基于ARM的煤矿井下救援数据采集卡的研究

论文摘要

近年来，我国煤矿井下安全生产事故屡屡发生，且灾难性大，救援相当困难，给我国的经济和政治都造成了巨大的影响。因此，煤矿应急救援的任务就显得十分艰巨，煤矿井下救援通信系统就是在此种情况下应运而生的，它是在发生煤矿事故导致井下原有系统瘫痪之时，建立起来的灾区现场与井下救护基地、地面指挥中心以及国家安全生产监督管理部门之间的临时抢险救灾通信系统。由于煤矿井下事故现场条件与环境的危险性与复杂性，导致了煤矿井下救援通信技术发展十分缓慢，设备相当的落后，故不能有效地反映出抢险救援过程中事故现场的实际情况，在一定程度上影响了抢险救援的指挥决策。因此，急需开发出新型高效的煤矿井下救援通信系统来满足井下救援的需要。煤矿井下救援通信系统的研究项目是一项系统性的工作，本人只负责其中的一部分内容的研究工作，即对煤矿井下事故现场的音频、视频数据进行采集。本文根据煤矿井下灾害的特点，分析了我国现有煤矿井下救援数据采集装置的特点及不足之处，提出了一种能够应用在煤矿井下抢险救援事故现场的基于嵌入式技术构建的音视频数据采集系统并对该系统进行了总体设计与研究，详细的阐述了此煤矿井下救援数据采集卡的硬件电路设计原理、系统软件环境的搭建过程、底层驱动和控制程序的开发流程以及整个系统的编译仿真实现方法等内容，为今后该系统的研究发展奠定了一定的基础。本文以模块化的设计思想设计并实现了煤矿井下救援数据采集卡的硬件电路及系统软件程序。主要模块分别为：音频数据采集模块、视频数据采集压缩模块、传输接口模块以及存储器模块等。本文所设计的煤矿井下救援数据采集卡是采用嵌入式ARM9芯片S3C2440作为音视频数据采集与处理的核心器件，在硬件上以音频采集芯片UDA1341TS、视频采集芯片C3188A、视频压缩芯片ZR36060以及传输控制器芯片DM9000为辅助器件，在软件上以驱动程序和数据发送程序为中心，实现了对煤矿井下救援事故现场的语音、图像数据的实时采集与传输，为煤矿井下救援工作的进行带来了极大的方便。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外煤矿井下救援通信技术的研究概况
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.4 本文章节安排
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 煤矿井下救援数据采集卡的功能及作用
• 2.2 煤矿井下救援数据采集卡的嵌入式设计方法
• 2.3 系统硬件框架设计
• 2.4 系统软件框架设计
• 3 煤矿井下救援数据采集卡的硬件设计
• 3.1 核心处理器模块
• 3.2 存储器模块
• 3.2.1 SDRAM
• 3.2.2 Nor Flash
• 3.2.3 存储空间分配
• 3.3 音频采集模块
• 3.3.1 UDA1341TS 音频处理器芯片
• 3.3.2 I2S 总线
• 3.3.3 UDA1341TS 硬件连接
• 3.4 视频采集压缩模块
• 3.4.1 视频采集模块 C3188A
• 3.4.2 视频压缩器件
• 3.4.2.1 MJPEG 压缩格式
• 3.4.2.2 ZR36060 芯片的特点
• 3.4.2.3 ZR36060 芯片的工作模式
• 3.4.3 视频采集压缩模块的硬件连接
• 3.5 传输接口模块
• 3.5.1 DM9000 的特点
• 3.5.2 传输接口模块的硬件电路
• 3.6 防爆设计的研究
• 3.6.1 本质安全电路设计
• 3.6.2 隔爆设计
• 4 煤矿井下救援数据采集卡的软件设计
• 4.1 嵌入式 Linux 操作系统移植
• 4.1.1 BootLoader 移植
• 4.1.2 Linux 内核的移植
• 4.1.3 根文件系统制作
• 4.2 硬件驱动程序设计
• 4.2.1 音频采集设备 UDA1341TS 的驱动程序
• 4.2.1.1 数字音频处理设备的驱动设计
• 4.2.1.2 混音器设备（Mixer）驱动程序的设计
• 4.2.2 视频采集设备 C3188A 的驱动设计
• 4.2.3 视频压缩设备 ZR36060 的驱动设计
• 4.2.3.1 ZR36060 芯片的内部寄存器
• 4.2.3.2 ZR36060 芯片的工作状态
• 4.2.3.3 ZR36060 的数据压缩
• 4.2.3.4 ZR36060 的驱动流程图
• 4.2.4 DM9000 驱动设计
• 4.3 应用程序的设计
• 5 煤矿井下救援数据采集卡的实现
• 5.1 系统编译
• 5.1.1 应用程序编译
• 5.1.2 Linux 内核编译
• 5.2 系统调试与仿真
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ 部分原理图
• 附录Ⅱ 部分源代码
• 攻读学位期间发表文章
• 致谢