CN103701485B - 基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，控制单元电路包括ARM Cortex-M3、平衡-非平衡转换电路、传输平衡信号的14芯主机接口、非平衡-平衡转换电路、传输平衡信号的14芯MMI接口、第一开关选择电路，第二开关选择电路和电源电路；采用ARM Cortex-M3单片机的AD功能及PWM功能，对音频信号进行AD采集、PWM还原；检测音频信号中是否包含820Hz(±10Hz)的LAS音，当检测到含有LAS音时，将其抑制或最大衰减；当检测到语音信号中不包含LAS音时，向MMI发送报文，通过MMI向司机发出提示，本发明的有益效果是：调车过程中，自动检测LAS音，提示调车司机通话链路保持完好，无需司机进行其他操作；只针对Fo=820Hz，Df=20Hz的LAS音进行处理，不影响通话质量。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，用于对音频信号进行采样、还原，在确保音频信号尽量完整的前提下，检测特定频率（820Hz±20Hz）信号。
背景技术
目前，在铁路调车系统中，为保证调车司机安全进行调车作业，需要调车员用手持设备对其进行作业指导，调车员要与调车司机时刻保持通话，以确保调车司机调车安全，调车司机则以是否进行通话来判断与调车员之间的通话链路是否保持良好，当调车司机听不到调车员讲话时，调车司机无法判断通话是否正常。
UIC（欧洲铁路联盟）在FRS（Function Requirement Specification）和SRS（System Requirement Specification）中提出Cab Radio设备应该具备Shunting Mode（调车模式），其中LAS（链路确认信号）就是用来提示调车司机与调车员的通话链路完好，要实现上述要求，必须有相应的设备，而目前国内调车系统中尚未有厂家生产此类检测该信号的装置，在文献中也未见相关技术报道。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对铁路调车系统操作需要，提供一种基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元的设计方案，基于ARM Cortex-M3系列单片机构成LAS控制单元的最小系统，以求通过本发明实现对LAS音的检测，与Cab Radio的显示终端建立连接，并通过显示终端对LAS音进行提示，使调车司机可以通过操作显示终端取消检测LAS功能和屏蔽LAS提示音。
本发明是通过这样的技术方案实现的：基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，其特征在于，控制单元电路包括ARM Cortex-M3、平衡-非平衡转换电路
、传输平衡信号的14芯主机接口、非平衡-平衡转换电路、传输平衡信号的14芯MMI接口、第一开关选择电路，第二开关选择电路和电源电路；
ARM Cortex-M3通过AD端口与平衡-非平衡转换电路输出端连接，通过DA端口与非平衡-平衡转换电路连接，通过IO端口分别与第一继电器、第二继电器 端连接，
平衡-非平衡转换电路的输入端与14芯主机接口连接；14芯主机接口用于连接Cab Radio；
非平衡-平衡转换电路的输出端与14芯MMI接口连接；14芯MMI接口用于连接显示终端（MMI）；
第一开关选择电路包括第一继电器，第一继电器的线圈端由ARM Cortex-M3的一个IO端控制 ，常开端连接ARM Cortex-M3的TXD端，常闭端连接14芯主机接口TXD端，公共端连接14芯MMI接口的TXD端；第二开关选择电路包括第二继电器，第二继电器的线圈端由ARM Cortex-M3的一个IO端控制 ，常开端连接平衡-非平衡转换电路的输入端，常闭端连接MMI音频输入端，公共端连接14芯主机接口的音频输出端；
平衡-非平衡转换电路包含转换电路和放大电路；
非平衡-平衡转换电路包含转换电路、放大电路以及滤波电路；
电源电路为整机供电。
LAS控制单元安装在Cab Radio和显示终端（MMI）之间，连接方式采用14芯电缆，基于ARM Cortex-M3单片机构成LAS信号控制单元的最小系统，利用单片机的AD/DA功能实现音频信号的采集/还原，通过RXD/TXD实现与Cab Radio显示终端的串口通信；
采用ARM Cortex-M3单片机的AD功能及DA功能，对音频信号进行AD采集、DA还原；检测音频信号中是否包含820Hz(±10Hz)的LAS音，当检测到含有LAS音时，将其抑制或最大衰减；当检测到语音信号中不包含LAS音时，向显示终端发送报文，通过显示终端向司机发出提示。
当需要检测LAS信号时，MMI向LAS控制单元发送报文，ARM Cortex-M3单片机控制第二继电器的状态为：断开常闭端，闭合常开端；
来自于Cab Radio的平衡信号经由平衡-非平衡转换电路转换为非平衡信号，输入到ARM Cortex-M3单片机的AD端，ARM Cortex-M3单片机对信号进行AD采集，检测信号中是否包含820Hz(±10Hz)的LAS音，当检测到信号中不包含LAS信号时，ARM Cortex-M3单片机先控制第一继电器状态为：断开常闭端，闭合常开端；由LAS单元通过串口向MMI发送报文，MMI向司机发出提示；
当不需要检测LAS信号时，MMI向LAS控制单元发送报文，ARM Cortex-M3单片机第二控制继电器保持常闭端处于闭合状态，平衡信号直接由Cab Radio传送到显示终端（MMI），此时司机可通过MMI的扬声器听到LAS信号音。
基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元功能实现过程包括：
1、司机选择是否检测LAS信号：当MMI向LAS控制单元发送检测报文时，单片机控制第二继电器断开常闭端，闭合常开端；当MMI向LAS控制单元发送停止检测报文时，单片机控制第二继电器闭合常闭端，断开常开端；
2、将平衡信号转换成非平衡信号，送入到单片机的AD端口；
3、通过单片机进行AD采集处理，检测其中是否包含820Hz(±10Hz)的LAS音，如果检测到缺失LAS音，通过单片机的串口向MMI发送提示报文；
4、单片机DA还原信号，经过滤波后，转换成平衡信号，发送到MMI；
5、司机可选择是否收听LAS音，当司机选择收听LAS音时，可通过MMI向LAS控制单元发送报文，LAS控制单元将不会抑制或衰减820Hz的LAS音，通过继电器选择直接将LAS音送入到MMI扬声器中；
6、当LAS控制单元向MMI发送报文时，单片机通过第一控制继电器，使其状态为：断开常闭端，闭合常开端，暂停主控与MMI之间的通信，待报文发送成功之后，恢复Cab Radio与MMI之间的通信。
本发明的有益效果是：通过本发明实现 1、调车过程中，自动检测LAS音，提示调车司机通话链路保持完好，无需司机进行其他操作； 2、只针对Fo=820Hz，Df=20Hz的LAS音进行处理，不影响通话质量。
附图说明
图1、基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元电路框图
图2、本发明应用基本框图；
图3、信号处理流程图；
图4、电源电路原理图；
图5、平衡-非平衡转换电路图；
图6、平衡-非平衡转换电路图；
图7、第一开关选择电路图；
图8、第二开关选择电路图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如附图1至图8所示，基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，控制单元电路包括ARM Cortex-M3、平衡-非平衡转换电路
、传输平衡信号的14芯主机接口、非平衡-平衡转换电路、传输平衡信号的14芯MMI接口、第一开关选择电路，第二开关选择电路和电源电路；
ARM Cortex-M3通过AD端口与平衡-非平衡转换电路输出端连接，通过DA端口与非平衡-平衡转换电路连接，通过IO端口分别与第一继电器、第二继电器 端连接，
平衡-非平衡转换电路的输入端与14芯主机接口连接；14芯主机接口用于连接Cab Radio；
非平衡-平衡转换电路的输出端与14芯MMI接口连接；14芯MMI接口用于连接显示终端（MMI）；
第一开关选择电路包括第一继电器，第一继电器的线圈端由ARM Cortex-M3的一个IO端控制 ，常开端连接ARM Cortex-M3的TXD端，常闭端连接14芯主机接口TXD端，公共端连接14芯MMI接口的TXD端；第二开关选择电路包括第二继电器，第二继电器的线圈端由ARM Cortex-M3的一个IO端控制 ，常开端连接平衡-非平衡转换电路的输入端，常闭端连接MMI音频输入端，公共端连接14芯主机接口的音频输出端；
LAS控制单元采用ARM Cortex-M3系列中的LPC75176单片机构成最小系统，主要应用LPC75176单片机的AD/DA功能和串口收发功能。
电源电路，为LAS控制单元提供5V、3.3V、1.8V
由ARM Cortex-M3控制第一继电器控制，切换Cab Radio、LAS控制单元、MMI三者之间的串口通信通道，默认状态为：连接Cab Radio与MMI之间的串口通路，当LAS控制单元（ARM Cortex-M3）检测不到LAS信号时，通过控制第一继电器将开关切换到常开状态，连接LAS控制单元与MMI之间的串口通路。
由ARM Cortex-M3控制第二继电器：选择是否检测LAS信号，LAS控制单元默认不检测LAS信号，第二继电器保持Cab Radio与MMI之间的连接，来自于Cab Radio的信号直接发送到MMI端。
第一开关选择电路由晶体管、电阻器件以及继电器构成，其中晶体管构成开关电路；
第二开关选择电路由晶体管、电阻器件以及继电器构成，其中晶体管构成开关电路；
平衡-非平衡转换电路包含转换电路和放大电路；转换电路由变压器T1及阻容元件组成，放大电路由运算放大器及阻容元件组成；
非平衡-平衡转换电路包含滤波电路、放大电路以及转换电路；滤波电路由阻容元件组成，放大电路由运算放大器及阻容元件组成，转换电路由变压器T2及阻容元件组成。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (6)
1.基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，其特征在于，控制单元电路包括ARM Cortex-M3、平衡-非平衡转换电路、传输平衡信号的14芯主机接口、非平衡-平衡转换电路、传输平衡信号的14芯MMI接口、第一开关选择电路，第二开关选择电路和电源电路；
ARM Cortex-M3通过AD端口与平衡-非平衡转换电路输出端连接，通过DA端口与非平衡-平衡转换电路连接，通过IO端口分别与第一继电器、第二继电器线圈端连接，平衡-非平衡转换电路的输入端与14芯主机接口连接；14芯主机接口用于连接Cab Radio；
非平衡-平衡转换电路的输出端与14芯MMI接口连接；14芯MMI接口用于连接显示终端（MMI）；
第一开关选择电路包括第一继电器，第一继电器的线圈端由ARM Cortex-M3的一个IO端控制，常开端连接ARM Cortex-M3的TXD端，常闭端连接14芯主机接口TXD端，公共端连接14芯MMI接口的RXD端；第二开关选择电路包括第二继电器，第二继电器的线圈端由ARM Cortex-M3的一个IO端控制，常开端连接平衡-非平衡转换电路的输入端，常闭端连接非平衡-平衡转换电路，公共端连接14芯MMI接口的平衡信号端；
平衡-非平衡转换电路包含转换电路和放大电路；
非平衡-平衡转换电路包含转换电路、放大电路以及滤波电路；
电源电路为整机供电；
LAS信号控制单元安装在Cab Radio和显示终端（MMI）之间，连接方式采用14芯电缆，基于ARM Cortex-M3单片机构成LAS信号控制单元的最小系统，利用单片机的AD/DA功能实现音频信号的采集/还原，通过RXD/TXD实现与Cab Radio和显示终端的串口通信；
采用ARM Cortex-M3单片机的AD功能及DA功能，对音频信号进行AD采集、DA还原；检测音频信号中是否包含820Hz±10Hz的LAS音，当检测到含有LAS音时，将其抑制或最大衰减；当检测到语音信号中不包含LAS音时，向显示终端发送报文，通过显示终端向司机发出提示；
当需要检测LAS信号时，MMI向LAS信号控制单元发送报文，ARM Cortex-M3单片机控制第二继电器的状态为：断开常闭端，闭合常开端；
来自于Cab Radio的平衡信号经由平衡-非平衡转换电路转换为非平衡信号，输入到ARM Cortex-M3单片机的AD端，ARM Cortex-M3单片机对信号进行AD采集，检测信号中是否包含820Hz±10Hz的LAS音，当检测到信号中不包含LAS信号时，ARM Cortex-M3单片机先控制第一继电器状态为：断开常闭端，闭合常开端；由LAS单元通过串口向MMI发送报文，MMI向司机发出提示；
当不需要检测LAS信号时，MMI向LAS信号控制单元发送报文，ARM Cortex-M3单片机控制第二继电器保持常闭端处于闭合状态，平衡信号直接由Cab Radio传送到显示终端（MMI），此时司机可通过MMI的扬声器听到LAS信号音。
2.如权利要求1所述的基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，其特征在于，平衡-非平衡转换电路包含转换电路和放大电路；转换电路由变压器T1及阻容元件组成，放大电路由运算放大器及阻容元件组成；非平衡-平衡转换电路包含滤波电路和转换电路；滤波电路由阻容元件组成，转换电路由变压器T2及阻容元件组成。
3.如权利要求1所述的基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，其特征在于，LAS信号控制单元采用ARM Cortex-M3系列中的LPC75176单片机构成最小系统，主要应用LPC75176单片机的AD/DA功能和串口收发功能。
4.如权利要求1所述的基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，其特征在于，电源电路为LAS信号控制单元提供5V、3.V、1.8V电源。
5.如权利要求1所述的基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元，其特征在于，第一开关选择电路包括由晶体管构成的继电器驱动电路；第二开关选择电路包括由晶体管构成的继电器驱动电路。
6.如权利要求1所述的基于ARM Cortex-M3的LAS信号控制单元的控制方法，包括： 1、司机选择是否检测LAS信号：当MMI向LAS信号控制单元发送检测报文时，单片机控制第二继电器断开常闭端，闭合常开端；当MMI向LAS信号控制单元发送停止检测报文时，单片机控制第二继电器闭合常闭端，断开常开端；
2、将平衡信号转换成非平衡信号，送入到单片机的AD端口；
3、通过单片机进行AD采集处理，检测其中是否包含820Hz±10Hz的LAS音，如果检测到缺失LAS音，通过单片机的串口向MMI发送提示报文；
4、单片机DA还原信号，经过滤波后，转换成平衡信号，发送到MMI；
5、司机可选择是否收听LAS音，当司机选择收听LAS音时，可通过MMI向LAS信号控制单元发送报文，LAS信号控制单元将不会抑制或衰减820Hz的LAS音，通过继电器选择直接将LAS音送入到MMI扬声器中；
6、当LAS信号控制单元向MMI发送报文时，单片机通过第一控制继电器，使其状态为：断开常闭端，闭合常开端，暂停主控与MMI之间的通信，待报文发送成功之后，恢复Cab Radio与MMI之间的通信。
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