一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统

技术领域

本发明涉及集成电路控制系统领域，特别涉及一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统。

背景技术

随着我国经济的发展，需要越来越多的能源，煤炭是一种不可再生的能源，自从煤炭被发掘开采以来，煤炭已经成为我国的主体能源。在煤炭的日常开采过程中，矿下皮带运输系统是最重要的部分，矿下皮带运输系统主要是将挖掘好的煤矿等物质运输到地面。

矿下皮带运输系统主要由皮带监测系统和语音通话系统组成，目前的矿下皮带监测系统和语音通话系统是两个分开的系统。对于皮带运输系统来说，考虑到矿井下恶劣的工作环境，皮带运输机在运输过程中经常会出现故障，所以一般都需要在皮带运输机沿线安装传感器用来监测保护皮带的正常运输，如果沿线的保护传感器检测到带式运输机发生故障时，会把信号发送给监控分站，接着监控分站把信号传递给监控主站，监控主站会根据接收到的数据来控制皮带运输机；对于语音通话系统来说，由于皮带机经常会发生故障，因此实时的语音通话尤为重要，可以方便工作人员进行维修时实时的交流，提高了皮带运输机的安全。语音通话系统用来采集语音数据，随后将采集到的语音数据进行压缩发送给其他分站，分站接收到语音数据后将其进行解码并且播放出来，从而实现矿下语音通话功能。

目前现有的皮带运输监测系统与井下语音通话系统是两个完全独立的系统，这使得皮带运输系统结构变的十分复杂，不利于后期的维护与检修，同时也造成了资源的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统，能够实现矿下语音对讲并且采集皮带运输沿线的保护传感器的数据，实现皮带监测与语音通话的融合。

为了达到上述发明的目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统，其特征在于，包括PLC、中央控制模块，电源模块，存储模块，通信模块，数码管显示模块、数据采集模块和语音模块，其中：

所述PLC，用于控制矿下皮带运输机的运动；

所述中央控制模块分别与PLC、数据采集模块、存储模块、语音模块、电源模块、通信模块、数码显示模块连接；

所述中央控制模块用于接收并处理从数据采集模块和语音模块接收到的数据，并将从所述数据采集模块接收并处理后的数据传输给PLC，从所述语音模块接收并处理后的数据传输给监控主站和监控分站；

所述电源模块的输出端分别与所述中央控制模块、通信模块、语音模块、数码显示模块、存储模块的输入端相连，用于为与其连接的各个模块提供电源供给；

所述存储模块用于存储语音模块的语音信号；

所述数据采集模块跟矿下皮带运输机沿线的传感器相连接，用来接收传感器的信号，并将传感器信号发送给所述中央控制模块；

所述通信模块包括以太网通信模块、CAN总线通信模块；所述以太网通信模块，用于监控主站与PLC进行数据通信；所述CAN总线通信模块，用于各个监控分站之间进行数据的通信；

所述数码显示模块，用于显示CAN子站地址，每个CAN子站对应一个监控分站；

所述语音模块用于采集语音信号和播放得到的语音信号，并把采集到语音信号发送中央控制模块。

可选地，所述中央控制模块包括：LPC1768，用于接收并处理从数据采集模块和语音模块接收到的数据，并将从所述数据采集模块接收并处理后的数据传输给PLC，从所述语音模块接收并处理后的数据传输给监控主站和监控分站。

可选地，所述电源模块可实现将24v转换为5v；

所述电源模块包括：TPS5430、0.1uf的陶瓷电容、10K电阻和3.24k电阻；将TPS5430的电压输入引脚7与24V的输入电源连接，将0.1uf的陶瓷电容与所述电压输入引脚7相连接，达到滤波的效果，输出电压由电阻决定，TPS5430的输出引脚4与10K和3.24k的电阻相连接，就可以输出5v的电压。

可选地，所述存储模块为SD卡，可以对音频文档进行存储和播放。

可选地，基于CAN总线通信模块，每个CAN子站都可以与多个连接在同一总线上的CAN子站进行数据传输。

可选地，所述语音模块可以实现不同监控分站之间的通话；所述语音模块包括：VS1063，它可以实现对于不同音频格式的数据进行编码操作。

可选地，所述语音模块中使用MP3语音编码算法，VS1063芯片采样到模拟量语音信号，接着将模拟量语音信号量化、编码得到数字量语音信号，并将其压缩成一段二进制的数字流。

可选地，所述中央控制模块采集皮带运输沿线的保护传感器的数据，当传感器检测到皮带出现故障时，将信号传输给监控分站，监控分站通过CAN总线通信模块将信号发送给主控制器PLC，PLC会根据接收到的数据来发送相应的控制指令来控制皮带机的运行。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明提供一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统，能够实现皮带监测与语音通话的融合，可以实现矿下语音对讲以及对皮带运输沿线的保护传感器的数据进行采集，本发明采用MP3语音编码算法对语音信号进行处理，可以在处于低码率的情况下，传输高质量的声音。

本发明将皮带运输监测系统与井下语音通话系统融合起来，这使得皮带运输系统结构变的十分简单，有利于后期的维护与检修。

本发明可以显示子站的地址，在遇到故障时，维修人员可以非常快速的知道发生问题的子站的位置，可以快速的到达障碍点，在进行维修时也可以很方便的与主站人员进行通话，如果发生危险，主站人员也会很快的知道情况，对其进行救援，为恢复设备的运行以及维修人员的自身安全提供了保障。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统的硬件组成简图；

图2为本发明一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统的电源模块电路图；

图3为本发明一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统的语音模块电路图；

图4为本发明一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统的语音收发切换逻辑图；

图5为本发明一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统的语音编码流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1，本实施例公开了一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统，包括PLC(PLC上位机控制器)、中央控制模块，电源模块，存储模块，通信模块，数码管显示模块、数据采集模块和语音模块，其中：

所述PLC，用于控制矿下皮带运输机的运动；

所述中央控制模块分别与PLC、数据采集模块、存储模块、语音模块、电源模块、通信模块、数码显示模块连接；

所述中央控制模块用于接收并处理从数据采集模块和语音模块接收到的数据，并将从所述数据采集模块接收并处理后的数据传输给PLC，从所述语音模块接收并处理后的数据传输给监控主站和监控分站；

所述电源模块的输出端分别与所述中央控制模块、通信模块、语音模块、数码显示模块、存储模块的输入端相连，用于为与其连接的各个模块提供电源供给；

所述存储模块用于存储语音模块的语音信号；

所述数据采集模块跟矿下皮带运输机沿线的传感器相连接，用来接收传感器的信号，并将传感器信号发送给所述中央控制模块；

所述通信模块包括以太网通信模块、CAN总线通信模块；所述以太网通信模块，用于监控主站与PLC进行数据通信；所述CAN总线通信模块，用于各个监控分站之间进行数据的通信；

所述数码显示模块，用于显示CAN子站地址，每个CAN子站对应一个监控分站；

中央控制模块直接通过程序将监控分站对应的数字写入数码管显示模块；数码显示模块可以给这些子站编号，方便清楚是几号子站。

所述语音模块用于采集语音信号和播放得到的语音信号，并把采集到语音信号发送中央控制模块。

其中，所述中央控制模块包括：LPC1768，用于接收并处理从数据采集模块和语音模块接收到的数据，并将从所述数据采集模块接收并处理后的数据传输给PLC，从所述语音模块接收并处理后的数据传输给监控主站和监控分站。

如图2，所述电源模块可实现将24v转换为5v；所电源模块包括：TPS5430、0.1uf的陶瓷电容、10K电阻和3.24k电阻；将TPS5430的电压输入引脚7与24V的输入电源连接，将0.1uf的陶瓷电容与所述电压输入引脚7相连接，达到滤波的效果，输出电压由电阻决定，TPS5430的输出引脚4与10K和3.24k的电阻相连接，就可以输出5v的电压。TPS5430外围电路简单，稳定性好，对器件和环境的依赖性小，输出电压可通过接入电压负反馈更加稳定。

其中，所述存储模块为SD卡，可以对音频文档进行存储和播放。所述存储模块的数据传输速率高，集成度较高且脆弱，容易受到静电损坏造成数据丢失，而SRV05-4电容小于1.2pF，可高效的实现SD卡高速的数据传输要求，拥有极低的漏电流，可减少正常工作下的功率损耗保护SD卡。

其中，基于CAN总线通信模块，每个CAN子站都可以与多个连接在同一总线上的CAN子站进行数据传输。

如图3，其中，所述语音模块可以实现不同监控分站之间的通话；所述语音模块包括：VS1063，它可以实现对于不同音频格式的数据进行编码操作。

其中，所述语音模块中使用MP3语音编码算法，VS1063芯片采样到模拟量语音信号，接着将模拟量语音信号量化、编码得到数字量语音信号，并将其压缩成一段二进制的数字流。

所述语音模块用于采集语音信号和播放得到的语音信号，可以实现分站与分站之间的通话，采用VS1063作为主要的芯片，它可以实现对于不同音频格式的数据进行编码操作。当进行语音对讲时，该芯片的引脚1和2会将收集到的语音数据传输给芯片VS1063，将这些数据进行语音编码，然后通过该芯片的引脚30传输到传输给其他子站的语音模块，其他子站通过语音模块的29脚接收到相应的数据，然后将接收到的数据进行语音解码，然后通过与引脚39和引脚46连接的麦克风将处理好的语音数据播放出来，从而实现了矿下皮带的语音对讲功能。

如图4所示，所述语音模块的语音数据收发模式的切换由第8路数字量输入控制，当IN8输入有效时(低电平)，中央控制模块控制VS1063芯片采样麦克风的模拟量音频输入信号，对采样的数字量数据进行编码，并通过以太网芯片将编码后的音频数据包传输到以太网。同时，VS1063芯片停止解码由中央控制模块转发的音频数据流，抑制扬声器的输出。当IN8输入无效时(高电平)，单片机控制VS1063芯片解码所收到的同一网段上的所有音频数据包，并将解码的音频采样数据进行D/A转换后在扬声器上输出。

所述语音模块中使用MP3语音编码算法，VS1063芯片采样到模拟量语音信号，接着将模拟量语音信号量化、编码得到数字量语音信号，并将其压缩成一段二进制的数字流；

如图5所示，所述MP3语音编码算法首先是将脉冲编码调制格式(PCM)的音频数据送入子带滤波器组处理成32个等频宽的子频带信号，接着将子频带信号通过离散余弦变换(MDCT)，然后通过心理声学模型对每一个子频带做量化的处理，再通过霍尔曼编码处理，最后只需将编码后的资料按照MPEG-1定义的格式输出即可。

其中，所述中央控制模块采集皮带运输沿线的保护传感器的数据，当传感器检测到皮带出现故障时，将信号传输给监控分站，监控分站通过CAN总线通信模块将信号发送给主控制器PLC，PLC会根据接收到的数据来发送相应的控制指令来控制皮带机的运行。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明提供一种基于LPC1768的矿下皮带监测与语音融合系统，能够实现皮带监测与语音通话的融合，可以实现矿下语音对讲以及对皮带运输沿线的保护传感器的数据进行采集，本发明采用MP3语音编码算法对语音信号进行处理，可以在处于低码率的情况下，传输高质量的声音。

本发明将皮带运输监测系统与井下语音通话系统融合起来，这使得皮带运输系统结构变的十分简单，有利于后期的维护与检修。

本发明可以显示子站的地址，在遇到故障时，维修人员可以非常快速的知道发生问题的子站的位置，可以快速的到达障碍点，在进行维修时也可以很方便的与主站人员进行通话，如果发生危险，主站人员也会很快的知道情况，对其进行救援，为恢复设备的运行以及维修人员的自身安全提供了保障。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。