基于CAN總線的語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案

文章針對(duì)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)的研究。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)可靠，語(yǔ)音質(zhì)量高的實(shí)時(shí)性通信。

　 引言

　　CAN 總線以其短幀、無(wú)損仲裁、多主工作方式、干擾能力強(qiáng)而應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)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(yǔ)音通信系統(tǒng)就是利用CAN 總線的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。利用該系統(tǒng)調(diào)度室可以在同一時(shí)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(yīng)急預(yù)案指揮搶險(xiǎn)救災(zāi);井下人員也可以及時(shí)與調(diào)度室聯(lián)系，及時(shí)通報(bào)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(bào)事情。

　　1 語(yǔ)音通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　基于 CAN 總線的語(yǔ)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(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)、多主訪問機(jī)制。地面可以通過上位機(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。在CAN 總線結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)是可以靈活接入的，這是CAN 總線網(wǎng)絡(luò)最有優(yōu)勢(shì)的地方，同時(shí)，由于不分主從，因此，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以接收信息或者在總線空閑的時(shí)候發(fā)送信息，這是CAN 總線的另外一個(gè)比較重要的優(yōu)勢(shì)。

　　2 語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)

　　語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過麥克風(fēng)輸入，經(jīng)過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，再通過語(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(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)。

　　語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖 2 語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)總體結(jié)構(gòu)圖

　　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。本設(shè)計(jì)采用帶有CAN 控制模塊的PIC18F458[4]單片機(jī)作為微控制器(MCU)以實(shí)現(xiàn)對(duì)AMBE-1000、CTM8251、 MAX9814、MAX9736 等芯片的操作控制，同時(shí)，單片機(jī)還需要控制一些按鍵和指示燈。在語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)中，PIC18F458 與各部分接口電路以及復(fù)位電路如圖3所示。

　　圖3 PIC18F458 與各部分接口

　　撥碼開關(guān)部分電路如圖4所示，用來(lái)設(shè)置語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符(ID)，ID9-ID0 依次對(duì)應(yīng)撥碼開關(guān)的10-1，其中撥碼開關(guān)上的10-6 鍵為組號(hào)，5-1 鍵為節(jié)點(diǎn)號(hào)，且撥碼開關(guān)處于ON 的電平值為“0”，反之為“1”。每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)識(shí)符來(lái)判斷自己是否需要接收?qǐng)?bào)文。

　　圖4 撥碼開關(guān)