基于ZigBee技术的井下语音通信系统设计

论文摘要

目前,我国煤矿井下通讯基本使用有线装置,依靠电缆传输信息。每当需要通话时,都要走到安装防爆电话的地方。这就为日常工作带来了麻烦。当发生矿难的时候,即使在有线通信装置能够使用的情况下,工作人员有时也难以到达安装防爆电话的位置,难以与井上人员取得联系,从而增加救援难度。介于有线通信的种种弊端,本文提出一种基于ZigBee技术的有线与无线相结合的无线语音通信的设计方案。近距离通信采用无线通信,远距离通信采用有线通信。本系统是井下有线通信的扩展和补充。本文首先将ZigBee技术与当前流行的几种无线通信技术做了比较,并详细介绍了ZigBee的特点以及具体帧结构。通过对AMBE-1000语音芯片的具体研究,结合ZigBee的技术特点,最终实现了基于ZigBee的无线通信系统。该系统采用了2.4kbps的低语音速率。成功的用ZigBee传输了语音信号,并将ZigBee应用于井下。有线通信系统采用CAN总线的方式与井上工作人员进行联系。本系统以低成本、低功耗为出发点,完善有线系统的功能,达到应用简单、可靠、通话效果好,满足基本的通话需求,提高了矿井人员的工作效率。通过实验测试,验证了该系统性能稳定,声音清晰,抗噪声能力强,是一套既便宜又实用的井下无线语音通信系统,具有一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文结构
• 2 ZigBee 技术及其在井下通信中应用的可行性分析
• 2.1 常用的几种短距离无线通信技术
• 2.2 矿井设备及ZigBee 技术的特点
• 2.3 ZigBee 各层实现的主要功能
• 2.4 ZigBee 各层的数据结构
• 2.4.1 物理层（PHY）数据结构
• 2.4.2 媒体接入控制层（MAC）数据结构
• 2.4.3 网络层数据结构
• 2.4.4 应用层数据结构
• 2.5 ZigBee 中的一些关键技术
• 2.5.1 直接序列扩频通信
• 2.5.2 载波监听多路访问/冲突防止 CSMA/CA
• 3 语音芯片的选择及其相关知识
• 3.1 语音的声学特性
• 3.2 语音编解码性能的评价标准
• 3.3 AMBE 语音编解码算法的MOS 评分
• 3.4 AMBE-1000 语音芯片
• 3.4.1 AMBE 基本工作原理
• 3.4.2 信道接口
• 3.4.3 串行模式
• 3.4.4 串口被动模式的扩展时序
• 3.4.5 编码速率的选择
• 4 系统硬件设计
• 4.1 语音系统总体框图
• 4.2 语音通信的基本框架
• 4.3 基站部分
• 4.4 微处理器
• 4.5 AD 芯片
• 4.6 功率放大芯片
• 4.7 电源电路
• 4.8 5V 转3.3V 芯片
• 4.9 JTAG 接口及复位电路
• 5 系统软件设计
• 5.1 系统总体设计
• 5.2 CC2430 与AMBE-1000 之间的数据传输
• 5.2.1 从AMBE 芯片接收一帧信息
• 5.2.2 向AMBE 芯片发送一帧信息
• 5.2.3 读/写单个字
• 5.3 CC2430 与CC2430 之间通信
• 6 系统实验与性能分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 原理图
• 作者简历
• 学位论文数据集