基于CAN總線(xiàn)的礦用語(yǔ)音廣播對講系統設計

摘要：綜合考慮壓縮速率、傳輸距離和音質(zhì)還原等因素，利用合適的語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)G．729A，設計了基于CAN總線(xiàn)的廣播系統。該系統能實(shí)現話(huà)音和高品質(zhì)音頻信號(MP3文件、WAV文件)在CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的實(shí)時(shí)傳輸，方便擴展系統的各項功能，設計成本低，實(shí)際安裝維護方便，在煤礦井下得到了很好的應用。
關(guān)鍵詞：G．729A；CAN總線(xiàn)；煤礦語(yǔ)音傳輸

引言
隨著(zhù)數字化網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速發(fā)展，為了進(jìn)一步提高煤礦安全生產(chǎn)及現代化管理水平，基于工業(yè)以太網(wǎng)+現場(chǎng)總線(xiàn)的數字化自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò )結構的語(yǔ)音廣播系統，正在礦用語(yǔ)音廣播領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視。目前，在國內礦用CAN總線(xiàn)語(yǔ)音廣播系統產(chǎn)品中，很多公司的產(chǎn)品都選擇了基于話(huà)音的壓縮編碼技術(shù)(AMBE、CVSD等)，把話(huà)音壓縮成很低的速率進(jìn)行傳輸并解碼還原播放。這類(lèi)低壓縮率的編碼技術(shù)對于話(huà)音有比較好的還原播放效果，但是對于質(zhì)量較高的音頻信號(MP3文件、WAV文件等)，在解壓后的播放效果非常不理想，從而只能采用上位機點(diǎn)播的方式進(jìn)行本地播放，終端設備上必須安裝大容量的存儲設備，存儲內容在井下的更新和修改很不方便。另一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的語(yǔ)音廣播系統為了實(shí)現遠傳輸距離，需要在井下鋪設光纖，成本非常高，加上井下工作環(huán)境復雜危險，光纖一旦折斷損壞，在井下現場(chǎng)進(jìn)行熔接修理很不方便，維護成本很高。
相對于國內外市場(chǎng)現有的基于以太網(wǎng)的語(yǔ)音廣播系統，本文所介紹的基于CAN總線(xiàn)的語(yǔ)音廣播對講系統具有造價(jià)成本低、安裝維護方便的優(yōu)勢；而相對于國內市場(chǎng)上的CAN總線(xiàn)型廣播系統而言，增加了遠距離、低帶寬條件下高品質(zhì)音頻信號實(shí)時(shí)播放的功能，為煤礦井下數字化語(yǔ)音廣播領(lǐng)域提供了一個(gè)低成本、低功耗、多功能的新型解決方案。

1 系統總體構架
本系統的總體構架如圖1所示。該語(yǔ)音系統主要由井下語(yǔ)音終端節點(diǎn)、CAN轉TCP／IP網(wǎng)關(guān)、地面調度上位機、通信電纜等組成。地面可以通過(guò)調度上位機對井下各個(gè)語(yǔ)音終端進(jìn)行操作，實(shí)現話(huà)音和高質(zhì)量音頻文件以點(diǎn)播方式、組呼方式和全呼方式進(jìn)行傳輸，井下各個(gè)語(yǔ)音終端節點(diǎn)可以實(shí)現話(huà)音的組呼或者調度呼叫。同時(shí)，調度上位機傳輸各種控制命令對各個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行遠程控制，實(shí)現巡檢、監聽(tīng)、聯(lián)機等功能。

本系統中CAN總線(xiàn)的傳輸速率為20 khps，傳輸距離不小于2 km，CAN總線(xiàn)終端設備通過(guò)一對雙絞線(xiàn)即可實(shí)現連接通信，在井下的安裝布線(xiàn)方便，維護成本很低。在該系統中，選用了Cortex-M3內核的微處理器LPC1768，最高速率可以達到100MHz，足以滿(mǎn)足系統的各項功能需要。