通信控制机和扩音台的流程设计介绍

袁超

摘 要：软件设计是煤矿安全监测系统的一个重要的部分，它担负着所有系统运行的控制和监视功能。对通信控制机和扩音台的查询、打点、通话和闭锁功能流程和实现过程进行讲解，并对软件编译过程中可能出现的冲突问题提出避免的方法。

关键词：扩音台 查询 打点 通话 闭锁

中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）008-125-02

1 前言

煤矿安全检测技术主要是针对目前国内外各大煤矿的安全生产问题而产生的，它结合了计算机技术、通信技术、控制技术和电子技术于一身。20世纪60年代，国外的煤矿监测技术开始出现，从最早期的单一参数监控系统，发展为多参数监控系统，目前，国外煤矿安全监测监控技术在煤矿业得到了广泛推广和使用，其煤矿安全监测系统主要由现场测控分站和控制中心主站组成。

2 通信控制机和扩音台

通信控制机和扩音台是在设计好的井下煤矿监测硬件系统基础上主要实现4种功能：查询、打点、通话和闭锁。

2.1 查询

查询是由控制台每隔10秒发送一次的查询命令，由通信控制机转送至各个扩音台，收到数据后再返回给控制台，以显示各个扩音台的状态。

它的主要过程是：通信控制机从串行口收到控制台发来的一串16进制的查询命令，它首先通过命令线向所有扩音台发出查询1号台开始命令，所有扩音台收到命令后从睡眠状态中被唤醒，同时通信控制机通过语音数据线向右边临近的扩音台1号台发送查询命令（注意：是语音数据线而非命令线），1号台从左边的语音数据线收到命令后收集扩音台状态数据（正常、闭锁、故障、未启用四种之一）后再通过左边的语音数据线返还给通信控制机，通信控制机把1号台状态数据存储好后通过命令线向所有扩音台广播查询1完成命令。

1号台随后收到此命令，这时1号台的查询命令完成。接着1号台通过命令线广播查询2号台开始命令，然后同样通过语音数据线发送和接受2号台的状态数据，并同时把它通过语音数据线转送到通信控制机，接着通过命令线广播查询2完成命令。随后2号台收到后开始广播查询3号台命令，如此递推，一直到倒数第二台扩音台，它向最后一台扩音台发出查询命令，之后返回的状态数据中会包括一个END标记（用FF表示），随后倒数第二台扩音台会通过命令线广播查询结束命令，由此表示查询已到了最终的扩音台。随着所有的状态数据都通过语音数据线传送到了通信控制机，通信控制机把它转换成统一格式后（4位16进制数）转送到控制台，控制台在终端上显示所有扩音台的状态，查询结束。其中最后一台扩音台未必是20号机，有可能为16号机，或者17号机，因此要以END标示。如果通信控制或扩音台在通过语音数据线向下一台扩音台发送查询命令后，既没有返回一般的状态数据，也没有返回包括END标记的状态数据，由此表示下一台的扩音台线路出错，本机会通过命令线发送编号为下一台扩音台的ERR，查询结束，并发出告警。所有扩音台都通过命令线收到收到查询结束命令后，随即又进入睡眠状态，等待下一次的查询过程。以上只详述了查询右边所有扩音台的过程，查询命令会同时扫描左边所有扩音台，过程与右边类似，不再赘述。

2.2 打点

打点主要是实现通信控制机或扩音台在按下“信号”按钮后，所有通信控制机或扩音台广播1KHz单音频信号，随后松开按钮，广播结束的过程。

N号扩音台的打点过程如下：N号扩音台按下“信号”按钮，相应的打点开关被接通，此扩音台被唤醒，并通过命令线广播打点命令，让其它所有扩音台和通信控制机做好打点的准备，同时其它扩音台也被唤醒。接着N号扩音台的单片机控制它的语音编码器发出1KHz的单音频数字信号，此信号通过语音数据线分别向左和向右逐一传送到各个扩音台和通信控制机，在所有的扩音台和通信控制机（包括N号机）收到单音频数字信号后，把通过本机内的语音编码器转换成模拟信号，通过功放放大后在喇叭上播放出来。当需要停止此音频播放时，松开“信号”按钮，N号机的打点开关断开，单片机随即通知它的语音编码器停止发出单音频信号，接着所有的扩音台和通信控制机也不再通过语音数据线收到单音频信号，据此所有的扩音台和通信控制机停止播放此单音频信号，并回复到睡眠状态，打点过程结束。

值得注意的是，在打点关闭过程中，N号机没有使用命令线发送停止命令通知所有扩音台和通信控制机关闭打点音频，而是关闭自身的语音传输线上的语音传输，使其它扩音台和通信控制机停止收到语音数据一段时间后，根据判断自行停止播放打点音频。这么做的原因是防止命令线发送的停止命令出错，从而使各扩音台和通信控制机永远无法收到命令，使广播永远继续下去；而利用语音数据线，则可以根据一段时间没有收到语音数据的判断，决定关闭音频播放，这样无论出错与否，都可以关闭打点功能，这是一种被动式的停止过程。

2.3 通话

通话是实现通信控制机或扩音台按下“通话”按钮，通过所有通信控制机或扩音台广播语音信号，随后松开按钮，语音广播结束的过程。

通话的主要流程与打点基本相同，区别就是通话的语音输入由一个麦克风输入，然后语音信号被传送至语音编码器转换成数字音频信号后进行广播，而打点的1kHz单音频由语音编码器自己发出后进行广播。

2.4 闭锁

闭锁按钮包括闭锁和解锁两种功能。闭锁主要是在煤矿运行时在扩音台按下“闭锁”按钮，通知控制台，控制台首先广播预先录制的语音提示，待播放完之后关闭所有的煤矿设备。如果需要解锁的话，可以在10秒后长按“闭锁”按钮（大于3秒），控制台收到后同样广播预先录制的语音提示，之后重启所有的煤矿设备。

闭锁的过程主要如下：当某个扩音台被按下“闭锁”按钮时，闭锁命令通过命令线广播至所有扩音台和通信控制机，所有扩音台从睡眠中被唤醒，随后通信控制机（0号机）把闭锁命令通过串行线上传给控制台（ARM板），命令中包括按下“闭锁”按钮的扩音台的编号，控制台收到后随即又通过下行串口向通信控制机传送播放MP3录音命令，通信控制机再把它通过命令线转发给所有的扩音台，让它们做好接收闭锁的语音通知准备。随后控制台播放预先录制的MP3语音通知，此MP3音频通过模拟音频线传送到通信控制机，接着通信控制机通过语音编码器转换成数字音频，以和“打点”功能相同的方式通过数据线广播出去。控制台待语音通知播放完毕后通过继电器关闭所有的煤矿设备，同时根据扩音台编号在它的终端上显示发生事故的扩音台所在的节点位。

3 软件编译中的冲突

在这4种功能实现过程中，如何避免其中一种功能执行过程中和其它功能的冲突，是一个值得考虑的问题。解决的方法为：在闭锁、打点和信号三种按钮之中任何一个按钮被按下时，直到一个完整的流程执行结束之前，系统不接受另外两种按钮的闭合功能，即另外两种按钮按下无任何反应。这样可以保证一个功能的完整执行。若当系统在执行查询功能时，闭锁、打点和信号三种按钮之中任何一个按钮被按下，系统让闭锁、打点和信号功能等待，首先执行查询功能，待查询功能完成之后，再返回执行闭锁、打点和信号功能。由于查询功能的执行时间非常短，小于0.1秒，其它功能的受到的延迟几乎没有影响。反之，若正在执行闭锁、打点和信号三种功能时，系统禁止查询，待其它功能完成后，查询开始。

4 结束语

通过通信控制机和扩音台流程的分析，可以依据设计需求，提出实现方案，进行相应的软件编译。软件的编译使用了VC++6.0软件中的MSComm控件，对于关键的改变静态对话框颜色的功能则使用了一个自定义的SendMessage消息，通过改变对话框的三原色的RGB值来实现。

参考文献：

[1] 潘涛.基于ZigBee传感器网络的煤矿安全监测系统研究[D].兰州大学，2010.

[2] 熊若讷.煤矿井下安全智能监控分站的设计[D].武汉理工大学，2012.