本發(fā)明涉及帶式輸送機控制與語音報警技術(shù)，尤其涉及一種帶式輸送機控制與語音報警融合分站系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

皮帶運輸系統(tǒng)主要是由皮帶運輸控制系統(tǒng)和語音報警系統(tǒng)組成，目前，皮帶控制系統(tǒng)和語音報警系統(tǒng)是兩個完全獨立的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，對于皮帶運輸控制系統(tǒng)來說，一般需要在皮帶沿線安裝各種保護傳感器，當傳感器檢測到皮帶出現(xiàn)故障時，就會發(fā)送信號到監(jiān)控分站，隨后監(jiān)控分站將信號發(fā)送給主控制器plc，plc會根據(jù)接收的數(shù)據(jù)發(fā)送相匹配的控制命令控制皮帶機的運行。在煤礦的日常生產(chǎn)過程中，帶式輸送機需要長久地保持在工作狀態(tài)以便將落在皮帶上的煤炭及時運輸出去，而且井下的工作狀況非常惡劣，這就使得帶式輸送機非常容易發(fā)生故障，從而影響了煤礦的生產(chǎn)進度。因此必須在皮帶沿線加裝相應(yīng)的保護裝置，其保護裝置可分為：拉繩保護、跑偏保護、超溫灑水保護、速度保護、堆煤保護、溫度保護、撕裂保護、煙霧保護。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種帶式輸送機控制與語音報警融合分站系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的礦井運輸控制和語音通話系統(tǒng)來說，本文提出的礦井運輸控制與語音融合的系統(tǒng)，基本上實現(xiàn)點對點的語音通話功能，而且系統(tǒng)的主控制器plc可以根據(jù)沿線分站采集到的綜保傳感器的信號，來發(fā)送相關(guān)的控制指令來控制皮帶機的運行，從而實現(xiàn)了對于皮帶運輸系統(tǒng)的控制。能夠很好地整合皮帶控制系統(tǒng)和語音通信系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的安裝操作變得十分簡單，避免了資源的浪費。

為了實現(xiàn)上述目的，帶式輸送機控制與語音報警融合分站系統(tǒng)包括信號輸入模塊，信號輸出模塊，微控制器模塊，電源模塊，語音模塊，通信模塊。

所述信號輸入模塊包括8路光耦隔離數(shù)字輸入和4路模擬輸入，所述的4路模擬輸入對4-20ma的電流信號有效。

所述信號輸入模塊采用4路光電隔離繼電器輸出，繼電器輸出4路數(shù)字信號。

所述微控制器模塊采用stm32f103vet6，主頻率72mhz，80個i/o口，一路can總線，3個spi控制器。

eprom采用w25q128存儲器，w25q128是大容量spiflash，其容量為128mb，在從或主模式下，全雙工和半雙工的通信速率可達18兆位/秒，與stm32f103vet6采用spi通訊。

分站還設(shè)置有兩個按鈕，可以分別實現(xiàn)打點、通話功能。

所述電源模塊包括濾波、保護、電壓轉(zhuǎn)換電路，采用直流12v電源供電，經(jīng)mp2359降壓輸出直流5v,經(jīng)ams1117輸出直流3.3v，以便為微控制器、eprom、音頻解碼器、功放電路及報警燈等供電。

所述的語音模塊包括音頻編解碼單元，音頻編解碼單元采用vs1063芯片包含7424b的錄音緩沖區(qū)和32b的播放緩沖區(qū)及音頻耳機放大器，音頻驅(qū)動電路包括mic輸入，與stm32f103vet6采用spi通訊。

所述功放電路采用兩級功放電路，第一級放大采用lm4890；第二級放大采用ne5532和lm4766組成。

所述的通訊模塊包括can總線通信單元和以太網(wǎng)通信單元。

所述的can總線通信單元主要用于主站與分站、分站與分站之間進行數(shù)據(jù)的通信，包括ctm1050t收發(fā)器，能夠用于電氣隔離，符合iso11898標準。

所述以太網(wǎng)通信采用w5200控制器，以太網(wǎng)通信模塊主要是用于系統(tǒng)主站與plc進行數(shù)據(jù)通信。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明的硬件組成框圖；

圖3是本發(fā)明的8路數(shù)字信號輸入電路；

圖4是本發(fā)明的4路模擬信號輸入電路；

圖5是本發(fā)明的4路數(shù)字輸出電路；

圖6是本發(fā)明的二級過電壓、過電流保護電路；

圖7是本發(fā)明的音頻解碼器電路；

圖8是本發(fā)明的功放電路；

圖9是本發(fā)明的以太網(wǎng)通信電路；

圖10是本發(fā)明的can總線通信電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

本系統(tǒng)信號輸入模塊包括8路數(shù)字信號輸入和4路模擬信號輸入。

所述8路數(shù)字信號輸入單元，如圖3所示，8路數(shù)字輸入信號經(jīng)光耦隔離電路后，當輸入端為高電壓時，acpl-204內(nèi)部的二極管導(dǎo)通，使其內(nèi)部的三極管導(dǎo)通，則主控芯片采集到的電壓為低電平；當輸入端為低電壓時，acpl-204內(nèi)部的二極管截止，其內(nèi)部的三極管關(guān)閉，則主控芯片采集到的電壓為高電平。光耦隔離電路使被隔離的兩部分電路之間沒有電的直接連接，主要是防止因有電的連接而引起的干擾，特別是低壓的控制電路與外部高壓電路之間，本光耦隔離電路光耦輸入端與輸出端之間短時間能承受直流電壓3000v不擊穿。

所述4路模擬信號輸入單元，如圖4所示，本系統(tǒng)只接收4-20ma的模擬信號，4路模擬輸入信號經(jīng)iso(4-20ma)隔離、分壓、跟隨后將信號輸入微控制器模塊。

所述4路數(shù)字量輸出單元，如圖5所示，該電路主要是由npn型三極管和繼電器構(gòu)成，當主控芯片輸出為高電平時，則q10導(dǎo)通使12v電源與繼電器jd2形成導(dǎo)電回路，使得繼電器的開關(guān)動作，在輸出端輸出為高電平；當主控芯片輸出為低電平時，則q10關(guān)閉使12v電源與繼電器jd2無法形成導(dǎo)電回路，繼而繼電器的開關(guān)無法動作，在輸出端輸出為低電平。

所述微處理器單元采用stm32f103vet6，stm32f103vet6使整個聲光報警單元的質(zhì)量、功能、精度大幅度提升，微控制器單元為整個裝置的控制核心與運算核心，且主要用到的時鐘、復(fù)位、下載電路設(shè)計簡單，故障率低，可靠性高，成本低廉。

所述電源模塊，包括濾波、保護、電壓轉(zhuǎn)換電路，電源接入后通過電源管理模塊分別給每部分電路供電。系統(tǒng)進線電源為ac85-265v寬電壓，如圖6所示，經(jīng)過ad/dc轉(zhuǎn)換至直流15v，15v再經(jīng)兩級過電壓保護后，穩(wěn)定輸出12v，兩級過電流保護后，輸出電流1a，無論是過電壓保護還是過電流保護，當其中一路異常后，另一路可繼續(xù)工作，以確保電路工作正常。其中過電壓保護由wr2、r26、r27/wr4、r37、r38兩組構(gòu)成取樣電路，2sc1008、2sc2383構(gòu)成比較放大電路，過電流保護電路由運放lm358構(gòu)成比較電路。

如圖7所示，所述vs1063為新型多功能音頻編解碼芯片，可以實現(xiàn)對于mp3、oggvorbis、pcm、imaadpcm、g.722adpcm等多種不同的音頻格式的數(shù)據(jù)進行編碼的操作，在本系統(tǒng)中主要涉及到了ogg格式音頻數(shù)據(jù)的操作；同時它也可以對于mp3等不同標準的音頻數(shù)據(jù)進行解碼操作，與stm32f103vet6采用spi總線通訊。

所述功放電路采用兩級功放，如圖8所示，第一級放大采用lm4890，5v工作電壓，最大驅(qū)動功率1w，上電、掉電噪聲抑制能力好；第二級放大電路采用ne5532和lm1875，ne5532是高性能低噪聲雙運放集成芯片。與很多標準運放相似，但它具有更好的噪聲性能。lm4766具有外圍電路元件少﹑電流負載能力大等特點，經(jīng)兩級功放后，信號通過喇叭（8ω，12w）輸出。

本裝置報警燈采用繼電器形式輸出，繼電器jd1線包采用直流12v，報警燈zd1電源為直流12v，為防止兩路電源互相干擾，特將這兩路電源分別隔離。

本系統(tǒng)選用以太網(wǎng)作為系統(tǒng)主站與plc進行通信的介質(zhì)，相比于其他的通信介質(zhì)來說，以太網(wǎng)具有更高的通信速率和可靠性，并且接口簡單易于查錯，在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，選用w5200作為以太網(wǎng)通信的主芯片，如圖9所示，與stm32f103vet6采用spi總線通訊。

在本系統(tǒng)的設(shè)計中，我們選用can總線作為分站與分站，分站與主站之間的通信介質(zhì)，can總線與其他的現(xiàn)場總線協(xié)議相比，can總線具有非常較好的實時性和可靠性，在使用can通信時，它主要是通過2根數(shù)據(jù)通信線與外部的設(shè)備相連，結(jié)構(gòu)十分簡單，同時當使用can總線進行通信時，各個節(jié)點之間并沒有主次之分，各個節(jié)點之間可以進行任意的通信，非常靈活。在設(shè)計分站與分站之間的can通信時主要是使用了ctm1050芯片，如圖10所示，ctm1050芯片集成了can的隔離器和收發(fā)器件，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸，其主要的功能是將控制器傳輸過來的邏輯電平快速的轉(zhuǎn)化為can總線上的差分電平。

本系統(tǒng)提出的融合系統(tǒng)能夠同時實現(xiàn)打點、通話和皮帶運輸控制的功能，因此在系統(tǒng)的回路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為是語音信號和控制信號兩大類。當皮帶出現(xiàn)嚴重的跑偏、堆煤、撕裂等現(xiàn)象時，控制系統(tǒng)應(yīng)該立即控制皮帶機停止運行，避免事故的進一步的擴大。因此，本文規(guī)定了在can總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中，plc發(fā)送的控制信號的優(yōu)先級明顯高于語音信號傳輸?shù)膬?yōu)先級，當can總線上處于空閑的狀態(tài)，如果此時控制信號與語音信號同時需要使用can總線來進行數(shù)據(jù)傳輸，那么控制信號優(yōu)先使用can總線進行數(shù)據(jù)傳輸；如果語音信號正在使用can總線進行數(shù)據(jù)傳輸，而此時plc發(fā)送的控制信號需要使用can總線來進行數(shù)據(jù)傳輸，那么can總線需要立即停止對于語音數(shù)據(jù)的傳輸動作，轉(zhuǎn)換為控制信號提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，即高?yōu)先級數(shù)據(jù)能夠打斷低優(yōu)先級數(shù)據(jù)的傳輸動作，而低優(yōu)先級數(shù)據(jù)不能打斷高優(yōu)先級數(shù)據(jù)的傳輸動作。