>[0033]所述微控制器单元与音频编解码模块、以太网通信模块、CAN总线通信模块、RS485通信模块、I /0模块、电源模块、人机交互界面连通。
[0034]所述音频编解码单元的MIC输入用于麦克风录音，LINE输入用于音频输入，将声音信号处理后传送至微控制器单元;所述音频编解码单元是在接收到微控制器单元播放语音指令后将数字量语音信号做解码还原，并通过D/A转换电路转换成电信号;所述音频功放模块是在上述电信号经过前级放大后进一步放大;所述喇叭单元是将被放大的信号转换成声音信号，用于播放;因为矿井下噪音较大，所以可以保证接受者能够听清指令。
[0035]所述微控制器单元采用STM32F103VET6型单片机，并配置相应数据存储模块与程序存储模块。STM32F103VET6型单片机使整个系统的质量、功能、精度大幅度提升，微控制器单元为整个装置的控制核心与运算核心，且主要用到的时钟、复位、下载电路设计简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。
[0036]所述音频编解码模块采用VS1063A芯片包含7424B的录音缓冲区和32B的播放缓冲区及音频耳机放大器，音频驱动电路包括MIC输入、LINE输入。
[0037]以太网通信模块采用全硬件实现TCP/IP协议栈控制器W5200，支持全双工工作模式，用于音频服务器、本安调度主机与广播主站之间的通信。
[0038]CAN总线通信模块用于广播主站与广播分站之间的通信，包括CTM1050T收发器，能够用于电气隔离，符合IS011898标准。
[0039]RS485通信模块采用ADM2587E型收发器，差分传输方式，抗共模干扰能力强，用于对广播分站的固件升级或作为冗余通信接口。
[0040]所述I/O模块包括I组Sbit拨码开关电路、4个LED调试指示电路、6路光耦隔离数字输入电路和8路继电器输出电路用于调试和后期应用预留。
[0041]所述电源模块，包括滤波、保护、电压转换电路，电源接入后通过电源管理模块分别给每部分电路供电。系统进线电源为AC220V/50HZ，经AC/DC变换为12V直流电源，系统启动电流大于或者等于1.3A，所有电路中最大电容为0.47uF，最大电感为0.47uF，符合GB3836.4一 2010对矿用本安型设备的要求。
[0042]图3为本发明的人机交互界面的主界面图；如图3所示，一种矿用本安型双向数字语音广播系统及其相关硬件架构，所述人机交互界面通过转接板与主板相连，安装于广播主站、广播分站的本安防爆箱外壳表面，安装过程中需要防尘防水，达到矿用电气设备要求:显示模块选用JLX19242C-1 LCD，包括软件控制区、功能测试区、主站网络参数配置区、音频文件选择区、音量控制区、系统播放模式控制区和特殊功能区。
[0043]其中“软件控制区”用来显示主机名、IP地址、权限登陆设置和开启软件；“功能测试区”通过输入目标IP，完成音频服务器和目标机的双向对讲测试；“主站网络参数配置区”可自动搜索系统中所有广播主站，并显示网络参数(MAC地址、IP地址、子网掩码、网关)，用户可查看并修改这些参数；“音频文件选择区”可选中音频文件(如歌曲)对广播终端(包括主站和分站)进行流媒体播放；“音量控制区”用来控制广播主站的音频采集和回放的音量；“特殊功能区”包括了一键预警(喊话)、定时播放、打点、固件升级等功能，均可根据要求设定服务范围；“系统播放模式控制区”包括“主站终端IP列表显示区”、“主站播放模式”和“线路广播模式”3个功能区。
[0044]根据显示的主站位置及IP地址来选择哪些广播主站可进行单播、广播或组播通信，如连续选中序号I和2的广播主站，接着点击“加入组播”按钮，再点击“开启语音”按钮，即可对广播主站I和2进行通话。若进行“线路广播模式”，只需选中相应线路的主站终端IP地址如序号I，点击相应的线路广播模式按钮如“单线广播(单线播放)”，即可对主站序号为I的整条线路进行广播通信。
[0045]综上，本系统及其相关硬件架构可以实现任意两个广播终端之间或者与地面调度之间的全双工对话，并很方便的实现矿井下工作人员的调度，进而提高煤矿安全生产效率。
【主权项】
1.一种矿用本安型双向数字语音广播系统及其相关硬件架构，包括音频服务器、本安调度主机、井下隔爆兼本安型广播主站、井下隔爆兼本安型广播分站、通信数据传输介质，其特征在于:还包括矿用以太网交换机单元，广播主站通过以太网交换机单元接口上设置的网络变压器与矿用以太网交换机单元连接； 所述本安调度主机、井下隔爆兼本安型广播主站、井下隔爆兼本安型广播分站具有微控制器单元、喇叭单元、音频编解码模块、音频功放模块、以太网通信模块、CAN总线通信模块、RS485通信模块、I/O模块、电源模块、人机交互界面;所述微控制器单元与音频编解码模块、以太网通信模块、CAN总线通信模块、RS485通信模块、I/O模块、电源模块、人机交互界面连通，音频信号通过音频编解码模块输入至微控制器单元，微控制器单元将信号依次通过音频编解码模块、音频功放模块、喇叭单元输出； 音频服务器、本安调度主机与广播主站之间采用以太网通信，广播主站与广播分站之间采用CAN总线通信;音频服务器作为上位机安装有相应的组态软件，并能设置每一个广播主站的IP地址，广播主站为每个广播分站分配一个ID号； 所述矿用交换机单元支持全双工工作模式。2.根据权利要求1所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:所述本安调度主机与音频服务器可单独或配合使用，具有紧急报警按钮。3.根据权利要求2所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:电源模块包括滤波、保护、电压转换电路。4.根据权利要求3所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:所述微控制器单元采用STM32F103VET6型单片机，并配置相应数据存储模块与程序存储模块。5.根据权利要求4所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:音频编解码模块采用VS1063A芯片包含7424B的录音缓冲区和32B的播放缓冲区及音频耳机放大器，音频驱动电路包括MIC输入、LINE输入。6.根据权利要求5所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:以太网通信模块采用W5200控制器，用于音频服务器、本安调度主机与广播主站之间的通信。7.根据权利要求6所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:CAN总线通信模块用于广播主站与广播分站之间的通信，包括CTM1050T收发器，能够用于电气隔离，符合ISO11898标准。8.根据权利要求7所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:RS485通信模块采用ADM2587E型收发器，可用于对广播分站的固件升级或作为冗余通信接口。9.根据权利要求8所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:人机交互界面安装于广播主站、广播分站的外壳表面，界面设置:软件控制区、功能测试区、主站网络参数配置区、音频文件选择区、音量控制区、系统播放模式控制区和特殊功能区。10.根据权利要求9所述的矿用本安型双向数字语音广播系统，其特征在于:I/O模块包括I组Sbit拨码开关电路、4个LED调试指示电路、8路光耦隔离数字输入电路和6路光电隔离继电器输出电路用于调试和后期应用预留。
【专利摘要】一种矿用本安型双向数字语音广播系统及其相关硬件架构，包括音频服务器、本安调度主机、矿用以太网交换机、井下隔爆兼本安型广播主站、井下隔爆兼本安型广播分站、通信数据传输介质，所述本安调度主机、井下隔爆兼本安型广播主站、井下隔爆兼本安型广播分站具有微控制器单元、喇叭单元、音频编解码模块、音频功放模块、以太网通信模块、CAN总线通信模块、RS485通信模块、I/O模块、电源模块、人机交互界面；音频服务器、本安调度主机与广播主站之间采用以太网通信，广播主站与广播分站之间采用CAN总线通信。本系统可以实现任意两个广播终端之间的全双工对话，为煤矿提供实时调度、引导避险，最大限度降低人员与经济损失。
【IPC分类】H04H60/59, H04L5/14, H04H60/81
【公开号】CN105610564
【申请号】CN201510993868
【发明人】夏松鸽, 马文豪, 仇志丽
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月25日