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【6h】

基于以太网和CAN总线的煤矿数字语音广播系统的研究

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1绪论

1.1课题背景及意义(Background and Significance of Subject)

1.2课题研究现状(Research Status of Subject)

1.3课题研究内容(Research Contents of Subject)

1.4全文章节安排(Chapter Arrangement of the Paper)

2语音广播系统关键技术

2.1排队论相关理论(Correlate Theory of Queuing Theory)

2.2语音编码技术(Technology of Voice Coding)

2.3传输协议分析(Analysis of Transmission Protocol)

2.4 Ethernet和CAN总线音频传输可行性分析(Feasibility Analysis of Audio Transmission Based on Ethernet and CAN bus)

2.5本章小结(Chapter Conclusion)

3系统总体构架及硬件设计

3.1系统总体构架(Overall Architecture of System)

3.2系统工作过程(Work Process of System)

3.3系统硬件电路设计(Hardware Design of System)

3.4本章小结(Chapter Conclusion)

4系统排队模型的建立及分析

4.1 Ethernet 和 CAN 总线语音传输基本模型分析(Analysis of Basic Model Based on Ethernet and CAN Bus Voice Transmission)

4.2 M/D/1排队模型分析(Analysis of M/D/1 Queuing Model)

4.3基于排队论的双向语音传输模型的建立(Modeling of Bidirectional Voice Transmission Based on Queuing)

4.4 双向语音传输系统 M/D/1 排队模型仿真(M/D/1 Queuing Model Simulation of Bidirectional Voice Transmission)

4.5本章小结(Chapter Conclusion)

5音频传输的实时性分析

5.1抖动(Jitter)

5.2静态缓冲机制(Static Buffering Mechanism)

5.3动态缓冲机制(Dynamic Buffering Mechanism)

5.4基于音质控制的自适应去抖动同步策略(Adaptive De Jitter Sync-hronization Strategy Based on Tone Quality Control)

5.5本章小结(Chapter Conclusion)

6系统软件设计与系统测试

6.1上位机音频服务器设计(Design of Audio Server Based on PC)

6.2 μC/OS-II 简介及在 STM32 上的移植( Profile of μC/OS-II and Transplanting on the STM32)

6.3终端软件设计(Software Design of Terminal)

6.4系统测试(System Testing)

6.5本章小结(Chapter Conclusion)

7总结与展望

7.1总结(Conclusion)

7.2展望(Prospect)

参考文献

附录 程序清单

作者简历

学位论文数据集

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摘要

良好的语音广播系统,在煤矿日常生产、设备安装、调试、检修和救灾过程中,发挥着至关重要的作用,如在煤矿灾害发生初期,通过语音广播系统能够及时指导现场人员进行避险撤离。当前煤矿语音广播系统多为定压广播、调度电话等模式,局限性较大,更无法实现半双工或全双工对讲功能。针对当前煤矿语音广播系统的不足,本课题提出了基于以太网(Ethernet)和CAN总线的煤矿数字语音广播系统的研究与设计。该系统不仅能在事故发生时,发起全网紧急广播,引导科学避险,而且可在日常生产过程中作为基本联络及丰富职工文化生活的有力工具。
  根据煤矿语音广播系统的应用特点,本课题研究设计以Ethernet为核心,辅以CAN总线、嵌入式等技术来构建整套数字语音广播系统。首先介绍了Ethernet和CAN总线在语音传输方面的应用研究现状及语音传输关键技术,论证了Ethernet和CAN总线在音频传输方面的可行性。紧接着论述了系统的整体方案,对音频服务器和系统广播终端(广播主站和分站)的功能需求和硬件设计进行了详细阐述。针对 Ethernet和CAN总线的协议特点,构建了语音传输系统的M/D/1排队数学模型,利用MATLAB对该模型进行了仿真,并对仿真结果进行了深度分析。针对音频传输的实时性特点,分别论述了动、静态缓冲控制机制的工作原理及设计过程,并试着提出了一种基于音质控制的自适应去抖动同步策略。
  最后详细论述了基于VS2010平台的音频服务器和基于μC/OS-II实时操作系统的广播终端软件的开发过程。基于搭建的测试平台,对流媒体播放、单向、双向、多路和多路双向语音传输进行了实验研究,实验验证了相关控制理论和软硬件技术的正确性。

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