基于煤矿局域网络的泄漏通信系统研制

摘要

泄漏通信系统是目前应用在矿山井下最常见的一种通信工具，它与矿山有线电话配合使用能够完成矿山井上与井下之间的通信，但通信过程较为复杂且信息交流不够及时。随着矿山企业信息化步伐的加快，通信行业的迅猛发展，矿山企业对信息的实时性、安全性、可靠性等方面的要求越来越高。而传统的通信系统已满足不了矿山企业的要求，因此迫切需要研发一种实时性高的通信系统来满足企业现实的需求。
　　本文以泄漏通信系统为研究对象，在广泛调研和查阅大量国内外相关文献资料后，根据传统的通信系统在煤矿企业中存在的问题和煤矿企业提出功能要求，最大限度的利用现有的资源确定了一套基于煤矿局域网络的泄漏通信系统。在确定了系统总体方案后，重点对系统中的连接转换设备进行了详细的介绍，其中包括硬件部分和软件部分。硬件方面，主要是对元器件的选型以及相关电路图的设计等;软件方面，介绍了嵌入式μC/OS-Ⅱ系统的建立，SPI通信程序的开发、网络程序的设计以及音频信号采集程序的设计等。
　　连接转换设备作为泄漏通信系统与井上调度室之间的连接纽带，它采用ARM+DSP架构，其中高速ARM作为核心处理器负责数据的传输，用户命令的解析执行等;DSP负责语音数据的编码、解码和输出。ARM与DSP之间通过SPI通信协议进行数据与命令的传输，整个设备与上位机之间的数据与命令的传输借助于网络程序来完成，从而实现泄漏通信系统与网络之间的互连。
　　实验室调试运行结果表明，嵌入式系统运行稳定，ARM通过SPI通信协议控制DSP芯片工作可靠，其采用的网络协议通信情况良好，能够成功的与上位机之间进行数据与命令的交换。整个通信系统在语音质量、操作性、安全性等方面均能达到企业的要求，可广泛推广使用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外典型的矿山通信系统及其特点

1．3 泄漏通信系统的发展及其现状

1．4 课题来源及要求

1．4．1 课题来源

1．4．2 环境要求

1．4．3 功能要求

1．5 本文的主要内容

第2章 系统总体方案的确定

2．1 系统总体方案的概述

2．2 系统的总体设计要求和目标

2．2．1 系统的总体设计要求

2．2．2 系统的总体目标

2．3 系统的总体设计原则和结构

2．3．1 系统的总体原则

2．3．2 系统总体结构

2．4 中端传输部分

2．4．1 中端传输部分组成

2．4．2 光纤

2．4．3 光电混合交换机

2．5 本章小结

第3章 连接转换设备硬件的设计

3．1 连接转换设备的硬件体系总体结构

3．2 中心处理器系统

3．2．1 中心处理器的选型

3．2．2 ARM芯片外围电路设计

3．3 音频处理系统

3．3．1 音频处理芯片的选型

3．3．2 音频处理系统电路设计

3．4 供电电源系统

3．4．1 稳压芯片的选型

3．4．2 电源电路设计

3．5 网络模块系统

3．5．1 网络稳压器的选型

3．5．2 网络模块系统电路设计

3．6 看门狗系统

3．6．1 看门狗芯片的选型

3．6．2 看门狗电路设计

3．7 井下防爆处理

3．8 本章小结

第4章 连接转换设备的软件设计

4．1 软件总体设计

4．2 操作系统的构建

4．2．1 嵌入式操作系统的选择

4．2．2 μC／OS-Ⅱ系统的结构分析

4．2．3 μC／OS-Ⅱ系统的移植

4．3 网络通信模块的软件设计

4．3．1 网络通信协议的确定

4．3．2 TCP／IP协议分析

4．3．3 基于LwIP协议栈的网络程序开发

4．4 LM3S6911与VS1003串口通信的软件设计

4．4．1 通信协议的确定

4．4．2 系统SPI接口连接分析

4．4．3 基于库文件的SPI通信软件设计

4．5 VS1003音频信号采集程序

4．5．1 音频信号采集的概述

4．5．2 音频信号采集程序设计

4．6 本章小结

第5章 系统调试及系统总结

5．1 连接转换设备的调试

5．1．1 设备的调试内容

5．1．2 设备测试结果

5．2 通信系统的调试

5．2．1 调试内容

5．2．2 测试结果

5．3 系统特点总结

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢