基于CAN總線的礦用語音廣播對講系統設計

摘要：綜合考慮壓縮速率、傳輸距離和音質還原等因素，利用合適的語音壓縮編碼技術G．729A，設計了基于CAN總線的廣播系統。該系統能實現話音和高品質音頻信號(MP3文件、WAV文件)在CAN總線網絡中的實時傳輸，方便擴展系統的各項功能，設計成本低，實際安裝維護方便，在煤礦井下得到了很好的應用。
關鍵詞：G．729A；CAN總線；煤礦語音傳輸

引言
隨著數字化網絡技術的迅速發展，為了進一步提高煤礦安全生產及現代化管理水平，基于工業以太網+現場總線的數字化自動控制網絡結構的語音廣播系統，正在礦用語音廣播領域受到越來越多的關注和重視。目前，在國內礦用CAN總線語音廣播系統產品中，很多公司的產品都選擇了基于話音的壓縮編碼技術(AMBE、CVSD等)，把話音壓縮成很低的速率進行傳輸并解碼還原播放。這類低壓縮率的編碼技術對于話音有比較好的還原播放效果，但是對于質量較高的音頻信號(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播的方式進行本地播放，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。另一種基于以太網技術的語音廣播系統為了實現遠傳輸距離，需要在井下鋪設光纖，成本非常高，加上井下工作環境復雜危險，光纖一旦折斷損壞，在井下現場進行熔接修理很不方便，維護成本很高。
相對于國內外市場現有的基于以太網的語音廣播系統，本文所介紹的基于CAN總線的語音廣播對講系統具有造價成本低、安裝維護方便的優勢；而相對于國內市場上的CAN總線型廣播系統而言，增加了遠距離、低帶寬條件下高品質音頻信號實時播放的功能，為煤礦井下數字化語音廣播領域提供了一個低成本、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。該語音系統主要由井下語音終端節點、CAN轉TCP／IP網關、地面調度上位機、通信電纜等組成。地面可以通過調度上位機對井下各個語音終端進行操作，實現話音和高質量音頻文件以點播方式、組呼方式和全呼方式進行傳輸，井下各個語音終端節點可以實現話音的組呼或者調度呼叫。同時，調度上位機傳輸各種控制命令對各個節點進行遠程控制，實現巡檢、監聽、聯機等功能。

本系統中CAN總線的傳輸速率為20 khps，傳輸距離不小于2 km，CAN總線終端設備通過一對雙絞線即可實現連接通信，在井下的安裝布線方便，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，足以滿足系統的各項功能需要。