基于CAN总线的语音通信系统.doc

1、 本 科 毕 业 设 计（论文）题目 基于 CAN 总线的语音通信 院（系部） 电气学院 专业名称 自动化 年级班级 10-02 学生姓名 王俊耀 指导教师 张宏伟 2014 年 5 月 28 日- 1 -河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）任务书专业班级 自动化 10-02 班 学生姓名 王俊耀 一、题目 基于 CAN 总线的语音通信系统 二、起止日期 2014 年 03 月 20 日至 2014 年 06 月 05 日三、主要任务与要求设计一个基于 CAN 总线的语音广播系统，所有语音节点挂到同一根CAN 总线上，节点不分主从，工作人员在任何一个节点都可以与 CAN总线上的其他任何节点上

2、的工作人员进行广播对话。节点可以灵活接入。中继器用来延长通信距离，无中继通讯距离至少两公里。指 导 教 师 职称 学 院 领 导 签字（盖章）年 月 日- 2 -河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）评阅人评语题目 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日- 3 -河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）评定书题目 指 导 教 师 职称 年 月 日- 4 -河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：1、设计（论文）说明 共 页2、图纸 共 张3、指导教师意见 共 页4、评阅人意见 共 页经审查， 专业 班 同学所提交的毕业设计（论文） ，符合

3、学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。指导教师 签字（盖章）年 月 日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长） 签字（盖章）年 月 日- 5 -河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议学院 专业 班 同学的毕业设计（论文）于 年 月 日进行了答辩。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名：答辩组成员

4、签名：答辩委员会主席： 签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）说明书 摘 要近年来，煤炭安全事故频发，煤炭安全一直是煤炭生产的重中之重。传统采用电话和局部广播均不能实现井上井下自由通信，为了实现这一功能，设计了基于 CAN 总线的数字语音广播通信系统。该系统利用 CAN 总线的特点而设计的。利用该系统调度室可以在同一时间内通知矿井中的所有工作人员安全撤离，并按照矿井应急预案指挥抢险救灾;井下人员也可以及时与调度室 联系，及时通报情况;井下也具有局部通信功能，方便井下人员直接的联系和通报事情。该系统核心部分采用内置 CAN 控制器 ARM coterx-M3 内核的 STM32 单片

5、机作为控制器，与独立的 CAN 收发器 CTM8251 构成 CAN 收发模块;采用低传输速率和高通话质量的 AMBE-1000 芯片作为语音编码器。用 CSP1027 对语音进行 AD 采样和 AD 转换。通过同轴电缆或者双绞线进行信号传输，通信线路简单。各节点之间可以灵活接入，通信距离远，在不加中继器的情况下可以传输 10 公里。经测试表明，各节点间可以实现可靠，语音质量高的实时性通信。关键词： 煤矿 CAN总线 广播河南理工大学毕业设计（论文）说明书 IAbstractIn recent years, the coal safety accidents happen frequently

6、 , so the coal production safety has been a top priority . Traditional use of the telephone and the local radio can not achieve freedom ommunications inoue underground . In order to achieve this functionality, the design of digital audio broadcasting communication system based on CAN bus is made. An

7、d the system is designed using the characteristics of the CAN bus. You can use the system to notify the control room at the same time for all staff to evacuate the mine safely and in accordance with the mine contingency plans command rescue and relief ; mine personnel can contact the control room an

8、d promptly inform thing; mine also has a local communication function to facilitate underground staff direct contact and communication .Using the CAN controller with built- core ARM cortex-M3 STM32 MCU as a controller is the core of the system, which and a separate CAN transceivers CTM8251 constitut

9、e CAN transceiver module .We use low transmission rates and high call quality AMBE-1000 chip as a speech coder .We use CSP1027 to AD sample and AD convert for voice . Signal transmitted through a coaxial cable or twisted pair . Communication line is simple . The inter nodes can be flexible access.Th

10、ough communication distance, without repeaters it can transmit 10 km .Tests showed that the inter nodes can achieve reliable , high- quality voice and real-time communications .Key words: Coal CAN bus broadcasts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 i目 录 引 言 .11 整体设计 .22 结点设计 .42.1 单片机的选型和最小系统的设计 .52.1.1 单片机的选择 .52.1.2

11、单片机最小系统的设计 .72.2 CAN 总线接口的 .82.3 语音模块 .92.3.1 语音 AD 采样和 DA 转换模块 .92.3.2 语音压缩和解压缩模块 .102.4 运放模块 .112.5 节点状态转换 .123 通讯网络的设计 .143.1 中继器的设计 .143.2 通信电路的比较和选择 .154 软件算法设计 .164.1 软件设计的整体思想 .164.2 主函数程序流程图设计 .164.3.1 RTC 定时器中断 .184.3.2 CAN 接收中断 .184.4 语音采集和语音还原的程序设计 .194.4.1 语音芯片的复位 .194.4.2 语音帧的读写 .194.5

12、数据帧格式的转换 .215 调试 .225.1 语音模块的调试 .225.2 通信电路的调试 .225.3 整体调试 .226 结论 .23致 谢 .24参考文献 .25附录一：语音模块电路图 .26附录二：单片机最小系统电路图 .27附录三：主控板的电路图 .28附录四：部分程序 .29河南理工大学毕业设计（论文）说明书 0引 言中国作为产煤大国，煤矿安全一直是煤炭生产中的重中之重。如何保持调度室与井下通信实时和畅通是保障煤矿安全生产的重要环节。现在国内通信系统只要分为两种：一种是调度电话，包括有线和无线两种；另一种是井下局部扩音电话系统。调度电话和家庭用的电话机一样，必须响铃，等待接通，实

13、现通话。然后有接话人告诉周围的人员，存在着声音过小，难以挺清楚的问题。局部扩音电话只剩实现矿下局部通信，不能实现和地面的联系。针对现有通讯系统的弊端，建立一套实时的煤矿语音通信系统来保障煤矿人员在紧急情况下的安全撤离是当务之急。CAN 总线采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通讯总线相比，它的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性等特点。CAN 总线各节点之间不分主次，可以根据需要设计不同的优先级，可以实现点对群体的通信。在通信距离不超过 10 千米的情况下，通信速度可以达到 1M/s。采用非破坏性仲裁，节点数量目前可达到 110个，通信线路可采用双绞线，同轴电缆和光纤。CAN 总线具有节点容易扩展的特点。AMBE 编码采用了低速高效的编码方式，可以在 2.4Kb/s 的情况下达到接近 GSM语音质量的通话效果，而且具有较好的自然度和容忍环境噪声的能力， 是目前这一速率范围内较理想的编码方案，非常适合应用在远距离传输的语音系统中。本设计针对煤矿环境的特点，以 CAN 总线和 AMBE 编码技术为基础，采用 STM32芯片和 AMBE1000 为核心设计的一套基于 CAN 总线的煤矿语音通信系统。