基于CAN總線的語音節(jié)點設計方案
文章針對現(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,進行了基于CAN 總線的數(shù)字語音通信系統(tǒng)的研究。給出語音通信系統(tǒng)的總體構(gòu)成,并對節(jié)點各模塊進行詳細設計。核心部分采用內(nèi)置CAN 控制器PIC18F458 單片機作為控制器,與獨立的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 芯片作為語音編碼器。測試表明,節(jié)點間可以實現(xiàn)可靠,語音質(zhì)量高的實時性通信。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/155709.htm引言
CAN 總線以其短幀、無損仲裁、多主工作方式、干擾能力強而應用于許多工業(yè)領域,如汽車行業(yè)、煤礦安監(jiān)系統(tǒng)、智能儀表系統(tǒng)等。基于CAN 總線的數(shù)字語音通信系統(tǒng)就是利用CAN 總線的特點而設計的。利用該系統(tǒng)調(diào)度室可以在同一時間內(nèi)通知礦井中的所有工作人員安全撤離,并按照礦井應急預案指揮搶險救災;井下人員也可以及時與調(diào)度室聯(lián)系,及時通報情況;井下也具有局部通信功能,方便井下人員直接的聯(lián)系和通報事情。
1 語音通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
基于 CAN 總線的語音通信系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖 1 系統(tǒng)總體框架圖
該系統(tǒng)由上位機PC、網(wǎng)關節(jié)點、語音節(jié)點、通信電纜、終端等構(gòu)成,采用總線型網(wǎng)絡、多主訪問機制。地面可以通過上位機PC 對網(wǎng)關節(jié)點進行操作,實現(xiàn)對井下各個語音節(jié)點的任意呼叫(即點播方式)、各個組的語音節(jié)點的呼叫(即組播方式)或全部呼叫(即廣播方式)功能;井下各個語音節(jié)點也可以呼叫網(wǎng)關節(jié)點,網(wǎng)關節(jié)點將該語音節(jié)點的ID 上傳給上位機PC;并且井下各個語音節(jié)點可與其它同組的語音節(jié)點進行組內(nèi)通話通信。在CAN 總線結(jié)構(gòu)中,節(jié)點是可以靈活接入的,這是CAN 總線網(wǎng)絡最有優(yōu)勢的地方,同時,由于不分主從,因此,每一個節(jié)點都可以接收信息或者在總線空閑的時候發(fā)送信息,這是CAN 總線的另外一個比較重要的優(yōu)勢。
2 語音節(jié)點硬件電路設計
語音數(shù)據(jù)通過麥克風輸入,經(jīng)過MAX9814 進行放大,然后送到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進行A/D轉(zhuǎn)換,再通過語音處理模塊將數(shù)據(jù)壓縮打包傳送給微處理器,微處理器通過CAN 收發(fā)器將數(shù)據(jù)傳到總線上;總線上的信息通過收發(fā)器傳送給微處理器,通過微處理器傳至語音處理模塊,對其解壓縮,送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行D/A 轉(zhuǎn)換,輸出模擬信號再經(jīng)過功放模塊進行功率放大送到揚聲器,最后由揚聲器輸出語音信號。
語音節(jié)點總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖 2 語音節(jié)點總體結(jié)構(gòu)圖
2.1 處理器模塊
處理器模塊是語音通信節(jié)點的計算核心,所有的設備控制、任務調(diào)度、能量計算和功能協(xié)調(diào)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)存儲程序都將在這個模塊的支持下完成,所以處理器的選擇在語音通信節(jié)點設計中是至關重要的。本設計采用帶有CAN 控制模塊的PIC18F458[4]單片機作為微控制器(MCU)以實現(xiàn)對AMBE-1000、CTM8251、 MAX9814、MAX9736 等芯片的操作控制,同時,單片機還需要控制一些按鍵和指示燈。在語音節(jié)點硬件設計中,PIC18F458 與各部分接口電路以及復位電路如圖3所示。
圖3 PIC18F458 與各部分接口
撥碼開關部分電路如圖4所示,用來設置語音節(jié)點的標識符(ID),ID9-ID0 依次對應撥碼開關的10-1,其中撥碼開關上的10-6 鍵為組號,5-1 鍵為節(jié)點號,且撥碼開關處于ON 的電平值為“0”,反之為“1”。每個節(jié)點根據(jù)標識符來判斷自己是否需要接收報文。
圖4 撥碼開關
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