基于STM32的礦用直流載波電話設(shè)計(jì)

吳克祥(池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)系，安徽池州247000)

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基于STM32的礦用直流載波電話設(shè)計(jì)

吳克祥*
(池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)系，安徽池州247000)

摘要:遵循礦用本質(zhì)安全型電路的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合煤礦井下通信的需要，提出了一種直流載波可撥號(hào)語音電話的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了該電話的設(shè)計(jì)電路。該電話將咪頭產(chǎn)生的語音信號(hào)放大后經(jīng)LM567芯片調(diào)制成頻率信號(hào)，經(jīng)變壓器耦合后再由12 V直流供電線路傳送至其他語音終端，在各語音終端經(jīng)LM567解調(diào)電路解調(diào)并由LM386放大，放大后的音頻信號(hào)由揚(yáng)聲器輸出?；赟TM32單片機(jī)設(shè)計(jì)了撥號(hào)電路，撥號(hào)信息由CAN總線傳送至各個(gè)電話終端。實(shí)測通話距離大于2 000 m，音量大于85 dB，效果良好。

關(guān)鍵詞:直流載波;電話; STM32; CAN總線; LM567

隨著電子技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種通訊理論和手段不斷更新。尤其是通訊領(lǐng)域，3G無線通訊經(jīng)被廣泛應(yīng)用。有線通訊技術(shù)逐步淡出歷史舞臺(tái)。但在煤礦井下由于條件限制和出于安全考慮，無法使用大功率基站實(shí)施無線語音通訊［1］。鑒于此，有線通訊因其可靠性高而被廣泛采用。

為了充分利用現(xiàn)有供電線路、節(jié)約資源，煤礦井下常采用載波通訊［2－6］。目前國內(nèi)煤礦井下語音通訊多采用127 V交流載波電話，該產(chǎn)品存在不能撥號(hào)、體積笨重、通話質(zhì)量差等缺點(diǎn)，且在停電等極端情況下不能實(shí)現(xiàn)通訊。

本直流載波可撥號(hào)電話，采用12 V蓄電池供電，特別適用于井下供電故障時(shí)的應(yīng)急通話;采用低壓直流載波技術(shù)，全部電路設(shè)計(jì)可達(dá)到礦用本安電氣標(biāo)準(zhǔn)，因而體積小、輕便;采用32位單片機(jī)CAN總線技術(shù)傳輸撥號(hào)盤數(shù)字信息以實(shí)現(xiàn)撥號(hào)功能;將多頻道音頻傳輸技術(shù)和CAN總線通訊技術(shù)應(yīng)用到礦用可撥號(hào)全雙工直流載波電話中，增強(qiáng)了產(chǎn)品的實(shí)用性和可靠性，功能和檔次得以提升。

1　直流載波電話方案

礦用直流載波電話實(shí)現(xiàn)通話功能硬件結(jié)構(gòu)包括咪頭及LM386放大電路、LM567音頻信號(hào)調(diào)制電路、一對耦合變壓器、LM567音頻信號(hào)解調(diào)電路、揚(yáng)聲器及其LM386放大電路、蓄電池及其充電電路、12 V直流供電線路。如圖1所示。

咪頭產(chǎn)生的音頻信號(hào)經(jīng)LM386放大，由LM567調(diào)制電路調(diào)制成高頻信號(hào)，經(jīng)耦合變壓器耦合至直流12 V主供電線路，該線路提供12 V本安電源給各個(gè)載波電話，其布線距離為通話距離，通常為200 m～2 000 m間距布置一個(gè)載波電話。當(dāng)呼叫某部電話時(shí)，該電話收到主供電線路傳來的高頻信號(hào)，經(jīng)該電話內(nèi)耦合變壓器傳至LM567解調(diào)電路，解調(diào)電路將解調(diào)出的音頻信號(hào)傳至LM386放大電路放大，再由揚(yáng)聲器輸出，從而實(shí)現(xiàn)語音通話。

圖1　實(shí)現(xiàn)通話功能的硬件結(jié)構(gòu)方框圖

撥號(hào)功能由STM32單片機(jī)及其CAN總線傳輸實(shí)現(xiàn)［7－8］。所撥號(hào)碼由撥號(hào)開關(guān)陣列輸入單片機(jī)，單片機(jī)再將號(hào)碼信息經(jīng)CAN總線傳輸至各部電話中的STM32單片機(jī)，該單片機(jī)將從CAN總線上收到的號(hào)碼信息與本機(jī)號(hào)碼比較，若相同，則實(shí)現(xiàn)振鈴及語音信號(hào)輸出，否則，不予理會(huì)。

2　直流載波電話主要電路設(shè)計(jì)

該直流載波電話主要由咪頭及其LM386放大電路、LM567調(diào)制/解調(diào)電路、揚(yáng)聲器及其LM386放大電路、STM32撥號(hào)及其CAN總線傳輸電路組成。2.1咪頭及其LM386放大電路

咪頭產(chǎn)生的音頻信號(hào)需要經(jīng)過放大、濾波處理以后才能傳給LM567調(diào)制電路，其電路如圖2所示。對于調(diào)制解調(diào)電路來講，理想的輸入信號(hào)電壓應(yīng)為25 mV以上、200 mV以下。LM386芯片內(nèi)建增益為20，通過1腳和8腳間電容的搭配，增益最高可達(dá)200。本電路放大倍數(shù)為20，二極管D4和D5用于限制放大后音頻信號(hào)的幅值，使之與LM567電路相匹配。

圖2　咪頭及其LM386放大電路

2.2LM567調(diào)制/解調(diào)電路

LM567調(diào)制/解調(diào)電路如圖3所示。經(jīng)放大和濾波的音頻信號(hào)，由3腳接入LM567，其5腳和6腳之間的電阻R11、6腳與GND之間的電容C8決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率fo，且fo≈1/1.1RC。因R11= 5.6 kΩ，C8= 1 000 pF，故本電路調(diào)制信號(hào)的中心頻率約為150 kHz。調(diào)制信號(hào)由8腳輸出，再由耦合變壓器耦合到直流12 V主供電線路，傳至各個(gè)載波電話的耦合變壓器上。由于通話方式是單工的，傳至耦合變壓器的高頻信號(hào)經(jīng)二極管D1和D2限幅后接入LM567的3腳，再由其2腳輸出解調(diào)信號(hào)。

圖3　LM567調(diào)制/解調(diào)電路

2.3揚(yáng)聲器及其LM386放大電路

揚(yáng)聲器及其LM386放大電路如圖4所示。解調(diào)后的音頻信號(hào)經(jīng)濾波后進(jìn)入LM386的3腳。由于煤礦井下環(huán)境噪聲較大，故在LM386的1腳和8腳之間配置的電容C20為10 μF，因而本電路放大倍數(shù)為200倍。放大后的音頻信號(hào)由LM386的5腳輸出，經(jīng)光耦傳至10 W 8 Ω的擴(kuò)音揚(yáng)聲器輸出。光耦受到STM32單片機(jī)的控制，若本機(jī)被呼叫則光耦導(dǎo)通。

圖4　揚(yáng)聲器及其LM386放大電路

2.4STM單片機(jī)及其相關(guān)電路

STM單片機(jī)及其相關(guān)電路如圖5所示。撥號(hào)由4×4的鍵盤實(shí)現(xiàn)，也可以做成增減按鈕外加兩位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。通訊線路上所有電話的CANH和CANL分別相連，也可以理解為與直流12 V主供電線路平行設(shè)置兩根通訊線，所有電話CANH和CANL分別相連到這兩根通訊線上。實(shí)質(zhì)上，本電路上還可設(shè)置一些控制功能按鈕，通過CAN總線遠(yuǎn)距離啟停連接于其他通話終端的電氣設(shè)備，以擴(kuò)展本載波電話的功能。STM單片機(jī)內(nèi)軟件主要由CAN總線初始化、CAN總線收發(fā)中斷、撥號(hào)鍵盤掃描以及呼叫響應(yīng)等程序構(gòu)成。每部電話可由軟件或外部硬件設(shè)定其號(hào)碼，若本機(jī)被呼叫，則開啟光耦開關(guān)，先由揚(yáng)聲器播放振鈴音，再單工傳輸音頻。若所撥號(hào)碼特殊，比如“0”，則啟動(dòng)廣播功能，由呼叫電話喊話，其余線上電話均能聽到廣播。

圖5　STM單片機(jī)及其相關(guān)電路

3　結(jié)束語

設(shè)計(jì)了一種可撥號(hào)直流載波電話，提出了音頻信號(hào)的傳輸方案，并設(shè)計(jì)了撥號(hào)信息的傳輸模式，限于篇幅，可撥號(hào)直流載波電話的直流充電電路沒有贅述。原理圖設(shè)計(jì)完成后，開發(fā)了PCB圖并委托深圳創(chuàng)立電子有限公司加工電路板，最終研制出了基于STM32的礦用直流載波電話。

直流載波電話的調(diào)試工作在淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北礦實(shí)施，在井下每隔2 000 m布置一個(gè)電話終端，共設(shè)8只，綿延十幾公里。每部電話均能對其他7部電話自由呼叫，也能沿線群呼，在近采掘工作面采煤機(jī)械大噪聲環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)正常通話，實(shí)測電話揚(yáng)聲器輸出音量大于85 dB。

本直流載波電話為煤礦井下語音通訊提供了一種新的選擇，且為非正常斷電時(shí)提供了一種應(yīng)急通話方案。另外，本直流載波電話通過CAN總線傳輸撥號(hào)信息的方案可拓展用于遠(yuǎn)距離啟停連接于其他通話終端的電氣設(shè)備。

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吳克祥(1972－)，男，碩士，池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)系講師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化，wq82540@tom.com。

Research and Implementation on Algorithm of Passive-Blind Detection of Copy-Move Forgery in Digital Images

YANG Jiangtao1，2，MA Xihong1，2*，WU Qi3
(1.Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory，North University of China，Taiyuan 030051，China;
2.Key Laboratory of Instrumentation Science and Dynamic Measurement of Ministry of Education，North University of China，Taiyuan 030051，China;
3.School of Computer Science and Control Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，China)

Abstract:Aiming at a common copy-paste forgery in the research field of digital image forensics，a detection approach was studied based on wavelet transform and singular value decomposition.Firstly，DWT is applied to the image，and SVD is used on fixed-size blocks of low-frequency component in wavelet sub-band to yield a reduced dimension representation.The SV vectors are then lexicographically sorted，and copy forgery regions are localized by detecting for all neighborhood vectors.The experiments demonstrate that the method greatly reduced the dimension of feature vector and accordingly increased detection efficiency of the matching block.In order to facilitate efficient testing whether the image is tampered，a simple system was designed to detect interface just load the image to be detected and enter the appropriate parameters can be detected.The test results turn back to the interface at last.And tamper detection system completes the realization of this algorithm in DSP hardware platform.This system will greatly help to promote the research of digital image forensics technology theory and the development of application and extension.

Key words:digital image; tampering with evidence; wavelet transform; singular value decomposition; DSP

doi:EEACC:6140C10.3969/j.issn.1005－9490.2015.04.048

收稿日期:2014－08－12修改日期:2014－09－14

中圖分類號(hào):TD65

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1005－9490(2015)04－0958－03