DX型钢绳芯高强度胶带输送机设计

1第 1 章 概述1.1 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机简介DX 型钢绳芯高强度胶带输送机是一种通过摩擦驱动以连续的方式进行物料运输的机可以进行成件的物品输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。长及装配形式可根据用户要求确定，传动可用电滚筒，也可用带驱动架的驱动装置。DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的适用范围广，可以用于水平运输或倾斜运输，使用非设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。图 1.1 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机结构图DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的工作原理如图 1.1 所示：DX 型钢绳芯高强度胶带输送机主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送带组成。带动输送带转动的滚筒称为驱2动依靠输送带摩擦带动运送到卸料端卸出。1.2 CAN 总线及 ARM 技术简介强有力的技术支持。属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网CAN路。较之许多 RS-485 基于 R 线构建的分布式控制系统而言，基于 总线的分布式控制CAN系统在以下方面具有明显的优越性：1.网络各节点之间的数据通信实时性强2.开发周期短3.通信速率高、容易实现、且性价比高即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计， 总线越来越受到人们的重视。（Advanced RISC Machines） ，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是RM对微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 处理器是一个 32 位元精简指ARM令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。1.3 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机及其语音通讯系统国内外发展现状1.3.1 国内发展现状我国生产制造的 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的品种、类型较多。在国家的大力支持下，DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长3距离 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如置以及以 PLC 为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。DX 型钢绳芯高强度胶带输送机虽然优点突出，在矿山输送设备中被频繁使用，但也存在不足。未来能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的输控制对单机提出的要求，也是输送机工作效率的一大提高。1.3.2 国际发展现状机已应用于德国露天煤矿。这种皮带机价格与普通皮带机相比较高，但是整个设备的性能可以为企业在生产中创造更多的利润。我国与国外的 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机相比，在技术性能方面还存在着一定的差距。我国 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的4需要，与国外有着很大差距。这种差距主要表现在以下几个方面：（1）在输送机的品种因素存在着差距。（2）在机尾自移方面有很大的差距。（3）在高效率带和所采用的拉紧装置等方面存在着差距。（4）在装机功率方面也有着较大的差距。总之，在 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的技术性能方面，我国与国外的相比还存在着一定的差距。近年来，煤矿安全事故频发，造成了重大的生命和财产损失，煤矿井下语音通讯系统作为保障煤矿安全生产的重要基础设施，是煤矿进行生产指挥调度，安全避险和紧急救援的重要工具。而国内煤矿的语音通讯系统主要有定压广播、调度电话和局域扩音电话等方式实现。该方式存在去、安全性差，效率低和成本高的缺点，并且在通讯实时性、抗干扰性和语音质量方面存在很大的不足。随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。随着计算机网络技术和芯片技术的发展，控制芯片的性能得到提高，其成本不断降低。用 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机语音通讯系统。1.4 本设计的主要任务本次设计提出了一种新型的基于 总线技术和 嵌入式单片机的井下 DX 型钢CANARM绳芯高强度胶带输送机语音通讯系统设计。该系统以基于 内核的微控制器为主控芯片，以 总线作为信号传输工具，以 总线通信协议作为核心通213LPC CN信单元，用 AMBE 算法对采集到的语音信号进行压缩编码，经 控制器叠加到传输监控信号的 总线上，实现了井下 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机监控信号和语音信号的混AN合传输功能。本次设计主要完成以下任务：（1）煤矿井下皮带运输系统总体设计计算（机械系统）（2）研究当前煤矿皮带语音通讯系统的现状及方案设计（3）完成基于 总线技术和 嵌入式单片机的井下皮带语音通讯系统硬件设CARM计（4）完成基于 总线技术和 嵌入式单片机的井下皮带语音通讯系统软件设AN计5第 2 章 总体设计2.1 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的总体论述DX 型钢绳芯高强度胶带输送机是最重要的现代散装物料输送设备，它在煤矿的开采中有着极其广泛的应用。可是作为这样重要的煤矿设备，但是其语音通讯系统却并不完善，分析当前国内煤矿的语音通讯系统主要有定压广播、调度电话和局域扩音电话等方式实现。该方式存在安全性差，效率低和成本高的缺点，并且在通讯实时性、抗干扰性和语音质量方面存在很大的不足。所以，本文首先进行了一款井下 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的机械整体设计，然后对其语音通讯系统进行的详细的设计。随着计算机网络技术和芯片技术的发展，控制芯片的性能得到提高，其成本不断降低。 总线由于具CAN有可靠性高，成本低，容易实现等优点，在现场总线的实际应用中占据了较大的份额。基于 总线技术的种种优点，本文提出了一种基于 总线的嵌入式矿用 DX 型钢绳CANCAN芯高强度胶带输送机语音通讯系统。本论文主要进行了煤矿井下 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的总体设计计算，并在分析了当前矿用 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的语音通讯系统的现状之后，提出了一种基于 总线的嵌入式矿用 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机语音通讯系统。该系统以基于内核的微控制器 为主控芯片，以 总线作为信号传输工具，以 总ARM213LPCCANCAN线通信协议作为核心通信单元，用 AMBE 算法对采集到的语音信号进行压缩编码，经控制器迭加到传输监控信号的 总线上，实现了井下 DX 型钢绳芯高强度胶带输CN送机监控信号和语音信号的混合传输功能。实验证明，采用 总线实现煤矿井下语音通讯，传输距离远，语音质量高。2.2 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的机械系统设计总论DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的线路在满足输送机的倾角要求的前提下，可以适应线输送带所受张力最小满足驱动传动要求满足制动力要求，必要时设置止逆器2.2.1 考虑因素合理的转载方式，提出给料装置与卸料装置的要求输送机线路上输送机之间的关系6环保要求系统的监控要求设备移动能力的要求零部件的标准件和通用化及易损件的供货可能性2.2.2 设计的原始数据1.运输量： 3000th2.最大长度: 100m3.倾角: 164.物料粒度： 350mm5.工作条件: 井下6.环境温度： -10307.安装形式： 固定8.工作制度： 每天运转时间：18 小时每年工作天数：320 天输送机的使用年限：5 年2.2.3 设计计算步骤1.根据输送量和物料的性质初步确定输送机的运行速度，在可能的条件下应尽量采用可以降低运行阻力。2.初步确定输送带，托锟和中间架的结构和参数。3.标准计算方法-功率的计算4.确定驱动装置的位置和功率分配5.输送带张力的初步计算6.拉紧装置的初步设计7.制动器的初步设计8.零部件的设计2.3 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机计算与设计基础DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的基本设计准则为：在保证系统满足功能要求的前提下，高可靠性，低费用的完成要求的任务。本次设计选用 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机，该类输送机属于高强度 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机，适用于散装物料大运量和长距离的输送。可输送容重 =0.8 2.5t/m的物料。工作距离长输送量大。输送带伸长率小，为普通带的 1/5 左右。使用寿命较普37通带长的二到三倍。2.3.1 输送量与带速1.带速本次设计的 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机所运输的物料为原煤，取带速为 4ms。带宽为 1400mm。2.输送量理论品质输送量(2-1)oQCC倾角系数，当 =16时，C=0.88物料容重( )取 1.15 3/tm310/kgm水平输送能力（ ）当 B=1400mm 时，侧堆积角=25，带速o h=4.0m/s 时， =3240 o3/30.81502478./0/Qtt故取带速为 4ms。带宽为 1400mm 是能满足输送要求。2.3.2 稳定工况下的运行阻力和功率消耗在稳定工况运行时所需要的驱动力（运行阻力） 综合了摩擦力重力和质量的作用，WF输送机的功率消耗 是运行阻力和运行速度的乘积。WP= (2-2)WFv1.运行时的总阻力与圆周力的计算总阻力 123wF运行时的总阻力上分支运行阻力1F下分支运行阻力2物料提升阻力31cosoqgL每米物料的品质 208.3kg/m每米胶带的品质 46.8kg/moq每米输送机上托锟转动部分质量 39.0kg/m托锟阻力系数 0.030输送机倾角 163.6Qv （2-3）90（）8(2-4)2cosoFqgL每米输送机下托锟转动部分质量 13.0kg/m(2-5)3sinH计算可得 123wF=67.62KN2. 计算出正常运行时传动滚筒的轴功率= WPv=270.48KW3. 计算所需胶带最大张力为了保证传动系统的可靠性，减少胶带所需的最大张力，本次设计选用双传动滚筒包角取 1270,oo图 2-1 受力分析简图此时，第一传动滚筒趋入点张力 S1 最大，S3 为下分支最小张力，S4 为上分支最小张力。= (2-7)1zF12S= (2-8) 2两传动滚筒按功率配比 计算，先确定 S2，则1:F= + = (2-9)1z212(2-10)43oSFqH有 67.62KN1234.23KN34在上分支允许挠度下的胶带张力 在挠度为 2%时， =25KN。SS而 =34.23KN =25KN.满足张力要求。4SS2.4 井下输送带语音通讯系统整体结构概述为了改变传统 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机安全性差，效率低和成本高的缺点，本9文提出了一种基于 总线技术，利用基于 内核的 微处理器和语音编解CANARM213LPC码芯片相结合的实时语音通讯系统，实现语音的编码解码及播放，便于系统的集成和后期维护。整个系统分为控制主站和通讯分站，分站包括 微处理器及扩展的 总线CAN接口、串口和 JTAG 接口。 微处理器选用 7 系列芯片 LPC2312。 的设计实R RM现了小体积但高性能的哈弗结构， 处理器的结构简单使 的内核非常小，这样AA它的功耗非常低， 是精简指令集计算机，它集成了典型的 RISC 结构特性。本设计AM中选用 处理器作为基站控制器的控制主芯片，既满足了实时性和可靠性的要求，还R具有良好的可扩展性。2.4.1 整体结构本语音通讯系统由工业控制 PC 机，通讯主站，通讯分站， 总线中继器，隔爆兼CAN本安型扬声器和通讯线缆等部分组成。工业控制 PC 机和通讯主站安装在地面调度中心，通讯分站主要安装在井下。语音通讯系统总体结构如图所示。图 2-2 语音通讯系统总体结构图分站系统主要由语音主控部分，语音处理模块， 通讯模块三个主要部分组成，CAN其结构如图所示。系统中的语音主控模块完成音频 PCM 数据的处理和识别；语音处理模块完成语音信号的采集与转化；最后由 通讯模块完成语音的传输功能，实现井下输送带监控的语音通讯功能。2.4.2 系统硬件结构该系统中主控芯片采用恩智浦公司生产的高性能 32 位处理器 ，主频高达213LPC400MHz，内嵌 SPI 串行总线接口，可以方便的与 MPC2510 链接。其中，MPC2510 是10总线通讯模块的控制芯片，其芯片上有 SPI 接口，支持 协议 V2.0A/B，可以收CAN CAN发标准的或扩展的信息数据。此款 控制芯片还具有灵活的中断管理能力，便于主控CAN芯片的操作处理。总线是属于窄带数据总线，其通讯距离随着波特率的增加而降低，直接传输PCM 音频信号一定会导致通信网络拥堵。为了降低语音信号对带宽的要求，采用 AMBE 音频压缩算法对语音信号进行压缩编码，这种算法不仅在环境噪声及信道误码率方面有很强的鲁棒性，而且具有很强的合成语音质量。实现该算法应用的芯片为 语音10AMBE解码芯片，这款芯片功耗低，性能高，在业界有着广泛的应用，这款语音编码芯片由相互独立的编码器和解码器组成，其中编码器只接受 8kHz 采样语音信号，编码器和解码器的接口时序是完全异步的。这款芯片还可以根据信道误码率的情况，灵活配置语音编码率和纠错速率，以获得最佳的语音效果。11第 3 章 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机机械部分的设计计算3.1 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的传动部分3.1.1 输送带的选型钢丝输绳芯送带与普通帆布输送带相比有以下优点：1.输送带的强度高，可用于大运量，长距离输送机。2.伸长量小，可减小拉紧行程。3.钢丝绳芯输送带的弹性模量高，因而张力传播速度快，起制动更加容易。4.成槽性好，可形成较大的槽角。5.抗冲击性及抗弯曲疲劳性能好，使用寿命长。6.接头寿命长。7.输送机的滚筒小。在钢丝绳芯输送带中，钢丝绳的质量是决定输送带使用寿命的关键因素之一，它要满足以下条件：1.应具有较高的破坏的破坏强度。2.钢丝绳芯与橡胶具有较高的黏着力。3.应具有较高的耐疲劳强度，以提高使用寿命。4.应具有较好的柔性，以利于输送带经过滚筒时运行变向的弯曲。17mm，上覆盖胶厚度 6mm，下覆盖胶厚度 6mm,输送带质量 24.7kg/m 。23.1.2DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的布置带输送机的驱动方式可基本上分为单驱动方式和多驱动方式两类。通用式固定 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机一般采用单驱动的方式，即驱动装置安装多电动机驱动方式。DX 型钢绳芯高强度胶带输送机常见的布置方式如下图 3-1 所示：12图 3-1 带的基本布置形式通过设计原始数据及第二章的计算结果，本次设计选用向上运输双传动滚筒布置形式。采用双传动滚筒的目的是减小带的最大张力，增加系统的冗余量，便于系统的扩展。3.1.3 托锟组的选型13图 3-2 托锟的结构带宽为 1400mm 时的托锟组，要用无缝钢管铸铁轴承座制造。铸造式轴承座的优点是厚度大，刚度强，配合面精度高，托锟转动灵活。托锟轴承一般选用滚珠轴承，密封结构采用迷宫式密封。组。图 3-3 托锟的布置特殊托锟组有在过渡段布置过渡上托锟组，胶带回程布置槽型下托锟组，为了防止皮带跑偏在整个输送机上设置一定数量的槽型调心托锟组，受料处布置缓冲托锟组等。3.托锟组间距托锟组沿输送机纵向的布置问题就是如何确定托锟组间距。当槽角为 30，带宽为 1400mm，煤的密度为 1.5t/m 时，查表得3上托锟间距为 1.2m下托锟间距为 3m缓冲托锟组间距为 400mm滚筒与第一组托锟间距 2.0m受料点应布置缓冲托锟组143.1.4 滚筒组的选型滚筒组是 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的重要部件，按在输送机中所起的作用滚筒拉紧滚筒，和用于拉紧装置的导向滚筒。常见的滚筒组由滚筒轴，轴承座，轮毂，腹板，筒壳等部分组成，如图。图 3-4 滚筒组结构2.滚筒的选择在 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的设计中，一般只需要选择出滚筒，选择滚筒的主根据胶带宽度，传动滚筒直径，传动的扭矩及滚筒所受的合力，查表可选出所需的传动滚筒图号，传动滚筒组和轴承座安装尺寸。查表得到的数据见下表传动滚筒组选择表表 3-1带宽 直径 许用扭矩许用合力转动惯量 质量 图号1400mm 1400mm 28tm93t 3870kgmm 7470kg DX6A12改向滚筒选择表表 3-2带宽 受力比包角 改向滚筒直径1400mm 50% 1803 1400mm 150 800mm3.2DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的驱动技术3.2.1 概述3.2.2 电动机的选用3.2.3 减速器的选用本次设计选用 DCY 315-40 型二级硬齿面圆锥-圆柱齿轮减速器,传动比为 15.8第一级为螺旋齿轮、第二级为斜齿和直齿圆柱齿轮传动，其展开简图如下：图 3-5 减速器示意图电动机和 I 轴之间，III 轴和传动滚筒之间用的都是联轴器，故传动比都是 1。1.传动装置的总传动比由以上电机选择可知电机转速则工作转17速 =1000r/min,因减速器的标准减速比为 =35.3,可求得 r/min。mn i1063.58mwni3.2.4 液力偶合器3.2.5 联轴器3.3 辅助装置3.3.1 制动器与止逆器1.制动器DX 型钢绳芯高强度胶带输送机制动器的种类很多，根据输送机的技术性能和具体使18用条件的不同，可选用不同形式的制动器。常用制动器的有皮带逆止器、滚柱逆止器、液压电磁闸瓦制动器和盘形制动器等，现简单介绍如下:a.皮带逆止器机停车时，在负载重力作用下，输送带逆转时将制动胶带带入滚筒与输送带之间，将滚筒楔住，输送带即被制动。皮带逆止器结构简单、造价便宜。其缺点是制动时输送带要先逆转一段距离，造成机尾受载处堵塞溢料。头部滚筒直径越大，逆转距离就越长，因此对功率 3.3.1 拉紧装置大的输送机不宜采用。其结构简图如下：图 3-6 皮带逆止器1-输送带 2-传动滚筒 3-逆止带3.3.2 给 料 装 置1.对给料装置的基本要求DX 型钢绳芯高强度胶带输送机装载和转载物料是最重要、最复杂的运输作业之一。研究证明，在广泛应用的中距离输送机上，输送带的使用期限主要取决于给料装置的结构是否合理。为了减轻输送带的磨损，对给料装置提出了一系列要求：19布置中间装料点的拦板时，必须考虑前面装料点给到输送带上的物料能顺利通过。当各中间装料点的距离较近时，为了避免撒料，最好布置连续的拦板。为了防止粉矿从拦板下缘与运动输送带的缝隙滑出，需在拦板外侧镶一条厚8mm16mm 的密封用硬橡胶面，或将托辊组侧托辊的倾角增大到 45，有时达 60。这时仅用金属拦板导流即可形成稳定的物料流。拦板的长度随物料各到输送带上的速度和带速之差的增大而增大。拦板之间的最大间距通常取槽形输送带宽度的 。当输送流动性好的物料时，最好将拦板的间距减少到2/3槽形输送带宽度的 。1/a.输送带所受的动载荷随着相互冲击物体质量的减小而减小。在矿石块质量给定的情况下，只要减轻参与冲击作用的托辊组的质量，就可使动载荷减小。借助缓冲装置使20托辊组与输送机机架隔离，亦即采用悬挂托辊组，是减轻动载荷的一种有效方法。将悬挂托辊组各托辊之间做成弹性连接，可进一步减轻输送带的动载荷。3.3.3 清 扫 装 置因为本设计的输送机功率不是太大，距离也不是很远，故采用弹簧清扫装置。3.3.4 头部漏斗头部漏斗用于导料、控制料流方向的装置。也可起防尘作用。(1) 本系列漏斗有普通型和调节挡板型(3 型)两种。其中普通型又可分为不带衬板(1型)和带衬板(2 型)两种。带速范围：2.5ms(1 型)，3.15ms(2 型)，调节挡板式带速范围165ms；2 型漏斗在水平运输时可达 4ms。21(2) 订货时要注明清扫器的类型(重锤式或 HP 型刮板式等)，以便确定漏斗上清扫器的安装孔。(3) 选用本系列漏斗时，设计者还应根据输送机之间的搭接高度设计漏斗与导料槽之间的联接段。233.3.5 机电保护装置3.3.6 拉紧装置24（3）车式拉紧装置一般安装在 DX 型钢绳芯高强度胶带输送机的中部或尾部，并且尽量设在中部靠近传动滚筒，它由拉紧车，车上装有；轨道组成，靠拉紧车在轨道上行走带着拉紧滚筒一同移动来实现对输送带的拉紧。25第 4 章语音通讯系统的硬件设计4.1 CAN 总线简介4.1.1CAN 总线概述系统在以下方面具有明显的优越性：1.网络各节点之间的数据通信实时性强2.开发周期短3.通信速率高、容易实现、且性价比高随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计， 总线越来越受到人们的重视。4.1.2 CAN 总线通讯协议简介由于 为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准CAN化。为此，1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制订并发布了 技术规范CAN（VERSION 2.0） 。该技术规范包括 A 和 B 两部分。 2.0A 给出了曾在 技术规范版本261.2 中定义的 报文格式，能提供 11 位地址；而 2.0B 给出了标准的和扩展的两种报CAN文格式，提供 29 位地址。此后，1993 年 11 月 ISO 正式颁布了道路交通运载工具-数字信息交换-高速通信控制器局部网（ ）国际标准（ISO11898） ，为控制器局部网标准CAN化、规范化推广铺平了道路。总线是德国 BOSCH 公司从 80 年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之A间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率最高可达 1Mbps。 总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信资料的成帧处理，包括位填充、数CN据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。1.使网络内的节点个数在理论上不受限制议采用 CRC 检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。 卓越的CAN特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。2.可在各节点之间实现自由通信讯。 总线插卡可以任意插在 PC AT XT 兼容机上，方便地构成分布式监控系统。CAN3.结构简单只有 2 根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块。协议 总线采用分层结构，规范规定了任意两个节点之间的兼容性。包括电气特件利数据解释协议。协议可分为：目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包括了 ISO/OSICAN定义的数据链路的所有功能。目标层的功能包括：确认要发送的信息；位应用层提供接口。传送层功能包括：数据帧组织：总线仲裁：检错、错误报告、错误处理。总线以报文为单位进行信息交换，报文中含有标示符（ID） ，它既描述了数据的含义又表明了报文的优先权。 总线上的各个协点都可主动发送数据。当同时有两个CAN27或两个以上的节点发送报文时， 控制器采用 ID 进行仲裁。ID 控制节点对总线的访CAN问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停止发送，总线空闲后，这些节点将自动重发报文。支持四类信息帧类型。CAN（1）数据帧协议有两种数据帧类型标准 2.0A 和标准 2.0B。两者本质的不同在于 ID 的长度7 个主要的域:帧起始域,仲裁域,控制域,数据域,应答域,帧结束。（2）远程帧 裁域、控制域、校验域、应答域、帧结束。 （3）错误指示帧 由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出“活动错误标志”其他节点检测到活动错误标志后发送“错误认可标志” 。 （4）超载帧 由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧结束后开始。当接收方接收下一送超载帧。 （5）帧间空隙 位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空有时间进行内部处理操作。当总线空闲时 控制器方可发送数据。CAN4.1.3 传输距离和速率总线传输特点：CAN(1) 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其它（一个或多个）节点发起通信; (2) 多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞; (3) 通信距离最远可达 10KM(速率低于 5Kbps)速率可达到 1Mbps(通信距离小于 40M） ；(4) 总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。 总线适用于大数据量短距离CANCAN通信或者长距离小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。28网络的消息仲裁， 的非破坏性解决总线存取冲突的方法，确保在不传送有用消CAN息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情况下，以消息内容为优先的总线存取也被证明是中不会发生。4.1.4 CAN 的报文格式4.2ARM 内核简介4.2.1ARM 处理器（Advanced RISC Machines） ，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是ARM对微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 处理器是一个 32 位元精简指ARM令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。1.特点：a.体积小、低功耗、低成本、高性能；b.支持 Thumb（16 位）/ （32 位）双指令集，能很好的兼容 8 位/16 位器件；ARMc.大量使用寄存器，指令执行速度更快；d.大多数数据操作都在寄存器中完成；e.寻址方式灵活简单，执行效率高；f.指令长度固定。2.常用的 ARM 系列7 系列 9 系列 9E 系列 10E 系列ARMARMAR29SecurCore 系列 Intel 的 Xscale Intel 的 Strong M11 系列ARM其中， 7、 9、 9E 和 10 为 4 个通用处理器系列，每一个系列提ARMAR供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore 系列专门为安全要求较高的应用而设计。3.体系结构RISC 体系结构应具有如下特点：a.采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有 23 种。b.使用单周期指令，便于流水线操作执行。c.大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。除此以外， 体系结构还采用了一些特的自动增减别的技术，在保证提下尽量缩ARM小芯片的面积，并降低功耗：e.所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行高性能的前效率。f.可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。g.可在一理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。h.在循环处理中使条数据处用地址来提高运行效率。4.寄存器结构处理器共有 37 个 PC 指针，被分为若干个组（BANK） ，这些寄存器包括：ARMa.31 个通用寄存器，包括程序计数器（） ，寄存器均为 32 位的寄存器。b.6 个状态寄存器，用以标识 CPU 的工作状态及程序的运行状态，均为 32 位，只使用了其中的一部分。5.指令结构微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集： 指令集和 Thumb 指令AR ARM集。其中， 指令为，Thumb 指令为 16 位长度 32 位的长度。Thumb 指令集为 指M AR令集的功能子集，但与等价的代码相比较，可节省 30%40%以上的存储空间，同时具备 32 位代码的所有优点。304.3 基于 ARM 内核的 LPC2132 微控制器4.3.1LPC2132 系列微控制器概述协议转换器、软件 modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个 32 位定时器、1 个或 2 个 10 位 8 路的 ADC、10 位 DAC、PWM 通道、47个 GPIO 以及多达 9 个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制应用以及医疗系统。4.3.2 LPC2132 微控制器特性a) 16 位 7TDMI-S 核，超小 LQFP64 封装。ARMb) 16kB 的片内静态 RAM 和 64kB 的片内 Flash 程序存储器。c) 128 位宽度接口/加速器可实现高。d) 通过片内 boot 装载程序实现在系统编程/在应用编程(ISP/IAP)。e) 单个 Flash 扇区或整片擦除换时间为 400ms。256 字节行编程时间为 1ms。f) EmbeddedICE RT 和跟踪接口通过片内 RealMonitor 软件对代码进行实时调试和高速跟踪。g) 1 个 8 路 10 位的 A/D 转器嵌入式，达 60MHz 工作频率共提供 16 路模拟输入，每个通道的转换时间低至 2.44us。h) 1 个 10 位的 D/A 转换器，可产生不同的模拟输出i) 2 个 32 位定时器/外部事件计数器(带 4 路捕获和 4 路比较通道)、PWM 单元(6路输出)和看门狗。j) 低功耗实时时钟具有独立的电源和特定的 32kHz 时钟输入。k) 多个串行接口，包括 2 个 16C550 工业标准 UART、2 个高速 I2C 总线(400 kbit/s)、SPI 和具有缓冲作用和数据长度可变功能的 SSP。l) 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。m) 小型的 LQFP64 封装上包含多达 47 个通用 I/O 口(可承受 5V 电压)。n) 多达 9 个边沿或电平触发的外部中断管脚。o) 通过片内 PLL(100us 的设置时间)可实现最大为 60MHz 的 CPU 操作频率。p) 片内集成振荡器与外部晶体的操作频率范围为 130 MHz，与外部振荡器的操作频率范围高达 50MHzq) 低功耗模式：禁止断或 BOD 将处理器从掉电模式中唤醒。r) 单电源，具有上电复位(POR 外部功能和外围时钟分频来优化功耗。s) 通过外部中)和掉电检测(BOD)电路：CPU 操作电压范围：3.03.6 V (3.3 V10%)，I/O 口可承受 5V 空闲和掉电。t) 可通过个别使能/的电压。管脚图见31图 4-1 芯片引脚图213LPC4.4 语音处理模块这可以通过管脚 CH_SEL2-0来进行配置，此时串行方式端口使能管脚 CHP_D2 必须接低32电平. 接口操作采用被动模式，由外部提供数据选通信号10，将上拉电阻和开关与BPS_SEL3-0管脚相连，通过拨动开关来灵活选择语音编码速率和前向纠错速率，也可以通过写入设置语音速率的控制帧的方式软件实现.在本设计中，拨动开关使 BPS_SEL3-0通过电阻接地，将语音编码速率设为 2.4 kbps. 语音编码速率和前向纠错速率根据信道的误码率情况来进行选择，误码率低则可适当降低语音编码速率和前向纠错速率.可与不同的 A/D-D/A 芯片连接，接收 8 位 率、A 律压扩量化或 16 位10AMBE线性化的 PCM 信号. 为了获得更好的语音效果，采用 16 位的线性量化 A/D-D/A 芯片CSP1027-S 作为 的语音信号接口，它与 直接连接，中间无需额010MBE外的硬件逻辑，由于其内置了前置音频放大器，麦克风语音信号直接通过 MICIN 管脚送入. 功率放大器采用 LN4890 芯片，它采用桥接负载结构来提供高品质音频功率放大，并且内置了杂音消除电路，还可以通过外接电路来调节增益.4.5 实现 CAN 总线节点基本功能4.5.1 所用主要硬件概述1. 控制器 MCP2515 简介CANMicrochip 的 MCP251 是一款独立控制器局域网络（Controller Area Network，）协议控制器，完全支持 V2.屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器可以过滤掉不CAN想要的报文，因此减少了主单片机（MCU）的开销。MCP2515 与 MCU 的连接是通过业界标准串行外设接口（Serial Peripheral Interf0B 技术规范。该器件能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。MCP2515 自带的两个验收 ace， SPI）来实现的。主要功能特性如下：.完全支持 V2.0B 技术规范，通讯速率为 1 Mbps 接收缓冲器、验收屏蔽寄存器和验收滤波寄存器 对头两个数据字节进行滤波（针对标准数据帧） 三个发送缓冲器，具有优先级设定及发送中止功能 高速 SPI 接口（10 MHz） 单触发模式确保报文发送只尝试一次 带有可编程预分频器的时钟输出引脚 可用作其他器件的时钟源 带有可选使能设定的中断输出引脚 低功耗的 CMOS 技术2. 收发器 82C250 简介CAN82C250 为 总线收发器，是 控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动CAN发送能力和对 控制器的差动接器限定的电流值输出被降低，因为发送器被占去大部分的功率消耗，这将导致降额功耗收能力。限定的电流值保护接收器输出级，避免阳极和阴极的短路，尽管在默认的非常的需要。其主要特征如下1.与 ISO/DIS 11891 标准条件下功率消耗是增加的，这个特征值将防止发射器输出级的损坏。如果结点温度超过 160，发送和较低的片面温度，IC 中的其它部分在使用中将保持不变。当总线短路的时候，热保护完全兼容2.最高速可达 1Mbps3.很强的抗瞬间干扰和保护总线的能力 在自动化环境中总线保护瞬间334.降低射频干扰（RFI-Radio Frequency Interference）的斜率控制5.热防护6.防护电池与地之间发生短路7.低电流备用模式8.某一个节点掉电不会影响总线9.至少有 110 个节点相连接10.不同的接收器都具有宽共模范围，有很强的抗电磁干扰（EMI）能力。图 4-2 82C250 芯片原理图3. 10AMBE是一个高性能的多速率语音编码- 解码芯片, 其语音编码- 解码速率可以在 24009600bps 之间以 50bps 的间隔变化, 即使在 2400bps 时,仍能保持自然的声音质量和语音可懂度。在芯片内部有相互独立的语音编码和解码通道,可同时完成语音的编码和解码任务;并且所有的编码和解码操作都能在芯其它需要对语音进行数字处理的场合。是数字语音系统片内部完成, 不需要额外的存储器。芯片的工作电压可10ABE选择为 5V 或 3.3V.当系统供电电压为 3.3V 时, 芯片功耗为 65mW , 在深度睡眠状态时,功耗仅为 0. 11mW。 的这些特性使于数字蜂窝电话、加密语音通讯以及公10AMBE司(DigitalVoice Systems . Inc) 将其专利语音编码得它非常适合控制软件后经过掩膜而成的芯片。其芯片如图所示。技术 AMBE 应用在德州仪器公司的 TMS320C 系列数字信号处理器上, 并加上一系列34图 4-3 芯片引脚图10AMBE4.5.2 语音通讯分站的硬件设计1. 微控制器及时钟213LPC7 处理器可以使用外部晶振或外部时钟源，内部 PLL 电路可以调整ARM系统时钟，使系统运行速度加快，CPU 运行的最大操作时钟为 60MHz，本系统采用外部11.0592MHz 晶振，电路如图所示。其主要原因是使串口的波特率更精确，同时能支持微处理器内部 PLL 及 ISP 功能。213LP2.复位电路及 JTAG 调试接口由于 芯片的高速低功耗的工作电的可靠性，其复位及 JTAG 电路如图所示。信AR号 nRST 连接到 芯片的复位引脚 nRESET 压导致噪声容量低，对电源的瞬态响应213LC性能，时钟的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面提出了很高的要求。本系统节点的复位使用带有 IIC 存储器的 CAT1025J1-30，提高了系统,当复位键按下时，CAT1025J1-30引脚输出复位信号，使 芯片复位。P对于系统调试采用 公司提出的标准 20 针 JTAG 仿真器调试，JTAG 信号定义与M芯片的连接如图所示。213LP图 4-4JTAG 调试接口3.电源子模块微处理器的内核和 I/O 使用统一电源，只需要 3.3V 单电源供电。系统电源213LPC电路如图所示。由电源插口器件将电源稳压到 3.3V。 有独立的模拟电源引脚213LPCVdd=3.3V,Vssa=SGND。为了降低噪输入 9V 的直流电源，经两电容滤波，然后经过LM1117-5.0 将电源稳压到 5V，5V 电压再经过 LM1117-3.3 声和出错概率，模拟电源和数字电源应该隔离。35图 4-5 电源子模块4. 控制器及收发器通讯子模块CAN为了增强 总线节点的总线上各个 节点间的电气隔离。不过应该说明的一点CAN是，光耦部分电路采样的采用了一定的安全性和抗干扰措施。82C250 的 H 和 LCAN引脚各自通过一个 22 的电阻与两个电源必须完全隔离，否则光耦就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带 5V 隔离输出的开关电源模块实现。这些模块虽然增加了节点的复杂程度，但是却提高了节点的稳定性和安全性。82C250 与 总线的接口部分也 总线相连。电阻起到一定的限流作用，保护CAN82C250 免受大电流冲击。 H 和 L 之间并联了一个 120 的电阻，可以起到滤除CAN总线上的高频干扰和一定的电磁辐射的能力。82C250 的 Rs 引脚抗干扰能力，MPC2515 的TX0 和 RX0 通过高速高速光耦 6N137 和 82C250 相连，这样就很好实现了上接一个斜率电阻，电阻的大小可以通