基于CAN总线的工业数字指令电话系统的研制

摘要

在工业现场、交通、电力系统等调度环境中，常常产生进行语音指挥调度、联络、监控等需求。而大多数语音通信系统都是基于传统的电路交换技术、路由技术及公众交换电话网PSTN。传统的语音通信系统存在各类缺陷：当节点很多时，所需设置的地址数目就会很庞大，给设计者带来很大的工作量；因元器件种类繁多，电缆数量大，给维护带来了繁重的负担；语音压缩比小或无，则浪费带宽；通信模式单一，无法满足多种要求。实际研发使用中往往造成系统开发复杂，制造、维护成本高等弊端。
　　CAN总线作为有效支持分布式控制的多主串行现场总线之一，以其通讯硬件接口简单、通讯介质选择灵活、价格低等特点而被受现场设备互连的青睐，广泛应用于汽车自动化、楼宇自控、工业控制等领域。CAN总线主要工作在数据链路层和物理层，是一种全数字化、双向和多主的现场总线。由于CAN总线具有较强的纠错能力、传输距离较远、传输速度快、抗干扰能力强等特点，所以实现由CAN总线构成的语音通信系统具有较强的实际意义。目前，基于CAN总线的语音通信系统的应用研究正处于起始阶段。
　　在此基础上，本文论述了一种应用于工业指挥调度现场的基于CAN总线的数字指令电话系统的研制。
　　文章在详细介绍了CAN总线技术以及语音编解码原理的基础上，利用排队论理论对CAN总线上的数据传输进行建模分析，并利用分析结果指导系统的参数设置。硬件上，系统以工业级ARM9芯片AT91SAM9260为主控制器，搭载语音编解码模块和语音压缩模块，完成语音的数字化处理；通过控制CAN接口模块，完成系统到CAN总线网络的连接；再辅助以按键、显示、存储、RTC等模块，构建了一个以ARM9为核心的多功能指令电话硬件环境。软件上，在移植嵌入式实时操作系统mC/OS-II的基础上，通过系统通信协议设计、状态机设计以及任务划分等步骤来完成系统应用软件的设计。本文在前半部分介绍了系统的技术原理，后半部分详细阐述了软硬件的设计及系统的测试。测试结果表明，本系统稳定可靠，达到了设计预期。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究及发展状况

1.3 课题的提出及意义

1.4 课题主要工作

2 技术原理介绍及方案确定

2.1 CAN总线技术介绍

2.2 语音编解码技术

2.3 语音在CAN总线上的传输分析

2.4 软硬件选型及方案确定

3 系统硬件设计

3.1 主控制器模块

3.2 CAN接口模块

3.3 语音处理模块

3.4 其他功能模块

4 系统软件设计

4.1 软件总体结构

4.2 开发工具IAR介绍

4.3 驱动软件设计

4.4 系统通信协议设计

4.5 应用软件设计

5 系统测试与分析

5.1 测试方法

5.2 测试结果

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录