基于ZigBee技术的井下语音通信系统设计..docxVIP

基于ZigBee技术的井下语音通信系统设计摘要：为了煤矿井下工作人员更加方便的与井上人员进行通信联系，本文提出了一种基于ZigBee技术的井下语音通信系统设计。本文首先提出了语音通信系统总体设计架构，并对ZigBee网络中传感器节点以及协调器节点进行软硬件设计。井下的传感器节点上配置语音芯片，通过ZigBee网络将语音信号发送到井上的协调器节点上，协调器节点再通过安装语音解码芯片和扬声器将语音信号播放出来，从而实现井下与井上的语音通信。关键字：ZigBee；语音通信系统；井下通信；CC2530The voice communication system design of underground based on ZigBeeAbstract:In order to be able to make the coal mine staff is more convenient to communicate with Inoue staff contact, this paper presents a the underground voice communication system based on ZigBee technology. First proposed architecture of the the voice overall system design, and sensor node ZigBee network coordinator node hardware and software design. Downhole sensor node configuration a voice chip ZigBee network voice signal is sent to the coordinator node Inoue, coordinator node by installing the of voice decoder chip and speaker voice signal broadcast. Key words:ZigBee; voice communication;underground communication;CC25300. 引言 煤矿井下条件复杂，煤矿井下工作人员之间以及井下人员与井上工作人员之间的实时通信问题是一个难题，特别是发生险情或事故时，通信问题尤其难以解决。与传统的有线调度系统相比较，采用无线通信系统不需要预先铺设线缆，对于一些地形比较复杂的区域来说，随时随地可在矿井中布置无线通信网络，极大地提高了井下工作人员的工作效率与发生矿难事故后的抢救效率[1]。在这种情况下，本文提出了一种基于ZigBee无线通信技术的井下语音通信系统研究，成功的将无线传感器网络的概念引入到煤矿行业应用里。1. ZigBee网络概述ZigBee网络是一种比较特殊的Ad-hoc网络，一般布置在布线比较困难且供电不易的地方，通过自组织的方式进行组网并通过多跳的形式进行数据发送[2]。传感器节点能够实时地采集并处理监测区域中的信息，并将采集的数据发送给远程监测中心，可广泛应用在环保、交通、军事、智能家居等领域。图1.1 ZigBee网络结构图在无线传感器网络中，传感器节点被放置在待测区域中，我们不但可以收集感兴趣的环境数据，而且能够进行简单的计算并维持节点之间的网络连接。传感器网络可以进行自组织，每个节点都经过初始的协商和通信，形成一个多跳传输数据的网络。每个无线传感器网络都必须有一个连接到传输网络的网关（协调器）。网关通过这个传输网络把从待测水区域内采集的数据发送到远程监测中心。最后在上位机对采集到的数据经过处理后通过一个界面提供给监测者[3]。2. 语音系统总体设计井下语音通信系统总体框架图如下图所示：图2.1 井下语音通信系统总体框架图工作原理和现有的地面对讲机类似，井上的协调器节点主要是负责整个ZigBee网络的组网，并负责整个ZigBee网络的维护工作。每一个ZigBee网络都有一个唯一的PanID号来对应，对于井下的工作人员所携带的传感器节点想要进行入网操作时，必须要进入ZigBee网络的覆盖范围内。一般ZigBee网络单点之间的传输距离大概在75米左右[4]。传感器节点入网以后，通过装置MIC和AMBE-1000语音编码芯片采集井下工作人员的语音信号，并通过自组织的ZigBee网络发送到井上的协调器节点上，协调器节点接收到语音数据后，将数据发送到语音解码芯片上，声音的数字信号通过AD转换后通过扬声器发出声音[5]。3.节点硬件总体设计3.1微处理器与射频模块电路设计本系统选用的微处理器和射频模块芯片是TI公司的CC2530芯片，CC2530芯片是一个内部集成8051处理器和无线射频模