基于优先级的多总线矿用广播通讯网络

1.一种基于优先级的多总线矿用广播通讯网络，包括井上主控站、井下分控站，报警点，其特征在于：井上主控站与井下分控站通过以太网连接，井下分控站与报警点通过CAN总线和音频总线连接，在报警点上接有功放模块和喇叭；
所述的井上主控站包括STM32主控制器，STM32主控制器的串行口1接显示器，网络口接隔离电路，SPI2口接音频解码器的SPI口，PG1~PG5脚接按键接口；音频解码器的DAI接音频放大电路，在音频放大电路接有麦克风和喇叭；以太网接口接隔离电路；电源电路分别接显示器、以太网接口、隔离电路、音频解码器电源口、音频放大电路、麦克风、STM32主控制器的电源口；
所述的井下分控站包括STM32主控制器，STM32主控制器的串行口1接显示器，网络口接隔离电路，串行口2接CAN控制器的串行口1，SPI2口接音频解码器的SPI口，PG`~PG5接按键接口；音频解码器DAI接音频放大电路，在音频放大电路接有麦克风、喇叭和音频总线接口；CAN接口接CAN控制器的串行口0；电源电路分别接显示器、以太网接口、隔离电路、CAN控制器、音频解码器、音频放大电路、麦克风、STM32主控制器的电源口；
所述的报警点包括STC单片机主控制器，STC单片机主控制器的串行口1接显示器，串行口0接CAN控制器的串行口1，P2口接按键接口；CAN控制器的串行口0接CAN接口；音频放大电路接有麦克风、喇叭和音频总线接口；电源电路分别接显示器、CAN控制器、CAN接口、音频放大电路、音频总线接口、麦克风、STC单片机主控制器的电源口。

基于优先级的多总线矿用广播通讯网络\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种矿用广播通讯网络。\n背景技术\n[0002] 煤矿井下的环境不同于地面环境，以巷道为主的井下信道结构决定了它不能像地面一样使用单点基站来实现区域性的信号覆盖，一般采用多结点（包括分布式基站）的方式，然而随着节点的增多以及层数的增加，如果采用单一的以太网协议，由于以太网数据帧属于复杂数据结构，而且以太网数据在经过节点时一般都需要进行地址转换，存储转发的过程，信号优先级的处理通常会在服务器端来使用软件来处理，信号切换的开销很大，这样整个网络的实时性能以及稳定性将明显下降，不能满足井下通讯系统必须具备的实时性与高可靠性。而其它专用的总线结构则存在兼容性不好，安装难度大，成本高等缺点。\n[0003] 基于优先级的多总线矿用广播通讯网络针对矿用广播通讯系统的特点，从硬件上实现了优先级的划分，因而使得终端节点能够使用简单的通讯总线及协议与上一级互联。\n在多个井下环境实际使用过程中，该系统的高实时性，高可靠性，宽兼容性，安装简易以及低成本等方面的优势都得到了很好的体现。\n实用新型内容\n[0004] 本实用新型的目的是提供一种基于优先级的多总线矿用广播通讯网络。\n[0005] 本实用新型的技术方案是，一种基于优先级的多总线矿用广播通讯网络，包括井上主控站、井下分控站，报警点，其特征在于：井上主控站与井下分控站通过以太网连接，井下分控站与报警点通过CAN总线和音频总线连接，在报警点上接有功放模块和喇叭；\n[0006] 所述的井上主控站包括STM32主控制器，STM32主控制器的串行口1接显示器，网络口接隔离电路，SPI2口接音频解码器的SPI口，PG1~PG5脚接按键接口；音频解码器的DAI接音频放大电路，在音频放大电路接有麦克风和喇叭；以太网接口接隔离电路；电源电路分别接显示器、以太网接口、隔离电路、音频解码器电源口、音频放大电路、麦克风、STM32主控制器的电源口；\n[0007] 所述的井下分控站包括STM32主控制器，STM32主控制器的串行口1接显示器，网络口接隔离电路，串行口2接CAN控制器的串行口1，SPI2口接音频解码器的SPI口，PG`~PG5接按键接口；音频解码器DAI接音频放大电路，在音频放大电路接有麦克风、喇叭和音频总线接口；CAN接口接CAN控制器的串行口0；电源电路分别接显示器、以太网接口、隔离电路、CAN控制器、音频解码器、音频放大电路、麦克风、STM32主控制器的电源口；\n[0008] 所述的报警点包括STC单片机主控制器，STC单片机主控制器的串行口1接显示器，串行口0接CAN控制器的串行口1，P2口接按键接口；CAN控制器的串行口0接CAN接口；音频放大电路接有麦克风、喇叭和音频总线接口；电源电路分别接显示器、CAN控制器、CAN接口、音频放大电路、音频总线接口、麦克风、STC单片机主控制器的电源口。\n[0009] 本实用新型井上主控站安放在井上调度室，主要用于紧急广播和分区广播；井下分控站安放在井下主要联络点，主要用于紧急呼叫、站间对讲以及站内内对讲；报警点安放在井下重要监控点，主要用于紧急呼叫、站内对讲；音箱安放在井下的各个区域，主要用于扩音。达到如下技术效果：1、紧急广播：地面调度室通过主控站对井下所有终端（包括分控站、报警点、音箱）发送的广播；2、紧急呼叫：井下分控站通过紧急呼叫按钮实现的对地面调度室主控站的呼叫；3、分区广播：针对特定的一个或者多个分控站发送的广播；3、站间对讲：分控站与分控站之间的对讲；4、站内对讲：连接在同一分控站内的报警点之间或者该报警点与分控站之间的对讲。本实用新型针对井下通讯网络的特点按照优先级进行了重新设计。按照井上主控站，井下分控站，井下报警点，井下音箱等优先级从高到低的顺序进行硬件上的拓扑。井上主控站与井下分控站采用以太网连接，采用的传输介质有矿用网线与矿用光缆，一般可以在矿方原有的井下环网基础上拓展。井下分控站与井下报警点采用CAN总线与音频总线连接，使得井下报警点能够在第一时间将报警信号传送给井下分控站，并打开音频总线，通过井下分控站建立与井上主控站的语音连接。而井下音箱则通过音频总线与最近的报警点或者分控站连接，可以实现全区域的实时紧急广播与分区域的背景音乐播放。本实用新型相对于传统的以太网网络，该网络具备高实时性，高可靠性，以及终端节点安装简单等特点。相对于传统的专用的通讯网络，该网络具备兼容性好，成本低等特点。\n附图说明\n[0010] 图1是本实用新型使用状态局部示意图。\n[0011] 图2是井上主控站的电路方框图。\n[0012] 图3是井下分控站的电路方框图。\n[0013] 图4是报警点的电路方框图。\n具体实施方式\n[0014] 如图1所示，一种基于优先级的多总线矿用广播通讯网络，包括井上主控站、井下分控站，报警点，井上主控站与井下分控站通过以太网连接，井下分控站与报警点通过CAN总线和音频总线连接，在报警点上接有功放模块和喇叭。由以太网连接的井上主控站与井下分控站构成了广播通讯网络的核心网络，在此核心网络的基础上，加入由CAN总线和音频总线连接的报警点，构成了附加有报警点的网络，在附加有报警点网络的基础上再加入由音频总线连接的音箱，构成了附加有报警点和音箱的网络。本实用新型中，信号的优先级按照从高到低排列如下：\n[0015] 紧急广播、紧急呼叫、分区广播、站间对讲、站内对讲。\n[0016] 优先级处理采用抢占方式，即高优先级可以抢占正在进行的低优先级的任务，同优先级则等待。\n[0017] 如图2所示，井上主控站包括STM32主控制器，STM32主控制器的串行口1接显示器，网络口接隔离电路，SPI2口接音频解码器的SPI口，PG1~PG5脚接按键接口；音频解码器的DAI接音频放大电路，在音频放大电路接有麦克风和喇叭；以太网接口接隔离电路；电源电路分别接显示器、以太网接口、隔离电路、音频解码器电源口、音频放大电路、麦克风、STM32主控制器的电源口。\n[0018] 如图3所示，井下分控站包括STM32主控制器，STM32主控制器的串行口1接显示器，网络口接隔离电路，串行口2接CAN控制器的串行口1，SPI2口接音频解码器的SPI口，PG`~PG5接按键接口；音频解码器DAI接音频放大电路，在音频放大电路接有麦克风、喇叭和音频总线接口；CAN接口接CAN控制器的串行口0；电源电路分别接显示器、以太网接口、隔离电路、CAN控制器、音频解码器、音频放大电路、麦克风、STM32主控制器的电源口。井下分控站有独立的IP地址，它所处理的信号为紧急广播、紧急呼叫、分区广播、站间对讲、站内对讲。它的作用主要是通过以太网接收紧急广播和进行紧急呼叫。\n[0019] 如图4所示，报警点包括STC单片机主控制器，STC单片机主控制器的串行口1接显示器，串行口0接CAN控制器的串行口1，P2口接按键接口；CAN控制器的串行口0接CAN接口；音频放大电路接有麦克风、喇叭和音频总线接口；电源电路分别接显示器、CAN控制器、CAN接口、音频放大电路、音频总线接口、麦克风、STC单片机主控制器的电源口。报警点没有独立的IP地址，但是有独立的CAN网络标识。它处理的信号有紧急呼叫、站内对讲。\n它的作用主要是通过CAN总线与井下分控站建立控制信号连接，通过音频总线与井下分控站建立双向语音连接，通过音频总线与音箱的功放模块建立单向语音连接。\n[0020] 功放模块：用于音箱，没有独立的IP地址，也没有CAN网络标识。它可以接收来自井下分控站、报警点或者其他音箱得音频信号，主要用于扩音，它的作用主要是通过音频总线，与报警点或者井下分控站建立单向语音连接。\n[0021] 各井下终端按照统一的优先级处理各自的信号，使优先级得到了分层处理，相对于集中处理的方式，减少了优先级处理的范围。\n[0022] 相对于传统的分层处理，多总线结构能够充分发挥各种总线自身的优势。例如核心网络采用以太网，充分发挥该网络大数据吞吐量的优势，而采用CAN总线作为二级附加总线，则是考虑到二级网络的数据量不大，但是实时性要求高，而这些正是CAN总线的优势。而三级网络中的音频总线只用于音频信号的传输，不涉及逻辑信号的处理，没有信号延迟，也使得稳定性更好。