煤矿数字通讯体系规划
  发表时间:2024-04-15 02:21:21 | 作者:米乐首页 

  。文中介绍了该体系的软硬件规划,经测验,该体系在实践环境中具有杰出的稳定性和实时性。

  我国作为产煤大国,煤矿安全一向都是重中之重。怎么保证井下和井上之间牢靠的实时语音通讯,越来越遭到注重和注重。现在煤矿通讯体系首要分为两种:一种是调度电话,包含有线和无线电话;另一种是井下部分扩音电话体系。关于数字通讯方法,现在许多公司仍选用模仿信号来完结煤矿语音体系,与数字语音通讯体系比较,其存在不稳定、不灵敏等缺陷,而现阶段模仿通讯体系已逐步被替代。现在,现场总线已开展成为集计算机网络、现场操控、生产办理等内容为一体的现场总线操控体系。因为现场总线散布在自动化运用的各个旮旯,给规划者和运用者供给了便利,但这些运用均被约束于数据传输。本规划根据CAN总线构建井下对讲体系,与其他通讯方法比较,其具有较好的实时性、牢靠性和灵敏性。

  体系结构框图如图1所示,一语音节点经过麦克风收集动静信号,以8 kHz采样进行A/D量化成16位数据,然后经语音紧缩芯片进行数据紧缩,并传输给STM32处理器,处理器经CAN收发器传输至井下语音CAN总线上。其他语音节点经过CAN收发器接纳井下语音CAN总线上的紧缩数据,经语音解码芯片进行解码后经过D/A转化,再由扩音器播出。

  本体系运用于井下皮带保护体系,具有收集井下皮带作业状况信息和操控井下皮带运作,一起还具有语音通讯体系。处理器作为体系中心,需对语音信息、皮带作业信息及其通讯协议进行处理、整合、贮存、调度,因而处理器的挑选是要害。体系选用ST公司的互联性系列操控器STM32F107作为模块处理器,此芯片具有较强的工业功用,体系时钟最高可达72 MHz,标准外设有10个定时器、两个12位1-Msample/s AD、两个12位D/A、两个I2C接口、5个USART接口和3个SPI端口以及高质量数字音频接口IIS。别的STM32F107具有全速USB(OTG)接口,两路CAN2.0B接口,以及以太网10/100 MAC模块,以此满意皮带保护体系。体系运用其间一路用来完结语音通讯;另一路用来完结现场办理及现场操控。处理器部分电路如图2所示。主控芯片除了有必要的复位、晶振、电源等电路外,还包含了与CAN总线收发增强器以及与AMBE-1000语音编码芯片的衔接。主控芯片STM32F107与AMBE-1000之间选用SPI同步出口衔接,而AlMBE-1000与CSP-1027S之间选用了专用的同步接口衔接,该种接口无需添加额定的单片机驱动便可进行通讯。最终将CSP-1027S与麦克风、扬声器之间进行衔接。

  CAN总线传输间隔是以献身带宽为价值,因而需在保证杰出语音质量的条件下,选用较低语音比特率传输,表1为CAN总线传输间隔与波特率联系。

  为保证高保真、低带宽语音通讯,体系选用MBE技能进行语音紧缩。数字语音紧缩现在在多媒体信息技能和网络技能中运用广泛,而紧缩技能也较为老练。因为选用DSP进行数字语音紧缩,算法杂乱且价格昂贵,故本体系选用单片集成芯片AMBE-1000进行语音紧缩。AMBE-1000是一款高功用多速率语音编解码芯片,选用MBE技能的语音紧缩算法,具有语音音质好和编码速率低一级长处,语音编解码速率可在2.4~9.6 kbits-1之间以50 kbits-1的间隔改变,即便在2.4 kbits-1时,仍可坚持天然的语音质量和可懂度。一切编码和解码操作均在芯片内部完结,无需额定的存储器。这些特性使其适用于本体系规划。体系中CAN波特率设为18 kbits-1,传输间隔2 km。

  AMBE-1000集成编码器和解码器,两者彼此独立。编码器接纳8 kHz采样的语音数据流并以必定的速率输出信道数据。相反,解码器接纳信道数据并合成语音数据流。编码器和解码器接口的时序是彻底异步的,其作业信道结构如图3所示。语音信息经过发送方的AMBE-1000编码器被紧缩为数字言语编码,经CAN总线传入接纳方的AMBE-1000解码器,再经由解码器得到发送方的语音信息。相同,原接纳方也可由相同的方法将本身的言语信息传递至原发送方。

  AMBE-1000选用A/D-D/A芯片作为语音信号的接口。为满意要求与功用,体系选用A/D-D/A芯片CSP1027S与AMBE-1000作为接口衔接。芯片集成16位串行A/D和D/A,由低功耗的CMOS技能和低电压数字体系规划而成,其模仿接口处内置了前置放大器,因而能够输入较小的语音信号。契合G.712语音频带呼应和信噪比标准,最高采样率可达24 kHz,满意AMBE-1000编码要求。其与AMBE接口电路如图4所示。

  为进步处理器CAN总线的驱动才能,需在处理器与现场总线间添加CAN收发器。体系选用周建功的CTM8251,该芯片内部集成了CAN所必需的阻隔及收发器材。该芯片的首要功用是将CAN操控器的逻辑电平转化为CAN总线所必需的差分电平,并具有DC-DC阻隔功用,其接口电路如图5所示。

  体系软件在Keil4开发环境完结规划,一起该开发环境与Jlink-v8合作可完结在线调试功用,为本体系的完结供给了便利。

  软件根据模块化规划,不同模块完结相应功用。首要,开机进入设备初始化功用,其间包含体系时钟装备、管脚装备、CAN操控器装备、AMBE-1000初始化等。体系时钟装备为72 MHz,这是主控芯片STM32F107所能到达的最高作业频率,在该频率下具有足够高的功率来处理各外设信息。对管脚的装备包含对按键和部分外设I/O口的装备,对CAN总线操控器的装备首要为传输速度装备。因井下一般两节点间隔3 km,且语音经过紧缩后为8 kbits-1,所以将CAN总线 kbits-1,这便满意了3 km的传输要求。AMBE-1000的初始化首要为通讯接口的初始化,其通讯接口为SPI同步串口,可直接与主控芯片的SPI接口衔接。

  体系启动后进入正常作业形式,当有语音按钮按下时,处理器进入语音收集形式,并经过SPI使能AMBE-1000,AMBE-1000将线 ms紧缩为一个语音数据包,再经由STM32主控芯片将紧缩包上传至CAN总线。CAN总线接纳端装备成中止形式,当有语音数据接纳时,触发中止并将该数据紧缩包经过SPI同步串口传入AMBE-1000,并操控其进行解紧缩并播映。在解码器部分,当其检测到丢掉一帧语音数据时,能根据上一帧数据尽量真实地猜测下一帧语音数据,一起给出恰当的语音信号。体系流程如图6所示,中止程序流程如图7所示。

  测验体系由两个语音节点组成,两节点之间由20 m线长相衔接,并在一号节点放置信号发生器,二号节点放置示波器与分贝计。因人声频率规模为300~3 400 Hz之间,所以信号发生器别离取在该规模内的5个点作为测验点,测验成果如表2所示。

  对应这5个频率点由信号发生器宣布呼应频率的正弦波,再由分贝计从节点2的扬声器动静中测得分贝值,而失真度可经过示波器调查出正弦波的失真状况。测验成果阐明,扬声器动静80 dB,失线%,根本满意人声的辨识度。

  经过实践测验证明了将语音信号进行紧缩并经过CAN总线进行传输作业杰出,完结了低速率数字长途传达。一起本体系具有较好的灵敏性,可完结播送、组播、点对点等多种通讯方法,并具有较好的实时性和抗干扰性。

  文中介绍了一种运用于煤矿的井下语音传输体系,该体系根据MBE语音紧缩技能,且以CAN总线为传输方法。本体系运用于井下皮带保护体系中的语音扩音体系内,首要用以完结井上与井下,以及井下各部分进行的彼此实时语音通讯,为保证煤矿安全供给保证。文中规划本钱较低,便于保护和修正,且实用性较强。

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