基于CAN總線的語音節點設計方案

文章針對現有的模擬廣播系統存在抗干擾能力弱、傳輸距離短等不足，進行了基于CAN 總線的數字語音通信系統的研究。給出語音通信系統的總體構成，并對節點各模塊進行詳細設計。核心部分采用內置CAN 控制器PIC18F458 單片機作為控制器，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，節點間可以實現可靠，語音質量高的實時性通信。

　 引言

　　CAN 總線以其短幀、無損仲裁、多主工作方式、干擾能力強而應用于許多工業領域，如汽車行業、煤礦安監系統、智能儀表系統等。基于CAN 總線的數字語音通信系統就是利用CAN 總線的特點而設計的。利用該系統調度室可以在同一時間內通知礦井中的所有工作人員安全撤離，并按照礦井應急預案指揮搶險救災;井下人員也可以及時與調度室聯系，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系和通報事情。

　　1 語音通信系統的總體結構

　　基于 CAN 總線的語音通信系統的整體結構如圖1 所示。

　　圖 1 系統總體框架圖

　　該系統由上位機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、多主訪問機制。地面可以通過上位機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;并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。在CAN 總線結構中，節點是可以靈活接入的，這是CAN 總線網絡最有優勢的地方，同時，由于不分主從，因此，每一個節點都可以接收信息或者在總線空閑的時候發送信息，這是CAN 總線的另外一個比較重要的優勢。

　　2 語音節點硬件電路設計

　　語音數據通過麥克風輸入，經過MAX9814 進行放大，然后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，最后由揚聲器輸出語音信號。

　　語音節點總體結構如圖2所示。

　　圖 2 語音節點總體結構圖

　　2.1 處理器模塊

　　處理器模塊是語音通信節點的計算核心，所有的設備控制、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。本設計采用帶有CAN 控制模塊的PIC18F458[4]單片機作為微控制器(MCU)以實現對AMBE-1000、CTM8251、 MAX9814、MAX9736 等芯片的操作控制，同時，單片機還需要控制一些按鍵和指示燈。在語音節點硬件設計中，PIC18F458 與各部分接口電路以及復位電路如圖3所示。

　　圖3 PIC18F458 與各部分接口

　　撥碼開關部分電路如圖4所示，用來設置語音節點的標識符(ID)，ID9-ID0 依次對應撥碼開關的10-1，其中撥碼開關上的10-6 鍵為組號，5-1 鍵為節點號，且撥碼開關處于ON 的電平值為“0”，反之為“1”。每個節點根據標識符來判斷自己是否需要接收報文。

　　圖4 撥碼開關