢 按 鍵 狀 態(tài)是 否 有 語 音通 話 請 求發(fā) 送 轎 廂 機 狀 態(tài) 信 息發(fā) 送 轎 廂 機 狀 態(tài) 信 息語 音 處 理查 詢 按 鍵 狀 態(tài)Y NNY 圖 315 轎廂機 主程序 流程圖 The car engine main program flow chart 轎廂機無線通訊子 程序 的 設(shè)計 轎廂機的 無線模塊采用 nRF24L01+模塊 ，因而 無線 通訊 的 子程序 設(shè)計 就是 對nRF24L01+進行發(fā)送接收的 控制。 nRF24L01+使用 SPI 通訊 協(xié)議與 單片機 通訊， 最 高工作 速率達(dá) 500kbsp， 本設(shè)計采用 單片機內(nèi)部的硬件 SPI 模塊 的方式與 nRF24L01+通訊 ，相應(yīng)的軟件流程圖如圖 316 所示 。 當(dāng)單片機需要 發(fā)送 數(shù)據(jù) 時，首先要 對無線模塊 寫入 接收端 的地址 ，再確定數(shù)據(jù)長度（數(shù)據(jù)不能超過 32 字節(jié)） ， 當(dāng) 數(shù)據(jù)發(fā)送后 需要等待 返回應(yīng)答信號 ， 當(dāng)讀取到 IRQ 引腳值 時 返回 主函數(shù) ， 等待 下一次中斷觸發(fā) 。 當(dāng)無線模塊 接收 到 數(shù)據(jù)時， 先讀取 第一個字節(jié)的 數(shù)據(jù)， 再判斷數(shù)據(jù)類型 并將其轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的存儲區(qū)， 然后根據(jù)數(shù)據(jù)類型 進行相應(yīng)處理 ， 28 等數(shù)據(jù)處理結(jié)束后自動返回 主函數(shù)， 等待下一次 中斷觸發(fā) 。 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 度發(fā) 送 數(shù) 據(jù)等 待 應(yīng) 答 信 號讀 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 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 區(qū)根 據(jù) 信 號 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。 A/DD/A芯片的選擇要慎重，最好要選 16 bit 的器件。另外也要考慮這些器件的 信號與噪聲的比例 和濾波特性。通常來講，頻率響應(yīng)（ 20－ 2400HZ）越平坦，那么整個系統(tǒng)的聲音效果就會越好。語音芯片的發(fā)送流程圖如圖 317 所示。 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 進行傳輸 。 串行口 的控制信號 是 由 程序設(shè)定控制的 。最 方便簡單 的辦法就是向 AMBE1000 輸入 ID=0x03 的命令 幀來設(shè)置控制信號，使用者可以對 SIOC 寄存器 進行配置。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 。在本 設(shè)計系統(tǒng) 中， 因為 使用硬件 進行語音壓縮 ，不需要在 單片機 中 執(zhí)行 壓縮算法，單片機的主要功能就是控制 和判斷 。單片機控制程序按功能大致可以分為三部分 :復(fù)位及時鐘分頻程序 、鎖相環(huán)倍頻程序 、 發(fā)送 /接收 程序 、數(shù)據(jù)處理等 。 29 單片機對 AMBE1000 進行初始化，由單片機發(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 上 (CLKI)的 時鐘周期。 AMBE1000 復(fù)位完成后 ，單片機 發(fā)送控制幀 ，設(shè)定 AMBE1000 的 采樣頻率以及幀同步信號的頻率，使其按照 單片機 的要求工作。AMBE1000 正常 工作時，每 20ms 從 編碼器中讀取 一幀 壓縮 后的 語音 數(shù)據(jù)， 在 MCU 中進行 數(shù)據(jù) 處理，包括去除幀頭、把純語音