基于CAN總線的語音節(jié)點設(shè)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(jìn)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(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。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。

　 引言

　　CAN 總線以其短幀、無損仲裁、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)字語音通信系統(tǒng)就是利用CAN 總線的特點而設(shè)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(yīng)急預(yù)案指揮搶險救災(zāi);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(jī)PC、網(wǎng)關(guān)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(luò)、多主訪問機(jī)制。地面可以通過上位機(jī)PC 對網(wǎng)關(guān)節(jié)點進(jìn)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(guān)節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點將該語音節(jié)點的ID 上傳給上位機(jī)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(jìn)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(luò)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(shè)計

　　語音數(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(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換，輸出模擬信號再經(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(shè)備控制、任務(wù)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(shè)計中是至關(guān)重要的。本設(shè)計采用帶有CAN 控制模塊的PIC18F458[4]單片機(jī)作為微控制器(MCU)以實現(xiàn)對AMBE-1000、CTM8251、 MAX9814、MAX9736 等芯片的操作控制，同時，單片機(jī)還需要控制一些按鍵和指示燈。在語音節(jié)點硬件設(shè)計中，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，用來設(shè)置語音節(jié)點的標(biāo)識符(ID)，ID9-ID0 依次對應(yīng)撥碼開關(guān)的10-1，其中撥碼開關(guān)上的10-6 鍵為組號，5-1 鍵為節(jié)點號，且撥碼開關(guān)處于ON 的電平值為“0”，反之為“1”。每個節(jié)點根據(jù)標(biāo)識符來判斷自己是否需要接收報文。

　　圖4 撥碼開關(guān)