吴克祥(池州职业技术学院机电技术系，安徽池州247000)



基于STM32的矿用直流载波电话设计

吴克祥*
(池州职业技术学院机电技术系，安徽池州247000)

摘要:遵循矿用本质安全型电路的设计原则，结合煤矿井下通信的需要，提出了一种直流载波可拨号语音电话的设计方案，详细介绍了该电话的设计电路。该电话将咪头产生的语音信号放大后经LM567芯片调制成频率信号，经变压器耦合后再由12 V直流供电线路传送至其他语音终端，在各语音终端经LM567解调电路解调并由LM386放大，放大后的音频信号由扬声器输出。基于STM32单片机设计了拨号电路，拨号信息由CAN总线传送至各个电话终端。实测通话距离大于2 000 m，音量大于85 dB，效果良好。

关键词:直流载波;电话; STM32; CAN总线; LM567

随着电子技术和通讯技术的不断进步，各种通讯理论和手段不断更新。尤其是通讯领域，3G无线通讯经被广泛应用。有线通讯技术逐步淡出历史舞台。但在煤矿井下由于条件限制和出于安全考虑，无法使用大功率基站实施无线语音通讯［1］。鉴于此，有线通讯因其可靠性高而被广泛采用。

为了充分利用现有供电线路、节约资源，煤矿井下常采用载波通讯［2－6］。目前国内煤矿井下语音通讯多采用127 V交流载波电话，该产品存在不能拨号、体积笨重、通话质量差等缺点，且在停电等极端情况下不能实现通讯。

本直流载波可拨号电话，采用12 V蓄电池供电，特别适用于井下供电故障时的应急通话;采用低压直流载波技术，全部电路设计可达到矿用本安电气标准，因而体积小、轻便;采用32位单片机CAN总线技术传输拨号盘数字信息以实现拨号功能;将多频道音频传输技术和CAN总线通讯技术应用到矿用可拨号全双工直流载波电话中，增强了产品的实用性和可靠性，功能和档次得以提升。

1　直流载波电话方案

矿用直流载波电话实现通话功能硬件结构包括咪头及LM386放大电路、LM567音频信号调制电路、一对耦合变压器、LM567音频信号解调电路、扬声器及其LM386放大电路、蓄电池及其充电电路、12 V直流供电线路。如图1所示。

咪头产生的音频信号经LM386放大，由LM567调制电路调制成高频信号，经耦合变压器耦合至直流12 V主供电线路，该线路提供12 V本安电源给各个载波电话，其布线距离为通话距离，通常为200 m～2 000 m间距布置一个载波电话。当呼叫某部电话时，该电话收到主供电线路传来的高频信号，经该电话内耦合变压器传至LM567解调电路，解调电路将解调出的音频信号传至LM386放大电路放大，再由扬声器输出，从而实现语音通话。

图1　实现通话功能的硬件结构方框图

拨号功能由STM32单片机及其CAN总线传输实现［7－8］。所拨号码由拨号开关阵列输入单片机，单片机再将号码信息经CAN总线传输至各部电话中的STM32单片机，该单片机将从CAN总线上收到的号码信息与本机号码比较，若相同，则实现振铃及语音信号输出，否则，不予理会。

2　直流载波电话主要电路设计

该直流载波电话主要由咪头及其LM386放大电路、LM567调制/解调电路、扬声器及其LM386放大电路、STM32拨号及其CAN总线传输电路组成。2.1咪头及其LM386放大电路

咪头产生的音频信号需要经过放大、滤波处理以后才能传给LM567调制电路，其电路如图2所示。对于调制解调电路来讲，理想的输入信号电压应为25 mV以上、200 mV以下。LM386芯片内建增益为20，通过1脚和8脚间电容的搭配，增益最高可达200。本电路放大倍数为20，二极管D4和D5用于限制放大后音频信号的幅值，使之与LM567电路相匹配。

图2　咪头及其LM386放大电路

2.2LM567调制/解调电路

LM567调制/解调电路如图3所示。经放大和滤波的音频信号，由3脚接入LM567，其5脚和6脚之间的电阻R11、6脚与GND之间的电容C8决定了内部压控振荡器的中心频率fo，且fo≈1/1.1RC。因R11= 5.6 kΩ，C8= 1 000 pF，故本电路调制信号的中心频率约为150 kHz。调制信号由8脚输出，再由耦合变压器耦合到直流12 V主供电线路，传至各个载波电话的耦合变压器上。由于通话方式是单工的，传至耦合变压器的高频信号经二极管D1和D2限幅后接入LM567的3脚，再由其2脚输出解调信号。

图3　LM567调制/解调电路

2.3扬声器及其LM386放大电路

扬声器及其LM386放大电路如图4所示。解调后的音频信号经滤波后进入LM386的3脚。由于煤矿井下环境噪声较大，故在LM386的1脚和8脚之间配置的电容C20为10 μF，因而本电路放大倍数为200倍。放大后的音频信号由LM386的5脚输出，经光耦传至10 W 8 Ω的扩音扬声器输出。光耦受到STM32单片机的控制，若本机被呼叫则光耦导通。

图4　扬声器及其LM386放大电路

2.4STM单片机及其相关电路

STM单片机及其相关电路如图5所示。拨号由4×4的键盘实现，也可以做成增减按钮外加两位数码管实现。通讯线路上所有电话的CANH和CANL分别相连，也可以理解为与直流12 V主供电线路平行设置两根通讯线，所有电话CANH和CANL分别相连到这两根通讯线上。实质上，本电路上还可设置一些控制功能按钮，通过CAN总线远距离启停连接于其他通话终端的电气设备，以扩展本载波电话的功能。STM单片机内软件主要由CAN总线初始化、CAN总线收发中断、拨号键盘扫描以及呼叫响应等程序构成。每部电话可由软件或外部硬件设定其号码，若本机被呼叫，则开启光耦开关，先由扬声器播放振铃音，再单工传输音频。若所拨号码特殊，比如“0”，则启动广播功能，由呼叫电话喊话，其余线上电话均能听到广播。

图5　STM单片机及其相关电路

3　结束语

设计了一种可拨号直流载波电话，提出了音频信号的传输方案，并设计了拨号信息的传输模式，限于篇幅，可拨号直流载波电话的直流充电电路没有赘述。原理图设计完成后，开发了PCB图并委托深圳创立电子有限公司加工电路板，最终研制出了基于STM32的矿用直流载波电话。

直流载波电话的调试工作在淮南矿业集团潘北矿实施，在井下每隔2 000 m布置一个电话终端，共设8只，绵延十几公里。每部电话均能对其他7部电话自由呼叫，也能沿线群呼，在近采掘工作面采煤机械大噪声环境下可实现正常通话，实测电话扬声器输出音量大于85 dB。

本直流载波电话为煤矿井下语音通讯提供了一种新的选择，且为非正常断电时提供了一种应急通话方案。另外，本直流载波电话通过CAN总线传输拨号信息的方案可拓展用于远距离启停连接于其他通话终端的电气设备。

参考文献:

［1］周学华，吴君.Mesh技术在矿井无线通信系统中的应用研究［J］.矿山机械，2010(22):67－69.

［2］付扬，姜美玲.基于GPRS和低压电力线载波通信的智能远程抄表系统的设计［J］.工矿自动化，2009(6):125－128.

［3］宗伟林，毛江，高洋.基于电力载波的综掘工作面监测系统设计［J］.工矿自动化，2013(7):82－84.

［4］朱晓芳，杨立东，李艳慧.电牵引采煤机PLC载波电控系统［J］.工矿自动化，2009(5):95－96.

［5］刘润花，王春生，侯巨林，等.井下电力线载波自动抄表系统原理及其应用［J］.工矿自动化，2007(2):39－40.

［6］杜建华，张认成.基于低压电力载波通信的温度采集系统［J］.仪表技术与传感器，2007(5):31－34.

［7］丁红斌，秦会斌，孙顺远.基于STM32的虚拟示波器的设计与实现［J］.电子器件，2009(6):1007－1010.

［8］苏晨，刘敬彪，章雪挺.CAN总线在海洋数据监控系统中的设计与实现［J］.电子器件，2011(3):269－272.

吴克祥(1972－)，男，硕士，池州职业技术学院机电技术系讲师。主要研究方向为机电一体化，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

中图分类号:TD65

文献标识码:A

文章编号:1005－9490(2015)04－0958－03