基于CAN总线的煤矿井下广播系统设计
发布时间：2022-01-22 18:43
煤矿语音广播系统具有指导日常生产活动以及煤矿灾难时期的预警、应急通信等功能。其中日常生产活动包括定时广播、安全宣传、音乐播放、指导煤矿生产作业、设备安装等功能。语音传输的实时性、可靠性以及接收的语音质量是广播系统安全可靠的重要因素。针对井下恶劣的电磁干扰和噪声环境对煤矿广播系统音频传输功能的影响,深入研究煤矿广播系统的安全可靠性和语音增强方法对实际工程应用具有重要的意义。本文主要研究内容有双路CAN设计和噪声功率密度（PSD）估计。煤矿井下广播系统由地面上位机音频服务器和井下的广播主站、广播终端两层设备组成。采用以太网、双路CAN总线组网传输方式,地面与井下的设备通过CAN总线与以太网协议相互转换实现数据传输。当井下的有线传输电缆发生故障时,CAN总线的单点失效故障模式导致井下节点与地面通信失效,针对此问题本文提出双路CAN冗余设计。煤矿井下广播系统的硬件设计是以ARM为核心,其中包括本安电源模块、双路CAN总线模块、音频采集模块电路等外围电路;在嵌入式Linux系统硬件平台基础上进行双路CAN模块、音频采集模块以及CAN睡眠唤醒等软件设计。依据煤矿井下语音的背景噪声具有非平稳噪声、低...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
以太网数据帧Fig.2-1TheEthernetFrame
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-8-图2-2CAN数据帧格式Fig.2-2CANdataframeformatCAN总线分层结构由数据链路层、物理层以及应用层构成。其中数据链路层包括提供数据传输逻辑链路功能的控制子层(LLC)，远程数据请求、恢复管理和过载通知功能的媒体访问控制子层(MAC)。MAC子层是CAN协议的核心，其规定了控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、错误标定等传输规则。物理层根据相应的电压特点进行位传输，主要涉及位时间、位编码和位同步[26]。CAN总线协议规定的传输方式为：串行差分电平CAN_H、CAN_L分别是隐性逻辑“1”和显性逻辑“0”。显性、隐性电平是CAN总线仲裁的基矗CAN总线逻辑电平传输信号如图2-3所示。图2-3CAN总线差分电平的物理特性Fig.2-3PhysicalcharacteristicsofdifferentiallevelofCANbus当总线同时传输多个数据帧，总线传输的规则是多个广播终端节点发出的数据帧经过“线与逻辑”，只要有逻辑“0”输出即是逻辑“0”。“线与逻辑”的结果是ID信息最小的数据帧具有最高优先权发送。数据帧ID提供了优先级顺序，ID值最低优先级最高，ID信息也决定设备是否接收其他节点发送的数据郑优先
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-8-图2-2CAN数据帧格式Fig.2-2CANdataframeformatCAN总线分层结构由数据链路层、物理层以及应用层构成。其中数据链路层包括提供数据传输逻辑链路功能的控制子层(LLC)，远程数据请求、恢复管理和过载通知功能的媒体访问控制子层(MAC)。MAC子层是CAN协议的核心，其规定了控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、错误标定等传输规则。物理层根据相应的电压特点进行位传输，主要涉及位时间、位编码和位同步[26]。CAN总线协议规定的传输方式为：串行差分电平CAN_H、CAN_L分别是隐性逻辑“1”和显性逻辑“0”。显性、隐性电平是CAN总线仲裁的基矗CAN总线逻辑电平传输信号如图2-3所示。图2-3CAN总线差分电平的物理特性Fig.2-3PhysicalcharacteristicsofdifferentiallevelofCANbus当总线同时传输多个数据帧，总线传输的规则是多个广播终端节点发出的数据帧经过“线与逻辑”，只要有逻辑“0”输出即是逻辑“0”。“线与逻辑”的结果是ID信息最小的数据帧具有最高优先权发送。数据帧ID提供了优先级顺序，ID值最低优先级最高，ID信息也决定设备是否接收其他节点发送的数据郑优先
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种现场总线介质访问控制方式实时性分析[J]. 刘美俊,AKHTAR Adnan Ibne. 厦门理工学院学报. 2019(03)
[2]基于CAN总线冗余结构的矿下智能语音系统设计[J]. 陈新星,娄柯,高子朗. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(03)
[3]矿用多路隔爆兼本质安全型线性电源设计与研究[J]. 田小超,王小龙,王博,闫文超. 煤炭技术. 2018(03)
[4]基于CAN总线和ARM的矿井安全监测系统的应用与研究[J]. 何瑛. 煤矿机械. 2017(04)
[5]基于CAN总线的煤矿语音广播系统设计[J]. 李华. 科技创新与应用. 2017(05)
[6]基于CAN总线的煤矿数字语音通信系统研究[J]. 乔鹏,邓三鹏,王春明,孙康. 天津职业技术师范大学学报. 2013(01)
[7]基于现场总线的语音通信混和应用的研究[J]. 丁恩杰,赵正芳,单伟振. 煤炭科学技术. 2008(01)
[8]基于MMSE-LSA语音增强算法在非平稳环境下的研究与实现[J]. 张鹏,张艳宁,付中华,张亚娟. 计算机工程与设计. 2007(19)
[9]基于Linux的RF芯片驱动程序设计和实现[J]. 马世伟,梁维斌,豆晓强. 电子测量技术. 2007(02)
[10]基于现场总线的语音通信方法的研究[J]. 乔有田. 扬州职业大学学报. 2006(02)
硕士论文
[1]基于噪声估计的语音增强算法研究与实现[D]. 王冕.湖南大学 2018
[2]基于NMF的语音增强算法研究[D]. 蒋茂松.辽宁工业大学 2018
[3]四通道CAN总线模块研制[D]. 周颖.哈尔滨工业大学 2017
[4]矿井运输控制与语音融合系统的研究[D]. 靳栋栋.中国矿业大学 2017
[5]双网冗余CAN-以太网网关的设计与实现[D]. 张恒.广东工业大学 2016
[6]嵌入式CAN总线与以太网冗余网关的设计与实现[D]. 刘闯.大连海事大学 2016
[7]基于CAN总线的煤矿广播系统的研究[D]. 路小敏.西安科技大学 2015
[8]非平稳噪声环境中的语音增强技术研究[D]. 张海南.电子科技大学 2015
[9]基于以太网和CAN总线的煤矿数字语音广播系统的研究[D]. 魏免.中国矿业大学 2015
[10]用于矿井无线通信语音压缩的研究[D]. 赵红玉.太原理工大学 2014
本文编号：3602707
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
以太网数据帧Fig.2-1TheEthernetFrame
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-8-图2-2CAN数据帧格式Fig.2-2CANdataframeformatCAN总线分层结构由数据链路层、物理层以及应用层构成。其中数据链路层包括提供数据传输逻辑链路功能的控制子层(LLC)，远程数据请求、恢复管理和过载通知功能的媒体访问控制子层(MAC)。MAC子层是CAN协议的核心，其规定了控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、错误标定等传输规则。物理层根据相应的电压特点进行位传输，主要涉及位时间、位编码和位同步[26]。CAN总线协议规定的传输方式为：串行差分电平CAN_H、CAN_L分别是隐性逻辑“1”和显性逻辑“0”。显性、隐性电平是CAN总线仲裁的基矗CAN总线逻辑电平传输信号如图2-3所示。图2-3CAN总线差分电平的物理特性Fig.2-3PhysicalcharacteristicsofdifferentiallevelofCANbus当总线同时传输多个数据帧，总线传输的规则是多个广播终端节点发出的数据帧经过“线与逻辑”，只要有逻辑“0”输出即是逻辑“0”。“线与逻辑”的结果是ID信息最小的数据帧具有最高优先权发送。数据帧ID提供了优先级顺序，ID值最低优先级最高，ID信息也决定设备是否接收其他节点发送的数据郑优先
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-8-图2-2CAN数据帧格式Fig.2-2CANdataframeformatCAN总线分层结构由数据链路层、物理层以及应用层构成。其中数据链路层包括提供数据传输逻辑链路功能的控制子层(LLC)，远程数据请求、恢复管理和过载通知功能的媒体访问控制子层(MAC)。MAC子层是CAN协议的核心，其规定了控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、错误标定等传输规则。物理层根据相应的电压特点进行位传输，主要涉及位时间、位编码和位同步[26]。CAN总线协议规定的传输方式为：串行差分电平CAN_H、CAN_L分别是隐性逻辑“1”和显性逻辑“0”。显性、隐性电平是CAN总线仲裁的基矗CAN总线逻辑电平传输信号如图2-3所示。图2-3CAN总线差分电平的物理特性Fig.2-3PhysicalcharacteristicsofdifferentiallevelofCANbus当总线同时传输多个数据帧，总线传输的规则是多个广播终端节点发出的数据帧经过“线与逻辑”，只要有逻辑“0”输出即是逻辑“0”。“线与逻辑”的结果是ID信息最小的数据帧具有最高优先权发送。数据帧ID提供了优先级顺序，ID值最低优先级最高，ID信息也决定设备是否接收其他节点发送的数据郑优先
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种现场总线介质访问控制方式实时性分析[J]. 刘美俊,AKHTAR Adnan Ibne. 厦门理工学院学报. 2019(03)
[2]基于CAN总线冗余结构的矿下智能语音系统设计[J]. 陈新星,娄柯,高子朗. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(03)
[3]矿用多路隔爆兼本质安全型线性电源设计与研究[J]. 田小超,王小龙,王博,闫文超. 煤炭技术. 2018(03)
[4]基于CAN总线和ARM的矿井安全监测系统的应用与研究[J]. 何瑛. 煤矿机械. 2017(04)
[5]基于CAN总线的煤矿语音广播系统设计[J]. 李华. 科技创新与应用. 2017(05)
[6]基于CAN总线的煤矿数字语音通信系统研究[J]. 乔鹏,邓三鹏,王春明,孙康. 天津职业技术师范大学学报. 2013(01)
[7]基于现场总线的语音通信混和应用的研究[J]. 丁恩杰,赵正芳,单伟振. 煤炭科学技术. 2008(01)
[8]基于MMSE-LSA语音增强算法在非平稳环境下的研究与实现[J]. 张鹏,张艳宁,付中华,张亚娟. 计算机工程与设计. 2007(19)
[9]基于Linux的RF芯片驱动程序设计和实现[J]. 马世伟,梁维斌,豆晓强. 电子测量技术. 2007(02)
[10]基于现场总线的语音通信方法的研究[J]. 乔有田. 扬州职业大学学报. 2006(02)
硕士论文
[1]基于噪声估计的语音增强算法研究与实现[D]. 王冕.湖南大学 2018
[2]基于NMF的语音增强算法研究[D]. 蒋茂松.辽宁工业大学 2018
[3]四通道CAN总线模块研制[D]. 周颖.哈尔滨工业大学 2017
[4]矿井运输控制与语音融合系统的研究[D]. 靳栋栋.中国矿业大学 2017
[5]双网冗余CAN-以太网网关的设计与实现[D]. 张恒.广东工业大学 2016
[6]嵌入式CAN总线与以太网冗余网关的设计与实现[D]. 刘闯.大连海事大学 2016
[7]基于CAN总线的煤矿广播系统的研究[D]. 路小敏.西安科技大学 2015
[8]非平稳噪声环境中的语音增强技术研究[D]. 张海南.电子科技大学 2015
[9]基于以太网和CAN总线的煤矿数字语音广播系统的研究[D]. 魏免.中国矿业大学 2015
[10]用于矿井无线通信语音压缩的研究[D]. 赵红玉.太原理工大学 2014
本文编号：3602707
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