基於CAN總線的煤礦多點語音通信係統
網絡技術
作者：王軍輝 王東升 劉誌坤 張棟天 袁鋒
摘 要 針對煤礦現有的模擬廣播係統存在抗幹擾能力弱、傳輸距離短等不足，進行了基於CAN總線的數字語音通信係統的設計。給出語音通信係統的總體構成，並對節點各模塊進行詳細設計。核心部分采用內置CAN控製器PIC18F458單片機作為控製器，與獨立的CAN收發器CTM8251構成CAN收發模塊；采用低傳輸速率和高通話質量的AMBE-1000芯片作為語音編碼器。測試表明，節點間可以實現高語音質量的可靠、實時通信。
關鍵詞 CAN總線 語音通信 煤礦廣播
中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A
1總體結構
該係統由上位機PC、網關節點、語音節點、通信電纜、終端等構成，采用總線型網絡、多主訪問機製。地麵可以通過上位機PC對網關節點進行操作，實現對井下各個語音節點的任意呼叫（即點播方式）、各個組的語音節點的呼叫（即組播方式）或全部呼叫（即廣播方式）功能；井下各個語音節點也可以呼叫網關節點，網關節點將該語音節點的ID上傳給上位機PC；並且井下各個語音節點可與其它同組的語音節點進行組內通話通信。
2硬件電路設計
語音數據通過麥克風輸入，經過MAX9814進行放大，然後送到數模轉換模塊進行A/D轉換，再通過語音處理模塊將數據壓縮打包傳送給微處理器，微處理器通過CAN收發器將數據傳到總線上；總線上的信息通過收發器傳送給微處理器，通過微處理器傳至語音處理模塊，對其解壓縮，送到模數轉換模塊進行D/A轉換，輸出模擬信號再經過功放模塊進行功率放大送到揚聲器，最後由揚聲器輸出語音信號。
2.1處理器模塊
處理器模塊是語音通信節點的計算核心，所有的設備控製、任務調度、能量計算和功能協調、通信協議、數據整合和數據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點設計中是至關重要的。
2.2 CAN收發器模塊
在實際應用中，PIC18F458需要接一個CAN收發器，以提高總線驅動能力。CTM8251是一款帶隔離的通用CAN收發器芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發器件，這些都被集成在不到3平方厘米的芯片上。芯片的主要功能是將CAN控製器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平並且具有DC 2500V的隔離功能。
2.3語音處理模塊設計
2.3.1AMBE-1000的主要特點
在語音處理中，編碼芯片是核心部分，本設計采用的是AMBE編碼。AMBE-1000是美國DVSI公司研製、Lucent公司生產的一款成熟的雙工聲碼器芯片，用來實現雙工的語音壓縮/解壓縮功能，能實現低傳輸速率下高質量的通話。
2.3.2AMBE-1000與處理器模塊接口電路
串行模式下AMBE-1000通過CHS_DI和CHS_DO輸入、輸出16位的數據字。聲碼器AMBE-1000工作在被動模式，與控製器之間采用串行方式傳送數據。AMBE-1000中語音編碼率和前向糾錯編碼率的選擇可以是獨立的。這些碼率可以通過命令幀的方法配置，也可以通過硬件管腳BPS_SEL[3-0]（pin 3，4，5，6）來配置。本設計中設定AMBE-1000的語音編碼率為2.4Kbps，故管腳BPS_SEL[3-0]均通過電阻接地。