基于can總線煤礦多點(diǎn)語(yǔ)音通信系統(tǒng)

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1、基于CAN總線煤礦多點(diǎn)語(yǔ)音通信系統(tǒng)摘要針對(duì)煤礦現(xiàn)有的模擬廣播系統(tǒng)存在抗干擾能力弱、傳輸距離短等不足，進(jìn)行了基于CAN總線的數(shù)字語(yǔ)音通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。給出語(yǔ)音通信系統(tǒng)的總體構(gòu)成，并對(duì)節(jié)點(diǎn)各模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。核心部分采用內(nèi)置CAN控制器PIC18F458單片機(jī)作為控制器，與獨(dú)立的CAN收發(fā)器CTM8251構(gòu)成CAN收發(fā)模塊；采用低傳輸速率和高通話質(zhì)量的AMBE-1000芯片作為語(yǔ)音編碼器。測(cè)試表明，節(jié)點(diǎn)間可以實(shí)現(xiàn)高語(yǔ)音質(zhì)量的可靠、實(shí)時(shí)通信。關(guān)鍵詞CAN總線語(yǔ)音通信煤礦廣播中圖分類號(hào)：TN91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2、1總體結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由上位機(jī)PC、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)、通信電纜、終端等構(gòu)成，采用總線型網(wǎng)絡(luò)、多主訪問(wèn)機(jī)制。地面可以通過(guò)上位機(jī)PC對(duì)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各個(gè)語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)的任意呼叫（即點(diǎn)播方式）、各個(gè)組的語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)的呼叫（即組播方式）或全部呼叫（即廣播方式）功能；井下各個(gè)語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)也可以呼叫網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將該語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)的ID上傳給上位機(jī)PC；并且井下各個(gè)語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)可與其它同組的語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組內(nèi)通話通信。2硬件電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過(guò)麥克風(fēng)輸入，經(jīng)過(guò)MAX9814進(jìn)行放大，然后送到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再通

3、過(guò)語(yǔ)音處理模塊將數(shù)據(jù)壓縮打包傳送給微處理器，微處理器通過(guò)CAN收發(fā)器將數(shù)據(jù)傳到總線上；總線上的信息通過(guò)收發(fā)器傳送給微處理器，通過(guò)微處理器傳至語(yǔ)音處理模塊，對(duì)其解壓縮，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬信號(hào)再經(jīng)過(guò)功放模塊進(jìn)行功率放大送到揚(yáng)聲器，最后由揚(yáng)聲器輸出語(yǔ)音信號(hào)。2.1處理器模塊處理器模塊是語(yǔ)音通信節(jié)點(diǎn)的計(jì)算核心，所有的設(shè)備控制、任務(wù)調(diào)度、能量計(jì)算和功能協(xié)調(diào)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序都將在這個(gè)模塊的支持下完成，所以處理器的選擇在語(yǔ)音通信節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。2.2CAN收發(fā)器模塊

4、在實(shí)際應(yīng)用中，PIC18F458需要接一個(gè)CAN收發(fā)器，以提高總線驅(qū)動(dòng)能力。CTM8251是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器芯片，該芯片內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件，這些都被集成在不到3平方厘米的芯片上。芯片的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平并且具有DC2500V的隔離功能。2.3語(yǔ)音處理模塊設(shè)計(jì)2.3.1AMBE-1000的主要特點(diǎn)在語(yǔ)音處理中，編碼芯片是核心部分，本設(shè)計(jì)采用的是AMBE編碼。AMBE-1000是美國(guó)DVSI公司研制、Lucent公司生產(chǎn)

5、的一款成熟的雙工聲碼器芯片，用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙工的語(yǔ)音壓縮/解壓縮功能，能實(shí)現(xiàn)低傳輸速率下高質(zhì)量的通話。2.3.2AMBE-1000與處理器模塊接口電路串行模式下AMBE-1000通過(guò)CHS_DI和CHS_DO輸入、輸出16位的數(shù)據(jù)字。聲碼器AMBE-1000工作在被動(dòng)模式，與控制器之間采用串行方式傳送數(shù)據(jù)。AMBE-1000中語(yǔ)音編碼率和前向糾錯(cuò)編碼率的選擇可以是獨(dú)立的。這些碼率可以通過(guò)命令幀的方法配置，也可以通過(guò)硬件管腳BPS_SEL[3-0]（pin3,4,5,6）來(lái)配置。本設(shè)計(jì)中設(shè)定AMBE-100

6、0的語(yǔ)音編碼率為2.4Kbps，故管腳BPS_SEL[3-0]均通過(guò)電阻接地。2.3.3語(yǔ)音A/D、D/A模塊設(shè)計(jì)對(duì)于一個(gè)高質(zhì)量的語(yǔ)音通信系統(tǒng)，A/D-D/A芯片的選擇至關(guān)重要。在選擇A/D-D/A芯片時(shí)，需要考慮這些芯片的信噪比和濾波性能。一般應(yīng)優(yōu)先考慮那些16位線性A/D-D/A芯片，以獲得較高的語(yǔ)音質(zhì)量。對(duì)于任何一種與之相連接的A/D-D/A芯片，AMBE-1000都采用8艮Hz語(yǔ)音數(shù)據(jù)采樣率。這些8kHz數(shù)據(jù)通過(guò)串行接口輸入（或者輸出）到AMBE-1000,可以通過(guò)軟件（發(fā)送命令幀）或者硬件

7、方式，進(jìn)行A/D-D/A接口的選擇和配置。2.3.4語(yǔ)音采集模塊設(shè)計(jì)本模塊的作用是將麥克風(fēng)微弱語(yǔ)音信號(hào)放大給A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)采用了具有自動(dòng)增益控制(AGC)功能的MIC放大芯片MAX9814,該芯片是Maxim推出的低成本、高品質(zhì)麥克風(fēng)放大器，器件具有低噪聲前端放大器、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、輸出放大器、麥克風(fēng)偏置電壓發(fā)生器和AGC控制電路。麥克風(fēng)語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)管腳8CMICIN)輸入MAX9814芯片,進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)放大，之后從管腳6(MICOUT)輸出，輸出的信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊即CSP102

8、7進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2.3.5功放模塊設(shè)計(jì)由于井下語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)使用環(huán)境比較嘈雜，因此需要配備功放來(lái)驅(qū)動(dòng)井下的喇叭，本系統(tǒng)采用的功放芯片為Maxim的MAX9736,可以工作在8V至28V,并具有高PSRR,無(wú)需穩(wěn)壓電源。MAX9736采用12V供電時(shí)效率可達(dá)88%。語(yǔ)音數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)解碼、D/A轉(zhuǎn)換等恢復(fù)為模擬信號(hào)。輸出的模擬信號(hào)要在經(jīng)過(guò)語(yǔ)音模塊進(jìn)行功率放大送到揚(yáng)聲器。3軟件流程設(shè)計(jì)語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)可以與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和組內(nèi)其他語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。當(dāng)與網(wǎng)關(guān)通話按鍵按下后(Button_Gate=