基于CAN總線的語音通信探索研究

張先明　龍梁君　周濤　鄭斌

【摘要】 CAN總線具備良好的實時性和糾錯能力，有廣闊的應(yīng)用空間。目前CAN總線的應(yīng)用集中在中低速階段，高速階段幾乎沒有[1]。本文將利用現(xiàn)場局域網(wǎng)絡(luò)總線的500K-1M高頻通信范圍，對語音信號在現(xiàn)場總線上的傳輸進(jìn)行研究，并設(shè)計硬件和軟件用于原理驗證，初步實現(xiàn)基于CAN協(xié)議上的語音通信。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線 語音通信

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械自動化得到廣泛的應(yīng)用，CAN技術(shù)的發(fā)展相對迅猛，被稱為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)[2]。CAN總線上的語音通信的10Km，最大傳輸距離和1Mbps的傳輸速率以及可靠的檢錯和錯誤處理機(jī)制。

一、CAN總線概述

現(xiàn)場總線是一種多主方式的串行通訊總線，掛接在總線上的每個節(jié)點(diǎn)都可以充當(dāng)主機(jī)也可以充當(dāng)分機(jī)。具有高達(dá)1Mbits的通信速率、高抗干擾性、較強(qiáng)的校錯能力、遠(yuǎn)距離傳輸、靈活組網(wǎng)和合理的仲裁機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 語音編碼和解碼

該編解碼器采樣頻率為 8000 Hz 的數(shù)字信號，該信號進(jìn)行 16bit線性 PCM 處理轉(zhuǎn)換為編碼器輸入。數(shù)據(jù)每125us采樣一次，其中大約4us是有效數(shù)據(jù)，并在此時進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲。通過編碼解碼后傳輸?shù)恼Z音信號為數(shù)字信號。

三、CAN總線的語音傳輸性能分析

3.1 CAN總線傳輸

CAN總線語音傳輸原理如圖1所示，聲源產(chǎn)生語音信號，對語音信號進(jìn)行編碼；語音模塊將編碼后的信號傳給STM32單片機(jī)，然后通過外部中斷從CAN總線上傳輸給接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)上的微處理器收到信號后，對語音信號進(jìn)行解碼成模擬信號通過喇叭播放出來。

3.2 實驗及結(jié)果

本文設(shè)計了具有語音編碼和解碼功能的收發(fā)節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將語音進(jìn)行編碼后發(fā)送到接收實驗板并解碼還原語音信號用于模擬驗證語音通信過程。CPU外部中斷從RD口讀取語音信號，跳變沿觸發(fā)外部中斷，脈沖為8KHz；之后數(shù)據(jù)直接往P1口發(fā)送，當(dāng)收到接收完成中斷后，RD立即變?yōu)檩斎霠顟B(tài)，即接收語音包。板載LED燈用于指示通信狀態(tài)，圖2為語音在CAN總線上傳輸?shù)牟罘中盘柌ㄐ巍?/p>

CAN語音通信技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，本文對其進(jìn)行了探索研究并初步實現(xiàn)了兩個語音節(jié)點(diǎn)的單工通信，該語音通信語音方式下編解碼及壓縮算法和節(jié)點(diǎn)時序控制十分關(guān)鍵，此外嵌入式處理器的運(yùn)算能力及軟件實時性也是通信性能的重要因素。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] BaomingWang，ZhiguangGuan，Manli，Cha. Research on the Control System of Hydraulic Support Based on CAN Bus[J].Procedia Engineering：2012：56-80

[2] Guan Wu，Minzan Li，Xiaofei An，Junfeng Liu. Development of an Impact-Based Yield Montior with CAN-BUS[M].Sensor Letters. 2011-9（3）：256-300.endprint

【摘要】 CAN總線具備良好的實時性和糾錯能力，有廣闊的應(yīng)用空間。目前CAN總線的應(yīng)用集中在中低速階段，高速階段幾乎沒有[1]。本文將利用現(xiàn)場局域網(wǎng)絡(luò)總線的500K-1M高頻通信范圍，對語音信號在現(xiàn)場總線上的傳輸進(jìn)行研究，并設(shè)計硬件和軟件用于原理驗證，初步實現(xiàn)基于CAN協(xié)議上的語音通信。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線 語音通信

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械自動化得到廣泛的應(yīng)用，CAN技術(shù)的發(fā)展相對迅猛，被稱為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)[2]。CAN總線上的語音通信的10Km，最大傳輸距離和1Mbps的傳輸速率以及可靠的檢錯和錯誤處理機(jī)制。

一、CAN總線概述

現(xiàn)場總線是一種多主方式的串行通訊總線，掛接在總線上的每個節(jié)點(diǎn)都可以充當(dāng)主機(jī)也可以充當(dāng)分機(jī)。具有高達(dá)1Mbits的通信速率、高抗干擾性、較強(qiáng)的校錯能力、遠(yuǎn)距離傳輸、靈活組網(wǎng)和合理的仲裁機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 語音編碼和解碼

該編解碼器采樣頻率為 8000 Hz 的數(shù)字信號，該信號進(jìn)行 16bit線性 PCM 處理轉(zhuǎn)換為編碼器輸入。數(shù)據(jù)每125us采樣一次，其中大約4us是有效數(shù)據(jù)，并在此時進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲。通過編碼解碼后傳輸?shù)恼Z音信號為數(shù)字信號。

三、CAN總線的語音傳輸性能分析

3.1 CAN總線傳輸

CAN總線語音傳輸原理如圖1所示，聲源產(chǎn)生語音信號，對語音信號進(jìn)行編碼；語音模塊將編碼后的信號傳給STM32單片機(jī)，然后通過外部中斷從CAN總線上傳輸給接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)上的微處理器收到信號后，對語音信號進(jìn)行解碼成模擬信號通過喇叭播放出來。

3.2 實驗及結(jié)果

本文設(shè)計了具有語音編碼和解碼功能的收發(fā)節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將語音進(jìn)行編碼后發(fā)送到接收實驗板并解碼還原語音信號用于模擬驗證語音通信過程。CPU外部中斷從RD口讀取語音信號，跳變沿觸發(fā)外部中斷，脈沖為8KHz；之后數(shù)據(jù)直接往P1口發(fā)送，當(dāng)收到接收完成中斷后，RD立即變?yōu)檩斎霠顟B(tài)，即接收語音包。板載LED燈用于指示通信狀態(tài)，圖2為語音在CAN總線上傳輸?shù)牟罘中盘柌ㄐ巍?/p>

CAN語音通信技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，本文對其進(jìn)行了探索研究并初步實現(xiàn)了兩個語音節(jié)點(diǎn)的單工通信，該語音通信語音方式下編解碼及壓縮算法和節(jié)點(diǎn)時序控制十分關(guān)鍵，此外嵌入式處理器的運(yùn)算能力及軟件實時性也是通信性能的重要因素。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] BaomingWang，ZhiguangGuan，Manli，Cha. Research on the Control System of Hydraulic Support Based on CAN Bus[J].Procedia Engineering：2012：56-80

[2] Guan Wu，Minzan Li，Xiaofei An，Junfeng Liu. Development of an Impact-Based Yield Montior with CAN-BUS[M].Sensor Letters. 2011-9（3）：256-300.endprint

【摘要】 CAN總線具備良好的實時性和糾錯能力，有廣闊的應(yīng)用空間。目前CAN總線的應(yīng)用集中在中低速階段，高速階段幾乎沒有[1]。本文將利用現(xiàn)場局域網(wǎng)絡(luò)總線的500K-1M高頻通信范圍，對語音信號在現(xiàn)場總線上的傳輸進(jìn)行研究，并設(shè)計硬件和軟件用于原理驗證，初步實現(xiàn)基于CAN協(xié)議上的語音通信。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線 語音通信

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械自動化得到廣泛的應(yīng)用，CAN技術(shù)的發(fā)展相對迅猛，被稱為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)[2]。CAN總線上的語音通信的10Km，最大傳輸距離和1Mbps的傳輸速率以及可靠的檢錯和錯誤處理機(jī)制。

一、CAN總線概述

現(xiàn)場總線是一種多主方式的串行通訊總線，掛接在總線上的每個節(jié)點(diǎn)都可以充當(dāng)主機(jī)也可以充當(dāng)分機(jī)。具有高達(dá)1Mbits的通信速率、高抗干擾性、較強(qiáng)的校錯能力、遠(yuǎn)距離傳輸、靈活組網(wǎng)和合理的仲裁機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 語音編碼和解碼

該編解碼器采樣頻率為 8000 Hz 的數(shù)字信號，該信號進(jìn)行 16bit線性 PCM 處理轉(zhuǎn)換為編碼器輸入。數(shù)據(jù)每125us采樣一次，其中大約4us是有效數(shù)據(jù)，并在此時進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲。通過編碼解碼后傳輸?shù)恼Z音信號為數(shù)字信號。

三、CAN總線的語音傳輸性能分析

3.1 CAN總線傳輸

CAN總線語音傳輸原理如圖1所示，聲源產(chǎn)生語音信號，對語音信號進(jìn)行編碼；語音模塊將編碼后的信號傳給STM32單片機(jī)，然后通過外部中斷從CAN總線上傳輸給接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)上的微處理器收到信號后，對語音信號進(jìn)行解碼成模擬信號通過喇叭播放出來。

3.2 實驗及結(jié)果

本文設(shè)計了具有語音編碼和解碼功能的收發(fā)節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將語音進(jìn)行編碼后發(fā)送到接收實驗板并解碼還原語音信號用于模擬驗證語音通信過程。CPU外部中斷從RD口讀取語音信號，跳變沿觸發(fā)外部中斷，脈沖為8KHz；之后數(shù)據(jù)直接往P1口發(fā)送，當(dāng)收到接收完成中斷后，RD立即變?yōu)檩斎霠顟B(tài)，即接收語音包。板載LED燈用于指示通信狀態(tài)，圖2為語音在CAN總線上傳輸?shù)牟罘中盘柌ㄐ巍?/p>

CAN語音通信技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，本文對其進(jìn)行了探索研究并初步實現(xiàn)了兩個語音節(jié)點(diǎn)的單工通信，該語音通信語音方式下編解碼及壓縮算法和節(jié)點(diǎn)時序控制十分關(guān)鍵，此外嵌入式處理器的運(yùn)算能力及軟件實時性也是通信性能的重要因素。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] BaomingWang，ZhiguangGuan，Manli，Cha. Research on the Control System of Hydraulic Support Based on CAN Bus[J].Procedia Engineering：2012：56-80

[2] Guan Wu，Minzan Li，Xiaofei An，Junfeng Liu. Development of an Impact-Based Yield Montior with CAN-BUS[M].Sensor Letters. 2011-9（3）：256-300.endprint